高中物理模型的建構(gòu)及教學(xué)方法探討

摘 要：物理作為高中教育體系中的一門重要又特殊的學(xué)科，知識(shí)難度系數(shù)同初中相比有明顯的提升，怎么在有限的課堂時(shí)間內(nèi)幫助學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)是高中物理教學(xué)中面臨的一大難題，建構(gòu)物理模型能夠讓他們找出物理理論與生活現(xiàn)象之間的共同點(diǎn)，把抽象的物理知識(shí)變得形象化.本文針對(duì)高中物理模型的建構(gòu)進(jìn)行著重分析，并羅列一些有效的教學(xué)方法.

關(guān)鍵詞：高中物理模型；建構(gòu)；教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2022）30-0062-03

收稿日期：2022-07-25

作者簡(jiǎn)介：林劍芬（1976.1-），女，福建省閩侯人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

模型構(gòu)建屬于高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)科學(xué)思維中的重要一環(huán)，這是物理學(xué)科探索自然與建構(gòu)理論體系過(guò)程中一個(gè)慣用的典型思維方式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)與運(yùn)用物理知識(shí)及方法過(guò)程中必備的一項(xiàng)思維能力，教師在平常教學(xué)中應(yīng)高度重視模型的建構(gòu)，指導(dǎo)他們采用科學(xué)合理的方法建構(gòu)模型，使其深入剖析物理現(xiàn)象與問(wèn)題，發(fā)展自身的思維能力與探究意識(shí)及能力.

1 高中物理模型建構(gòu)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1 教師對(duì)物理模型的認(rèn)知水平不足

針對(duì)高中物理模型的建構(gòu)教學(xué)來(lái)說(shuō)，教師作為教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者與實(shí)施者，對(duì)物理模型建構(gòu)的認(rèn)知水平是學(xué)生掌握物理科學(xué)思維方法的基礎(chǔ)，也是他們是否能夠靈活運(yùn)用物理模型處理實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵所在.但是部分高中物理教師的教學(xué)目的太過(guò)功利化，在平常教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)物理概念、定義的理解和記憶，把更多的時(shí)間用來(lái)“授之以魚”，卻很少“授之以漁”，沒(méi)有意識(shí)到科學(xué)思維方法的價(jià)值和重要性.物理模型的建構(gòu)是一種十分重要的科學(xué)思維方法，因?yàn)橐恍┙處煂?duì)物理模式的認(rèn)知不足，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到物理模型建構(gòu)與應(yīng)用過(guò)程對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)作用，不會(huì)科學(xué)創(chuàng)設(shè)良好教學(xué)情境，引領(lǐng)他們通過(guò)建構(gòu)物理模型與運(yùn)用熟悉的物理模型來(lái)處理問(wèn)題.

1.2 學(xué)生對(duì)物理模型的理解不夠深入

大多數(shù)高中生對(duì)物理模型的認(rèn)知僅僅停留在對(duì)概念的記憶和簡(jiǎn)單運(yùn)用方面.針對(duì)物理模型的本質(zhì)，引入物理模型的主要目的是在模型建構(gòu)過(guò)程中突出重點(diǎn)、化繁為簡(jiǎn)、化難為易.但是很多學(xué)生不能深入理解與掌握近似、等效替代、抽象等方法，對(duì)物理模型的認(rèn)識(shí)不夠充分，這就導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法靈活自如的應(yīng)用物理模型處理實(shí)際問(wèn)題.究其原因主要有兩個(gè)方面，一方面從教師視角來(lái)看，教師在平時(shí)教學(xué)中忽視傳達(dá)上述問(wèn)題，對(duì)模型建構(gòu)的重視程度直接影響到學(xué)生對(duì)待建模的態(tài)度；另一方面，從學(xué)生視角來(lái)看，解決問(wèn)題時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到該問(wèn)題是否可以抽象成熟悉的物理模型，以及運(yùn)用何種方法抽象等一系列問(wèn)題，但是他們的學(xué)習(xí)行為往往過(guò)于功利化，只是喜歡純粹的記憶，不喜歡思考前因后果，長(zhǎng)此以往，使得學(xué)生獨(dú)立思考能力不強(qiáng)，再加上他們是習(xí)慣于被動(dòng)接受，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)與模型的理解和認(rèn)知均停留在表層.

1.3 缺乏依托生活建構(gòu)物理模型訓(xùn)練

模型的建構(gòu)離不開大量生活化素材的輔助與支持，在真實(shí)情境中構(gòu)建和運(yùn)用物理模型，是對(duì)生活化教學(xué)理念的真正落實(shí)和踐行，這充分表明生活對(duì)構(gòu)建物理模型的重要性.近些年來(lái)，以生活為依托的高中物理習(xí)題變得越來(lái)越多，對(duì)學(xué)生把生活問(wèn)題轉(zhuǎn)變成物理問(wèn)題且利用物理模型解決問(wèn)題的要求明顯提高，這就需要他們?cè)诮處熞龑?dǎo)下切身經(jīng)歷模型的建構(gòu)與運(yùn)用過(guò)程.事實(shí)上，不少高中物理教師在教學(xué)過(guò)程中，缺乏依托生活建構(gòu)物理模型的訓(xùn)練，并沒(méi)有明確學(xué)生的中心地位，沒(méi)有完全放權(quán)，也沒(méi)有做好組織者與引導(dǎo)者的角色，他們經(jīng)常并未擁有建構(gòu)物理模型的親身經(jīng)歷，再加上自己承擔(dān)著抽象概括出物理模型的建構(gòu)工作，所以從過(guò)程和實(shí)際效果上看就削弱了物理模型建構(gòu)過(guò)程中對(duì)其物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)作用.

2 高中物理模型建構(gòu)中的有效教學(xué)方法

2.1 運(yùn)用情境導(dǎo)入方法，激起模型建構(gòu)意識(shí)

不少高中生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，雖然對(duì)大部分基礎(chǔ)性知識(shí)理解的較為透徹與深刻，掌握也比較牢固，但是很少考慮到物理模型的建構(gòu)，他們只是單一地構(gòu)建知識(shí)框架，核心素養(yǎng)并沒(méi)有得到很好的發(fā)展.在高中物理課堂教學(xué)中，教師可運(yùn)用情境導(dǎo)入的教學(xué)方法，借助實(shí)物道具、模型、實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)手段等創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境，引出物理模型，為培養(yǎng)他們建構(gòu)模型的能力創(chuàng)造更多有利條件，激起模型建構(gòu)意識(shí)，使其主動(dòng)研究物理模型的建構(gòu)過(guò)程.

比如，在開展“圓周運(yùn)動(dòng)”教學(xué)時(shí)，教師先利用多媒體技術(shù)展示生活中的一些運(yùn)動(dòng)，像過(guò)山車，水流星，火流星，雜技演員在豎直放置的大圓球內(nèi)騎摩托車等，通過(guò)營(yíng)造情境吸引學(xué)生的注意力，使其對(duì)上述生活實(shí)例展開探討，尋找這些運(yùn)動(dòng)的相似點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡均是一個(gè)豎直面內(nèi)的圓，激起他們建立物理模型的意識(shí)，借機(jī)引出課題.接著，教師順勢(shì)要求學(xué)生分析這些例子中的運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)時(shí)的受力圖，以及最低點(diǎn)時(shí)的受力圖，分析能過(guò)最高點(diǎn)的臨界速度，最后引導(dǎo)學(xué)生歸納這些例子的共同點(diǎn)：過(guò)最高點(diǎn)的臨界狀態(tài)mg＝mv²r，即v＝gr，當(dāng)v≥gr時(shí)，才能完成完整的豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng).所以這些例子都是同一類豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)模型：繩模型.接著，教師采用同樣的方法介紹桿模型.

2.2 物理教學(xué)回歸生活，親身感受構(gòu)建模型物理學(xué)作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科，研究范圍研究大至宇宙，小至基本粒子，不僅是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學(xué)，還是研究物質(zhì)最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，與現(xiàn)實(shí)生活有著密切關(guān)聯(lián).而物理模型的建構(gòu)也離不開生活素材的輔助與支持，在高中物理教學(xué)中，要想做好模型建構(gòu)工作，教師應(yīng)將物理教學(xué)回歸生活，根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容有的放矢地引入一些生活現(xiàn)象，指導(dǎo)學(xué)生從中抽象出物理模型，讓他們親身感受模型的建構(gòu).

比如，在“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)實(shí)踐中，教師先在多媒體設(shè)備的大屏幕上展示一些生活中常見的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，如：落葉飄零，果實(shí)熟透落地，屋檐滴水，雪花飄落等，要求學(xué)生認(rèn)真觀察，使其結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)分析與歸納這些運(yùn)動(dòng)的共同特征，接著，教師設(shè)疑：是不是重的物體一定比輕的物體下落的快？指導(dǎo)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢會(huì)受到空氣阻力的影響.之后，要想建構(gòu)出理想的自由落體運(yùn)動(dòng)模型，教師可引入牛頓管，指導(dǎo)學(xué)生把牛頓管內(nèi)部抽成真空狀態(tài)完成實(shí)驗(yàn)，輔助他們建構(gòu)出理想的自由落體運(yùn)動(dòng)模型.

2.3 發(fā)揮任務(wù)驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)，體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)過(guò)程在高中物理課程教學(xué)中，為做好模型建構(gòu)工作，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與模型建構(gòu)的積極性十分關(guān)鍵，教師可以運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，要求他們以小組合作的方式共同完成任務(wù)，使其體驗(yàn)構(gòu)建物理模型的過(guò)程.高中物理教師應(yīng)圍繞所授內(nèi)容精心布置任務(wù)，極力發(fā)揮出任務(wù)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，驅(qū)使學(xué)生在小組內(nèi)一起分析與處理問(wèn)題，使其切實(shí)體會(huì)到建構(gòu)物理模型的樂(lè)趣與意義，從而讓他們積極踴躍地建構(gòu)模型，不斷提高自身的模型建構(gòu)能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展.

2.4 設(shè)計(jì)典型物理題目，增強(qiáng)模型建構(gòu)訓(xùn)練針對(duì)高中物理模型建構(gòu)教學(xué)來(lái)說(shuō)，為進(jìn)一步提升學(xué)生建構(gòu)物理模型的能力，不能僅僅停留在理論知識(shí)的講授方面，還要設(shè)計(jì)一些典型的物體題目，為其提供親自參與構(gòu)建物理模型的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們建構(gòu)模型的意識(shí).這就要求高中物理教師在平常的教學(xué)中，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及知識(shí)要點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的物理試題，讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)展開聯(lián)系，把握好題目?jī)?nèi)容同物理模型之間的關(guān)系，通過(guò)練習(xí)不斷糾正與引導(dǎo)，增強(qiáng)模型建構(gòu)訓(xùn)練，使其建立模型體系.

例如，在進(jìn)行“彈力”教學(xué)時(shí)，彈簧在高中物理中是一個(gè)比較常見的研究對(duì)象，為幫助學(xué)生順利解答關(guān)于彈簧的問(wèn)題，構(gòu)建彈簧模型顯得至關(guān)重要，主要從受力與能量?jī)蓚€(gè)方面切入.在受力方面，彈簧不僅可以產(chǎn)生拉的作用，還能夠產(chǎn)生壓的作用，需要注意的是根據(jù)胡克定律可知，F(xiàn)＝kΔx，彈簧拉伸長(zhǎng)度與壓縮長(zhǎng)度相同時(shí)產(chǎn)生力的作用大小一樣，方向相反.如圖1所示，在一個(gè)光滑的平面上，O是彈簧原長(zhǎng)位置且OM＝ON，則在M、N兩點(diǎn)物塊受到彈簧彈力的大小一樣.而且彈簧發(fā)生形變是需要一定時(shí)間的，這說(shuō)明彈簧的力不能突變.基于能量角度來(lái)看，彈簧是一種儲(chǔ)存能量的裝置，即為當(dāng)物體壓縮彈簧時(shí)，彈簧是儲(chǔ)存能量的裝置，當(dāng)彈簧在恢復(fù)過(guò)程中，能量將會(huì)慢慢的釋放，如不考慮摩擦力的作用，彈簧可在保持物體能量不變的情況下改變物體運(yùn)動(dòng)方向，如圖2所示，水平面光滑，物塊以速度v向左壓縮彈簧，彈簧恢復(fù)至原長(zhǎng)后，物體仍以大小v的速度向右運(yùn)動(dòng).由學(xué)生歸納共同點(diǎn)：這兩個(gè)例子都是光滑水平面上的彈簧模型.這樣以典型物理題目為依托增強(qiáng)模型建構(gòu)訓(xùn)練.

2.5 引入多元評(píng)價(jià)模式，拓展模型建構(gòu)思維由于在高中物理模型建構(gòu)教學(xué)中大多都采用的是小組合作形式，當(dāng)學(xué)生在小組內(nèi)完成物理模型的建構(gòu)以后，教師要對(duì)他們的學(xué)習(xí)過(guò)程展開評(píng)價(jià)，使其反思自己在學(xué)習(xí)中的不足和劣勢(shì)，繼而有針對(duì)性的改進(jìn)與彌補(bǔ).具體來(lái)說(shuō)，高中物理教師可以引入多元化的評(píng)價(jià)模式，包括學(xué)生自評(píng)、互評(píng)、師生互評(píng)等，通過(guò)評(píng)價(jià)讓學(xué)生自我反思與完善自己，拓展個(gè)人模型建構(gòu)思維，教師則反思建模教學(xué)過(guò)程，及時(shí)做出調(diào)整，推動(dòng)高效課堂的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng).

綜上所述，在高中物理課堂教學(xué)中采用建構(gòu)模型的教學(xué)方法，不僅是對(duì)核心素養(yǎng)理念的具體滲透，還是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的突破與改進(jìn)，有助于新一輪教育改革的持續(xù)推進(jìn)，教師應(yīng)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生實(shí)際情況靈活自如的采用教學(xué)方法，助推學(xué)生更好的理解物理現(xiàn)象與概念，有效發(fā)展他們的物理探究思維能力，使其在探索物理奧秘的同時(shí)收獲更多樂(lè)趣.

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[責(zé)任編輯：李 璟]