基于物理核心素養(yǎng)的學(xué)生物理建模能力培養(yǎng)

周其達(dá)

摘? 要：核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是新課程改革工作中的主要要求，而在物理教學(xué)中，學(xué)生建模能力的培養(yǎng)對(duì)學(xué)生良好思維能力的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用，能夠很好地促進(jìn)學(xué)生物理素養(yǎng)的提高。物理建模能力是物理核心素養(yǎng)中非常重要的一部分，教師要能夠以此為依據(jù)進(jìn)行物理題目以及物理教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，從而使學(xué)生的建模能力得到提高。

關(guān)鍵詞：物理建模;物理學(xué)習(xí);模型分類

同初中物理相比，高中物理知識(shí)顯得更為抽象和復(fù)雜，對(duì)學(xué)生的思維能力要求很高。同時(shí)，高中物理課本中的圖畫(huà)減少，文字增多，在無(wú)形中增加了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解難度，使學(xué)生出現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)非常吃力的情況。伴隨著高三物理復(fù)習(xí)過(guò)程中大量綜合題的到來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)生覺(jué)得無(wú)從下手，因此通過(guò)建模的方式能夠有效幫助學(xué)生掌握物理知識(shí)，形成清晰的物理思維，不斷簡(jiǎn)化物復(fù)雜的物理知識(shí)，找到解決物理題目的思路，使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中不斷增強(qiáng)自身的自信心，找到物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的有效方式，提高自己的物理學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。本文對(duì)基于物理核心素養(yǎng)的學(xué)生物理建模能力培養(yǎng)進(jìn)行了探討，希望能夠?yàn)楦咧形锢斫虒W(xué)事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1.物理建模能力的培養(yǎng)

1.1對(duì)象模型———培養(yǎng)學(xué)生思考能力

物理對(duì)象是物理教學(xué)中的一個(gè)重要定位，通過(guò)建立對(duì)象模型，能夠使所研究的物理對(duì)象簡(jiǎn)化，從而采用更加有效的方式提高學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解能力。很多學(xué)生都覺(jué)得物理知識(shí)難以理解，其實(shí)就是不知道如何將物理對(duì)象簡(jiǎn)化，在聽(tīng)課過(guò)程中聽(tīng)得似懂非懂，在課下做題的過(guò)程中還是一頭霧水，不知道如何通過(guò)更好地方式促進(jìn)自身對(duì)物理知識(shí)的理解。因此，教師應(yīng)該教會(huì)學(xué)生物理建模，通過(guò)建立對(duì)象模型來(lái)使物理知識(shí)變得更加清晰，使物理解題思路能夠變得一目了然，使學(xué)生能夠很容易找到解決問(wèn)題的方法。

例1：有一定質(zhì)量的理想氣體，處在 A 狀態(tài)時(shí)，溫度為 tA = 57℃ ， 氣體從狀態(tài) A 等容變化到狀態(tài) M， 再等壓變化到 狀態(tài) B， A、 M、 B 的 狀態(tài)參量如 圖 1 所示. 求：

（1）狀態(tài) B 的溫度;

（2）求 A 到 B 氣體對(duì)外所做的功.

解析：由題目可知，本題需要應(yīng)用到理想氣體狀態(tài)方程，因此需要學(xué)生們進(jìn)行理想氣體模型構(gòu)建，使學(xué)生們能夠在對(duì)象模型中找到解決問(wèn)題的方式。從“理想氣體”這幾個(gè)字可以想到本題的解答忽視了分子自身的大小、分子之間的相互作用力以及分子勢(shì)能，因此可以用理想氣體狀態(tài)方程完成對(duì)問(wèn)題的解答。

（1）從 A 狀態(tài)到 M 狀態(tài)是等容變化， 所以不做功;從 M 狀態(tài)到 B 狀態(tài)是等壓變化，所以做的功為

這道題如果學(xué)生僅僅憑文字描述，無(wú)法充分認(rèn)識(shí)到氣體對(duì)外做功的過(guò)程，因此也無(wú)法找到解題的思路和方法。因此，通過(guò)建立對(duì)象模型，學(xué)生能夠形成良好的物理思維能力，對(duì)物理解題思維變得更加清晰，從而使物理題目得到迎刃而解。

1.2過(guò)程、狀態(tài)模型——培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用模型能力

物理學(xué)科中經(jīng)常會(huì)涉及到很多過(guò)程和狀態(tài)的分析，學(xué)生需要擁有這方面的抽象思維能力，從而能夠在腦海中對(duì)過(guò)程和狀態(tài)進(jìn)行推理，找到解決問(wèn)題的良好思路。但是很多學(xué)生并不具備這種能力，因此需要借助過(guò)程、狀態(tài)模型來(lái)幫助學(xué)生進(jìn)行分析和思考，使學(xué)生能夠充分理解題目的含義，提高解決問(wèn)題的速度。在高考的時(shí)候，解題的速度能夠?yàn)閷W(xué)生節(jié)省大量的時(shí)間，從而更好地幫助學(xué)生取得良好的成績(jī)。

例2：在北京開(kāi)往成都的國(guó)道上，有一段山路只能夠過(guò)一輛車(chē)。A、B 兩輛車(chē)在這條道路上向同一個(gè)方向行駛，A 車(chē)的速度為 10m/s，而 B 車(chē)的速度為 30m/s，B車(chē)在A車(chē)后面。由于天氣中霧氣很大，B車(chē)在行駛過(guò)程中直到距離A 車(chē) 600m 時(shí)才發(fā)現(xiàn)A車(chē)，于是連忙踩剎車(chē)。但是根據(jù)B車(chē)的制動(dòng)距離，當(dāng)B車(chē)完全停下的時(shí)候，需要再行駛1800m，如果A車(chē)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)B車(chē)，依然按照原來(lái)的速度行駛，那么B車(chē)和A車(chē)會(huì)追尾嗎？

解析：這是一道典型的運(yùn)行追及問(wèn)題，解決這類題目的主要方式就是對(duì)兩輛車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析。但是很多學(xué)生僅僅憑借對(duì)文字的思考，很難對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析，因此需要通過(guò)物理建模的方式，將兩輛車(chē)簡(jiǎn)化成兩個(gè)點(diǎn)，忽略車(chē)的大小和形狀，從而建立起相應(yīng)的物理模型。通過(guò)畫(huà)圖的方式將物理模型展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生就能夠?qū)φ麄€(gè)物理過(guò)程一目了然，從而很容易找到解決問(wèn)題的思路。在開(kāi)展運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析的時(shí)候，可以通過(guò)畫(huà)如下示意圖的方式找到問(wèn)題的答案。

當(dāng)B 車(chē)減速到與 A 車(chē)的速度相同時(shí)， 所需時(shí)間為：v'B = vB-aBt，則t = 80s;在這段時(shí)間內(nèi) A 車(chē)的位移為：xA= vAt = 800m， B 車(chē)的位移為

所以，此時(shí)位xB=vBt-? ?aBt2 =1600m移關(guān)系為：xB=1600m > xA +x 0= 1400m，因此可以得出兩車(chē)在速度相同前就已經(jīng)相撞了。

通過(guò)此題，學(xué)生可以通過(guò)加強(qiáng)相同題型的訓(xùn)練，學(xué)會(huì)動(dòng)態(tài)的建模過(guò)程，從而使學(xué)生能夠?qū)W會(huì)分析過(guò)程、狀態(tài)模型，更加高效地找到解題思路。

2.結(jié)束語(yǔ)

在開(kāi)展物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的過(guò)程中，教師需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng)，通過(guò)加強(qiáng)學(xué)生建模能力，使學(xué)生能夠在物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中將物知識(shí)化繁為簡(jiǎn)，從而提高學(xué)生進(jìn)行物理學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。學(xué)生在開(kāi)展物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中要能夠充分利用建模能力來(lái)提高自身對(duì)物理問(wèn)題的解決能力，從而發(fā)現(xiàn)物理學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。而在此過(guò)程中，用到最多的是建構(gòu)主義理論，教師可以在建構(gòu)主義理論的幫助下，完成對(duì)建立模型能力的提高，從而為學(xué)生物理建模能力的提高做出了貢獻(xiàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，要能夠充分利用物理相關(guān)概念，提高自己的邏輯分析能力，鍛煉自己的物理思維，不斷提高自己的物理核心素養(yǎng)，從而在物理學(xué)習(xí)上能夠更加得心應(yīng)手，找到將復(fù)雜物理知識(shí)化簡(jiǎn)的思路，從而更好地促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力和物理水平的以提高。

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（作者單位：廣東省惠州市博羅縣博羅中學(xué)，廣東? ?博羅? ?516100）