基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)學生模型建構能力的實踐研究

蔡福珍

摘? ?要：隨著新課程標準的實施，教師在教學過程中創(chuàng)設情境，引導學生建構物理模型，是促進學生科學思維發(fā)展的有效方式之一。如何開展模型教學，要以當前的教學現狀作為基礎進行分析，尋找開展模型教學的有效方式。

關鍵詞：創(chuàng)設情境;模型建構;科學思維;能力培養(yǎng)

當前，中學物理教學改革指向學生高階思維的發(fā)展，指向學科核心素養(yǎng)的培育，指向了課程綜合育人的目標。新高考評價體系下，通過情境化試題考查學生知識、能力、素養(yǎng)也成為高考物理試題命題的趨勢。無論是從教學改革的方向還是新高考的評價，啟示是：在教學過程中要教會學生用物理知識和物理思維方法，將情境問題轉化為非情境問題，并建構相應的模型解決實際問題。本文以魯科版必修一“自由落體運動”為例，深入分析了模型建構能力的培養(yǎng)及具體的措施，以期實現物理教學與新課標理念的對接。

1? 模型建構在新課標中的教學要求與傳統(tǒng)教學中的區(qū)別

在過去的教學中，教師也很重視物理模型教學。那么模型建構在新課標中的教學要求與傳統(tǒng)教學有什么區(qū)別？

2003年版《普通高中物理課程標準》對模型建構的要求是：認識物理模型在物理學發(fā)展中的作用。這其實是讓學生知道有哪些重要的物理模型，然后直接用這些模型去解決物理問題。這就造成了學生學習模型建構后，能解決的問題大多是理想模型，它是對模型的直接應用，顯然不利于學生解決真實情境中的問題。 2017 年版《普通高中物理課程標準》對其提出新要求：具有構建模型的意識和能力[ 1 ]。這要求在一個真實情境，學生先要意識到須將一個真實情境處理成一個物理模型，然后還要知道怎么建構一個合理、科學的物理模型。顯然這樣的要求一定是伴隨著一個真實的情境或者一個真實問題而產生的。

2? 培養(yǎng)學生建構物理模型的教學策略

2.1? 創(chuàng)設適切的情境

教師日常開展物理模型教學具體的教學指導：教學中要結合學生的生活經驗，聯系生產科技發(fā)展，從多個角度創(chuàng)設情境，提出物理學有關的問題，引導學生進一步討論，讓學生體會建構物理模型的必要性和方法[ 2 ]。可見，培養(yǎng)學生模型建構意識與能力，創(chuàng)設適切的情境是必然的一條路徑。

情境要圍繞教學活動的目的，貼近學生生活，符合學生學習基礎，去繁存簡，利于學生基于情境運用一定的科學思維方法展開思維分析活動。可以先從研究生活中的落體運動入手再進一步建立自由落體模型。因為從實際情境到模型建立需要一定的邏輯層次。教師可以通過圖片方式提供4個學生常見的情境如蹦極運動員的下落（繩子未拉直繃緊階段）、隨風飄落的樹葉、空中下落的跳傘人員（傘已展開）、高空下落的雨滴。

這四個情境的圖片畫面簡潔，研究對象突出，同時下落受到的外界影響又都不大相同，又都是學生所熟悉的，非常利于學生就此展開討論，而又不會受到其它無關因素的干擾。學生經歷分析探討的過程比較容易將解決問題的路徑指向受力分析。通過受力分析學生能自行分析并總結出四個情境均受到重力和阻力這兩個共同的特征，從而進一步將思維活動引向下一個關鍵性問題。可見，教師創(chuàng)設的4個情境正是適合模型建構的適切情境，正因為情境適切，才能導向清晰，才能幫助學生發(fā)展思維建構模型。

2.2? 以情境為載體，設計與物理學有關的有邏輯層次的問題鏈或活動

在具體情境中設計與物理學有關的有邏輯層次的系列子問題或活動。學生通過解決這些相互關聯的子問題經歷模型建構的思維活動過程，從而體會和學習模型建構的方法。也就是說以情境為載體，通過問題引領，活動設計從而經歷模型建構的過程，提高模型建構的能力。

在提供四個情境后，教師提出問題①：現在哪個物體的運動最簡單？通過這個問題的引領，學生在分析討論后容易據已有知識得到蹦極運動員與水滴的下落的運動比較簡單。從而找到影響落體運動的兩個相關因素——重力和阻力。進一步提出問題②：這兩個因素是如何影響物體下落的？進一步引導學生當研究一個問題與兩個要素的關系時可通過控制變量法進行定量研究。確定了實驗方法，接下來教師就可引導學生創(chuàng)設相應的活動進行探究，如活動一：學生用質量相同的紙片與紙團等高同時靜止釋放，比較二者下落的快慢。活動二：學生用質量不同的紙片，但形狀相同，等高同時釋放。活動三：抽去空氣的牛頓管，觀察到的現象是羽毛與鐵片幾乎同時落到管底。為了讓問題更突出，可逐步再放入空氣，可觀察到當玻璃管內空氣越多，羽毛下落得越慢。通過實驗的對比，學生易感知到下落得快慢不同是空氣阻力引起的。在此基礎上可進一步提出問題③：若完全排除空氣阻力，輕重不同的物體下落情況是否一樣？教師最后再提供視頻進行驗證——高真空實驗環(huán)境下的羽毛與球下落快慢完全一樣，最終得到自由落體運動的模型。

教師從紙片——紙團——牛頓管——高真空實驗環(huán)境下的羽毛與球的下落，已從實際生活過渡到實驗環(huán)境，讓學生體會空氣阻力徹底去除并不符合實際情況，從而理解自由落體運動是一個理想模型。可見，適切的情境并不完全是實際的情境也包括半理想甚至是理想化的實驗情境。關鍵是這些情境之間能符合邏輯的逐漸過渡，符合學生的認知發(fā)展。

2.3? 通過原始問題解決提升學生的建模能力

學生不僅要學習模型建構的方法，更要通過建構模型去解決實際問題，模型建構能力才能真正得到提升。所以還要設計實際問題情境去訓練學生。比如在自由落體運動模型已經建構后，可創(chuàng)設情境化的問題：雨滴如何從云層下落到地面？這個問題對學生來講是有一定難度的。學生首先會將情境與已有的自由落體模型關聯。由于雨滴會受到空氣阻力，阻力相比重力是否可忽略不計是個難點。教師可補充現實中空氣阻力與下落速度的關系，告知學生下落的初階段，雨滴速度小，阻力小，當速度越大時，阻力也隨之增大，通過受力分析將情境化的問題“雨滴怎么落？”轉化為非情境化的問題：開始是自由落體運動嗎？最終是勻速直線運動嗎？從而將復雜問題簡單化，簡單問題模型化，將實際情境展開成可以研究的子問題。

2.4? 教材深加工，挖掘其中物理模型

高中物理教材的內容涵蓋了學生高中階段所學的物理知識，并且大部分的內容都是以物理模型為基礎向學生傳遞物理知識和規(guī)律。但是教材內容的編排是按整個知識的邏輯體系進行編排的，所以物理模型便較為零散地鑲嵌在教材內容中。開展模型教學首先需要對教材深加工，以單元架構的視角，創(chuàng)設豐富的適切的情境，對模型及建模過程進行教學設計[ 3 ]。通過物理模型的建構和應用，學生能透過實際現象感悟背后所蘊含的物理規(guī)律，思維得到發(fā)展，素養(yǎng)進一步提升。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017 年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 任佩璐，張兵榮.2003版與2017版物理課程標準中物理模型及建模的比較研究[J].物理教師，2021，42（3）.

[3] 房金萍. 建構物理模型在高中物理教學中的實踐研究[D].長春：東北師范大學，2011.