模型構建在高中物理教學中的應用

洪燕鳳

摘 要：新課程改革全面實施，對傳統教學理念與教學方式形成沖擊，師生教與學發生較大變化。說明傳統灌輸式學習已不適用于現代教育趨勢，需要尋求新型教學方式維持學生探究知識欲望。高中物理知識和初中階段相比無論容量還是難度均有所增大，知識點分散于各個章節，學生在學習中需要合并分散的知識點后形成完整知識體系，此時突顯模型構建重要性和必要性。教師在教學中通過講解模型能幫助學生高效理解和掌握物理現象和規律，提高學習效率。對此，本文則從多方面分析在物理教學應用模型構建策略，望給予教師教學提供參考。

關鍵詞：高中物理;模型構建;應用策略

物理是高中教育重要組成，知識內容相對豐富，對學生抽象思維有著較高要求。正因如此，傳統讓學生理解概念和定律等教學方式不適用于現代高中物理教學，因為未讓學生充分理解知識內容，導致學生無法將所學物理知識應用于實踐當中，降低學習效率。物理模型是當前很多高中物理教師廣泛應用的教學方式，具有顯著的美學性、科學性與抽象性特征，在建模中需要學生融合多個知識點，強化對所學知識理解，從而形成系統化學習思維，全面提高物理教學質量和學生應試能力。

一、優化模型構建教學

縱觀高中物理課堂教學現狀得知，即使學生具備模型構建意識，但在具體構建中普遍存在意識薄弱和概念模糊以及無法解決實際問題情況，因而高中物理教師應結合實際情況在教學中應用模型構建，提高物理教學效率。具體可從以下方面著手：首先重視物理基礎教學，指導學生掌握技能;毫無疑問，扎實的基礎能力是學生建立物理模型的關鍵所在，究其原因構建模型時需運用眾多知識點作為支撐，對學生理解和掌握物理基礎知識與技能提出較高要求。高中物理教師在教學中需重視夯實學生基礎，除了重視培養學生技能，還要幫助學生夯實基礎知識，促使學生具備運用所學物理知識分析與解決問題能力，隨即圍繞物理知識構建模型，提高物理學習效率。

以“動量守恒定律”教學為例，該章節經典物理模型為“人船模型”，此模型涉及動量守恒定律、運動學相對位移、牛頓運動定律等多方面知識點。物理教師在講解模型前需指導學生回顧舊知，隨即講解新知。在此過程中可結合具體例題講解知識，例如在復習相對位移知識時，教師為學生呈現以下習題：在一片光滑水平地面分別疊放一塊木板與木塊，其中木塊處于長木板的右邊，再對長木板添加一個水平向左的拉力，如果想要使物體牢固地放置于木板上，拉力要處于哪種范圍內？與此同時，還有以下條件：物體質量為1kg，長木板長為2米，質量為3kg，其中長木板與物體之間的動摩擦因素為0.1。高中物理教師可先讓學生自主分析上述題目并嘗試解答，待學生思考解答后可為學生解決，夯實之前所學的相對位移概念的同時為后續構建物理模型做好鋪墊。其次重視模型構建步驟;只要明確模型構建步驟才能更好地指導學生理解知識，教師需指導學生基于已有知識經驗了解構建模型步驟，改變以往思維缺陷，使學生高效運用所學知識分析和解決實際問題。一般模型構建有以下步驟，其一，了解情境，物理教師需指導學生充分理解知識并基于此創設情景，使學生學會透過表象了解知識本質特征。其二對比分析相似模型，運用物理語言表現新模型特征;其三結合全新的物理模型創設情境并深入思考，對所需知識產生深刻印象。例如在構造人船模型時，教師在教學中指導學生逐步建模，先讓學生熟悉情景，即在靜止的水面上停留一個質量為M的船，此時有一位質量為M的人從船的一頭走向船體的另一頭，請問人與船在此過程中需要位移多少？提出問題后，先讓學生回憶物理教材中與模型有著緊密聯系的知識。隨即提出以下問題：“若將船與人看作一個整體，此時人從船頭走向船尾，在不計算水的阻力前提下請問該運用哪種力量促使人與船運動，該系統又需要滿足哪些物理定律？”學生在物理教師引導下經討論后得出專屬于自己的答案：“人和船在相互作用下屬于相互運動狀態，將二者看作一個整體，其中水平方向無任何外力，因此可以認定為該系統水平方向為動量守恒。”物理教師再為學生歸納總結人船模型的能量規律與動量學規律，在總結之前特征的基礎上得出“人船模型”問題定義。最后教師對之前創建的模型情景實施遷移，并為學生提供變形題，讓學生自主分析例題中情景不同之處，如果本質類型相同的題目可稱作人船模型。第三借助習題強化思想，增強建模能力;教師在教學完畢后可為學生提供典型例題，提高學生建模能力。相同物理模型經系統遷移和情景改變后可設計出不同類型物理習題，讓學生在課前獨立自主完成。在習題課之前歸納總結學生完成情況，充分了解學生掌握物理模型情況，由此一來在習題課上有針對性講解知識，強化對所學物理知識理解。例如在講解動量守恒定律知識后，教師提出以下例題，其一為“人船模型”基礎題目，目的在于幫助學生鞏固復習新知。其二為變形題，通過設置人與氣球的情景后引入人船模型，將一個質量為M的氣球懸掛在長為L的繩梯上，人沿著繩梯慢慢向上爬，人的質量為m，當人的向上爬行時，氣球處于靜止狀態。當人爬至最頂端時，請問氣球與人移動距離為多少？第三也為變形題，為物體在斜面上運動場景，通過解答上述三道題目深化對人船物理模型理解，再為學生講解機械能守恒與人船模型知識，進一步鞏固復習所學物理模型。

二、明確模型構建程序

高中物理教師在應用模型構建時需明確相關程序，使物理模型更好地服務于學生學習。一般物理模型構建程序有以下方面，首先分析研究對象原型特征;建立物理模型的重點在于準確把握研究對象本質特征并基于此做出正確抽象。借助構建物理模型掌握分析問題和解決問題方法，形成縝密的邏輯思維，整個思維過程相對明顯，因而對于物理模型而言，明確物理對象每個細節。其次確定影響研究對象主次因素;毫無疑問，緊抓主要矛盾是建立物理模型重點，要在此過程中突顯研究對象特征，但不能忽略次要特征，得出易于認識客觀事物的本質規律，達到成功解決實際問題，目的。如果不分主次考慮所有因素則無法深入研究，甚至無法分析簡單物理現象。物理教師指導學生建立模型時時要緊抓具體問題展開分析，明確決定事物的主要因素和次要因素，以及哪些為必然和偶然因素，由此建立科學合理的物理模型，發展學生抽象思維能力。第三把握研究對象本質特征并做出合理抽象;當學生確立原性特征與主次因素后，就需緊抓本質特征主要因素進行抽象，隨即得出所需模型。物理模型建立的基礎圍繞物理理論和規律，尤其物理學目的在于探索廣泛存在于自然界的各種運動規律，促使人們對世界產生深刻認識。如果想要達到上述目的，就需歸納總結充分反映物理過程、現象等在相關條件下發展與變化規律，準確揭示事物間聯系和本質屬性，更要求在此過程中形成嚴密性和系統化的物理理論。眾所周知，自然界物質和事物有著顯著的多樣性與復雜性特征，如果基于物理客體研究問題則會變得復雜化，難以得出定理描述化的物理規律，此時就要求學生準確把握對象本質特征并對其抽象，從而得出真實反映客體本質屬性物理模型，從而得出真實且全面地反映事物客體原因。

以“單擺”教學為例，構建該知識物理模型可遵循上述特征，首先組織典型演示實驗，分析特征和明確主要因素;單擺屬于理想化模型，擺球質量在實際中遠遠大于擺線質量，基本可以忽略擺線形變，長度也遠遠大于擺球直徑，所以將運用細繩掛的小球可看作單擺。如果細繩懸掛的小球擺動擺角小于5°，那么就可認為小球振動周期與球的質量毫無關聯，甚至與球的大小也無關聯，要將該系統抽象為單擺模型，物理教師可讓學生觀察以下演示實驗：①兩個懸線長暢通，但擺幅不同的小球擺動;②兩個懸線長相同，但質量不同的小球擺動;③兩個懸線長不同小球擺動。上述演示實驗能調動學生探究知識積極性和主動性，從而初步認識單擺這一理性化模型。大部分學生會憑借已有認知和生活經驗認為，如果小球重量大，都但懸線長相同，那么重量大的小球會比重量輕的小球快速得到平衡位置，振幅大的小球會比振幅較小的小球更慢地回到平衡位置，呈現出意料之外的觀察結果。小球振動的等時性對擺角和擺線均為表觀特征，通過上述演示實驗可觀察到。但通過細致理論并非無法切實理解小球擺動的內在機理。通過理論分析得知，小球振動的回復力為球的重力沿著圓弧的切向實施分力，當擺角很小時才會有，F=-kx，k=mg/1，此時才可認為小球作簡諧運動，得出小球擺動周期公式。教師可指導學生獨立完成上述分析過程，小球在這種情況下擺動為單擺運動。此外為突顯事物本質特征，高中物理教師在教學中可直接切入，往往會精選演示實驗和例題，為拓展對物理模型認識，還可為學生提供更為廣闊的背景材料襯托和凸顯物理模型，深化學生對所學知識理解，提高物理教學效率和質量。

結束語

總之，蓬勃發展的經濟社會對人才提出比以往更高的要求，其中高水平創新型和應用型人才更是得到各個領域青睞，教育領域也要緊隨社會發展趨勢做出改革。在高中物理教學中應用模型構建能較好地幫助學生融合多個知識點，最重要切實理解和掌握物理規律和現象，并學會運用所需物理知識解析實際問題。因而高中物理教師需響應高考改革趨勢，結合學生學情和學科特征科學指導學生構建模型，提高物理教學效率和質量，實現預期課程目標，為學生全面發展奠定堅實基礎。

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