重視高中物理建模 提升學科核心素養

江麗芳

摘 要：物理學科的核心素養包含：物理觀念、科學思維、實驗探究以及科學態度與責任。其中“模型建構”就是物理學科中的一項重要科學思維能力。

關鍵詞：核心素養;思維能力;模型建構

通過物理學習培養學生帶有物理學科特性的品格和能力，是物理學科素養的指向。物理學科的核心素養包含：物理觀念、科學思維、實驗探究以及科學態度與責任。其中“模型建構”就是物理學科中的一項重要科學思維能力。

在高中物理教學中重視建模能力的培養，可以嘗試有以下幾點操作。

一、重視教材經典物理模型的構建過程

高中物理教材中有許多經典物理模型，每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。在教學中一定要重視模型的建構過程，讓學生充分體會為什么一個具體問題要抽象成一個模型，把具體問題中的次要因素忽略后產生什么影響，抽象成模型后對解決問題起到什么作用，什么條件下才可以忽略那些次要因素。經歷這樣的建模過程，學生對于物理模型的認識和體驗是立體的，能比較有效地讓學生辨析實際問題與抽象模型的差別。

例.秋日，樹葉紛紛落下枝頭，其中有一片梧桐葉從高為5m的枝頭自靜止落至地面，所用時間可能是（）

A.0.1s B.0.5 s C.1 s D.3 s

分析：學生在經歷“自由落體”模型的建立過程后，才能辨析這個實際模型與理想化模型的差別，實際上樹葉受的空氣阻力與重力相比較不能被忽略，所以本題中樹葉的這個下落不能當作“自由落體”運動，實際下落的加速度小于重力加速度，所以落地的時間大于1s，所以選項D正確。

二、在物理規律的應用中引導學生善于歸納總結物理模型

在物理規律的應用中，會碰到許多同類的問題及其變式，加以歸納總結，也可以當作是一類物理模型。并且學生在理解這類原始模型的基礎上，當條件發生變化時更容易進行遷移使用。而模型的建立也方便學生對所學知識的整合。建模、遷移與整合能力都是物理學科素養的重要目標。

比如研究豎直平面內圓周運動的臨界條件時，把這類問題當作一個物理模型來看，可以讓學生更全面地了解這類問題的共性與多樣性：臨界條件的共性是接觸面上的彈力恰為零，而多樣性表現為彈力的種類和方向的不同，有繩子的彈力、桿的彈力及軌道的彈力，可綜合為兩個基礎模型：“繩物模型”和“桿物模型”（如圖1）。

再把上述兩個只受重力和彈力的情況當作原始模型，學生在理解的基礎上還可以進行遷移，比如可以變換為在光滑水平面上加一個水平勻強電場產生的恒力來替代原模型中的重力這個恒力（如圖2為水平面上的俯視圖），或者在豎直平面內除重力外再加一個電場力或洛侖茲力等其他力的情況下（如圖3和圖4），學生也能針對具體問題分析出臨界條件。

解答此類問題題需要挖掘出恰能通過圓形軌道的最高點所隱藏的隱含條件，就是對軌道無壓力，然后具體問題中分析此時提供向心力的是哪些力，則能比較順利解答。

這類模型很多，教師多加引導，能使學生解決問題更有方向，從而增強學生學習物理的信心。同時，可以培養學生在生活和學習中做個有心人，善于總結和歸納，注意條件和變化，

三、在解決實際問題中培養學生建模意識

通過建模教學，盡可能地培養學生的建模意識，使他們能在新的、不同情境中甚至有些令人困惑的情景中找到對應的能解決問題的物理模型。

有一類物理問題來自真實的生活情景，學生在審題時不能一下子找到相應的物理問題是什么，也就無法用相應的物理知識去解決問題。學生想要解決問題，就離不開對想象進行綜合的分析，自己通過假設、抽象等手段自行設置需要的物理量，構建模型，然后解決問題。

例.（2018年11月浙江省學考試題第11題）小明在觀察如圖所示的沙子堆積時，發現沙子會自然堆積成圓錐體，且在不斷堆積過程中，材料相同的沙子自然堆積成的固錐體的最大底角都是相同的。小明測出這堆沙子的底部周長為31.4m，利用物理知識測得沙子之間的摩擦因數為0.5，估算出這堆沙的體積最接近：

A.60m2 B.200m2

C.250m2 D.500m2

分析：為了解決這個問題，需要聯系相關物理知識，建立相應的物理模型，即斜面最大靜摩擦力問題。

綜上所述，在高中物理教學中，教師應重視對學生建模意識的培養，要讓學生學會如何從自然生活、生產和物理實驗中，抓住主要問題，忽略次要因素，建立起物理模型，然后應用物理模型的特點或規律分析解決問題。這樣，學生才能在解決物理問題時清晰地構建出情景條件下的物理模型，迅速找到解決問題的方法，從而達到培養學生靈活思變、創造性思維能力及創新意識的形成，更是實施核心素養教育的一個重要舉措。

參考文獻

[1]余文森.核心素養導向的課堂教學.上海教育出版社[M]，2017

[2]廖伯琴，張大昌.物理課程標準（實驗）解讀.湖北：湖北教育出版社，2004