以模型建構落實智慧課堂，培養高中生的科學思維

胡偉峰 郭紅

【摘要】 ?“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。”以模型建構落實智慧課堂，是培養高中生科學思維的重要支撐，落實著培養學生科學思維的重任。

【關鍵詞】 ?模型建構 智慧課堂 科學思維

【中圖分類號】 ?G633.7?? ? ? ? ? 【文獻標識碼】 ?A?【文章編號】 ?1992-7711（2019）05-047-01

2017年版《普通高中物理課程標準》這樣描述科學思維：“從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化;是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。”模型建構是智慧課堂的的重要支點，落實著培養學生的科學思維的重任。

物理模型貫穿整個高中物理教學，課堂要突出物理建模意識。

一、模型是對實際問題的抽象

為了形象、簡捷的處理物理問題，人們經常把復雜的實際情況轉化成易接受的、簡單的某種物理情境，從而形成一定的經驗性的基本模型，這就是常說的“物理模型”。物理模型在高中物理靈活應用中應用非常廣泛。

二、中學物理模型一般可分三類

物質模型：可分為實體物質和場物質。實體物質模型有力學中的質點、輕質彈簧、彈性小球等;電磁學中的點電荷、平行板電容器、密繞螺線管等;氣體性質中的理想氣體;光學中的薄透鏡、均勻介質等。場物質模型有如勻強電場、勻強磁場等都是空間場物質的模型。

狀態模型：研究流體力學時，流體的穩恒流動（狀態）;研究理想氣體時，氣體的平衡態;研究原子物理時，原子所處的基態和激發態等都屬于狀態模型。

過程模型：在研究質點運動時，如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、平拋運動、簡諧運動等;在研究理想氣體狀態變化時，如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等;還有一些物理量的均勻變化的過程，如某勻強磁場的磁感應強度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過程，如汽車突然停止都屬于理想的過程模型。

三、物理建模貫穿整個高中物理，是構建智慧課堂的法寶

所謂建模，就是能運用科學思維的方法從定性和定量兩個方面，對相關的問題進行科學的推理找出規律形成結論，具有使用科學證據的意識和評估科學證據的能力，能運用證據對研究的問題進行描述解釋，能從不同的角度去思考問題。學生在老師的引導下，能從現實生活中把一類物理現象，從定性到定量兩個方面把生活中的物理問題進行抽象概括，用物理語言把共性描述出來，升華到最簡潔的物理原型，就達到了物理建模過程，建模過程是學生獲取方法掌握智慧的重要支點。

四、如何實現建模

通過設計教學活動，培養學生的建模意識。可以把教材中一個個物理事件，讓學生通過觀察體驗，用掌握的數學、物理知識，把這些動的情景轉化成一個個分析圖，這樣完成從文字轉化為分析圖的過程，就是建模前的信息翻譯。

這個信息翻譯，是學生動手動腦將物理過程抽象成一個物理畫面，再簡化成分析圖（受力圖、運動圖、切面圖、過程圖等），構建這個分析圖就是實現這種建模的一個著腳點。這個過程可增加學生對物理現象的感知能力，加深對這種物理現象的理解，同時呈現和提煉物理本源的過程。

比如《生活中的向心力》這節課，同學們對“圓周運動”這個模型認識模糊，主要是“向心力”這個是力又不是力的概念理解不到位，那在課堂教學時就應該用大量的事例來讓學生體驗到向心力來源不一，同時突出向心力的效果性。

可以設計大量的探究活動：“汽車在水平面拐彎、在傾斜的路面拐彎、汽車在拱形橋做圓周運動、圓錐擺”等，這些物理情景都可以在課堂上通過現場模擬、播放視頻展示高清照片等重現，讓學生從原始素材入手，畫出它的簡潔模型圖，再通過這些模型圖來突出軌道平面，找出圓心、確定半徑，根據牛頓第二定律的合外力與加速度方向一致，來找到向心力來源。在大量的實例下，學生對向心力這一效果力理解就會比較到位。而物體作部分圓周運動可近似的視為“勻速圓周運動”，利用“勻速圓周運動”這個模型，就能解決碰到的類似問題了。“勻速圓周運動”模型建立了，就能解決碰到的類似問題，以后繩（桿）球模型、天體運動、帶電粒子在磁場中的偏轉等知識點，圓周運動這個物理模型就再次重現，教師把幾類問題一起設計課堂，突出圓、圓心、半徑、周期、向心力的來源等核心問題，圓周運動的多元化就得到了統一升華。

建模就是剝繭抽絲、突出本質的思維過程，通過簡單的模型，培養了學生的建模能力，到以后復雜的模型就能觸類旁通，具備有初步的建模能力。

五、物理模型如何應用

每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。學生在學習和應用模型解決問題時，要弄清模型的使用條件，要根據實際情況加以運用。

比如一列火車的運行，能否看成質點，就要根據質點的概念和要研究的火車運動情況而定，在研究火車過橋所需時間時，火車的長度相對于橋長來說，一般不能忽略，所以不能看成質點;在研究火車從北京到上海所需的時間時，火車的長度遠遠小于北京到上海的距離，可忽略不記，因此火車就可以看成為質點。以后每次碰到點電荷等模型就回顧這類模型的共性，突出方法論——“抓主要因素、忽略次要因素”，學生以后解決真實問題，就會有化繁為簡的意識。

學物理的好處之一就是“能從不同角度思考問題，從最簡潔的方式認識問題，直奔本質”——這就是模型教學對學生終身的科學思維潛移默化的作用。

智慧課堂，是教師教學理念的呈現形式，是學生獲取知識啟迪智慧的舞臺，是師生智慧交融的聚集地。模型建構是實現智慧課堂的有效措施，也是培養高中生科學思維的重要支撐點。

[ 參 ?考 ?文 ?獻 ]

[1]《普通高中物理課程標準》（2017年版）人民教育出版社.

[2]《物理模型》百度百科.