高中物理教學中學生建模能力的提升策略

劉華博

【摘要】在高中物理教學中關注學生建模能力的培養可以幫助學生更好地分析、解決物理問題，能強化學生的物理學習效果.建模能力屬于學生物理綜合能力的表現，在實際教學中，高中物理教師應該結合學生的具體情況，采取多樣化的教學方式來增強學生的建模意識，提高學生的建模能力，讓學生能更加高質量地完成物理學習.

【關鍵詞】高中物理;建模能力;提升策略

在高中物理學習中，涉及到的模型有很多，如傳送帶模型、彈簧模型等，通過物理模型的建立，能幫助學生更加快速、準確地處理物理問題，有助于學生知識內化.高中物理教師在日常教學中，需要特別關注學生物理建模能力的培養，強化學生的建模意識，促使學生能借助建模更加高質量地處理物理問題，優化學生物理學習活動.

1 高中物理教學常見的模型

在高中物理教學中，常見的物理模型主要包括：（1）對象模型.這是一種理想化的物理模型.在現實中，由于真實情況相對比較復雜，教師在引導學生用物理知識對現實問題進行分析處理時，會讓學生通過忽視風的阻力、空氣阻力等抽象性條件，達到理想狀態模型，代替原來的實物.

（2）過程模型.這種模型主要是對物體的變化過程、變化規律進行歸納.在建模中需要將物體真實狀態下發生的變化假設成理想狀態，如理想狀態下的物體自由落體運動、理想狀態下的氣體等壓變化.

（3）條件模型.這種模型是對物體理想化狀態的主要條件進行研究，如忽視繩子質量、忽視物體表面摩擦力等，讓問題變得更加簡單.

（4）理想實驗模型.在開展物理實驗時，經常會有很多因素對實驗活動造成影響，而通過理想實驗模型設計，能對限制條件進行理想化處理，從而讓實驗變得更加合理.

2 高中物理教學培養學生建模能力的意義

物理學科是高中教育中的重要課程，其涉及到的知識內容相對比較復雜、廣泛.高中生面對這些抽象復雜的內容時，經常會出現不知道如何學習的情況，可以說物理學科對學生來說既是挑戰，也是考驗.

在物理課堂上，學生會出現因為不懂問題而無法跟上教學進度的情況，教師在課堂上單純地給學生口頭講解知識，學生理解難度極高，這就會出現“惡性循環”的情況，學生不懂的問題也會逐漸增多.而物理建模則可以將抽象復雜的物理情境通過形象化的方式呈現出來，這樣學生就可以在學習中更好的抓住問題本質、規律，實現簡化問題、高效學習.因此在高中物理教學中，關注學生物理建模能力培養具有十分重要的意義.

一方面，通過物理建模可以讓學生在物理問題解決中，用簡單的方式處理復雜的問題，這樣學生就能更加準確地抓住問題本質，有助于學生物理學習效果提升.高中物理學科本身具有較強的抽象性，物理教材中的問題對學生來說難度比較高，教師只是口述很難讓學生理解、想象題目中所描述的內容，學生在學習中聽不懂又會降低其學習積極性，這也就影響到課堂教學活動的順利推進.在這種情況下，無論教師是繼續講解新知識，還是重復講解過去的知識，都會讓學生感覺很困難.通過物理建模，則可以讓問題更加清晰地展現到學生面前，有助于學生深層次把握物理原理，促進了學生吸收、內化知識.

另一方面通過對學生的建模意識、建模能力進行培養，能促進學生物理思維、物理習慣的養成，有助于學生實際問題解決能力的提升.同時，在高中物理教學中，通過培養學生建模能力，還可以讓學生在解決問題中不需要根據自己的經驗去猜想、推斷，而是對問題進行簡化處理，忽略不必要的次要條件，結合實際來做到問題理想化處理，將現實問題轉變成了理想的物理情境，學生可以更加準確地獲取結果.

在高中物理教學中，通過培養學生的建模能力，能讓學生更加靈活地應用物理知識，對于學生物理核心素養提升十分有利.

3 高中物理教學中培養學生建模能力的策略

物理課堂是學生獲取物理知識的重要平臺，教師在實踐教學中，不僅要引導學生獲取相應的物理知識，還需要指引學生開展物理建模，并且要給學生創造機會，讓學生嘗試自己建模，在建模中對問題進行分析、思考，促進學生物理學習水平提升.

3.1 在概念規律教學中示范建模

高中物理教材中涉及到的很多知識點都比較抽象，并且涉及到諸多物理規律，如自由落體、平拋運動、彈性碰撞、質點等.教師在課堂上要指引學生構建清晰的物理模型，把握物理模型成立的條件、特點，促使學生可以在實際情景中構建物理模型，實現復雜問題簡單化處理.

例如 在質點概念教學中，質點是高中生在物理學習中的一個理想模型，學生在學習中需要明白為什么引入質點概念、什么研究對象可以看做是質點、在生活中是否有質點存在等問題.

在實際中，研究對象是一個很復雜的存在，學生在研究問題時，需要將一些不重要的因素忽略，抓住問題主要因素，將復雜的研究對象看做是沒有體積、不占空間，具有質量的點，也就是質點.

在課堂上，教師可以借助實例幫助學生理解應用質點模型.如地球在圍繞太陽進行公轉時，地球是否可以看做質點？地球在自轉過程中能否看做是質點？在研究乒乓球運動軌跡時是否能將其看做是質點？在研究乒乓球運動的旋轉情況時是否能將其看做質點？通過這樣對比分析，可以讓學生更好地理解質點模型的成立條件、質點模型特征，能改變學生“小物體可以看做質點，大物體不能看做質點”的錯誤思想.

例如 在平拋運動教學中，平拋運動是高中物理教學中比較典型的過程模型，在課堂上教師可以通過探究式教學方式，指引學生可以親身體驗平拋運動模型的形成過程，讓學生能對平拋運動模型的核心特點，即在水平方向勻速運動，在豎直方向保持自由落體運動;在處理平拋運動模型時可以通過化曲為直的方法有深刻的認識.

教師要借助一些實例引導學生理解，如在射擊比賽中，靶子與槍處于同一水平高度，子彈朝著靶子水平射出的過程中，靶子自由下落，忽略空氣阻力，問子彈是否可以命中目標.在這個實際情境中，學生需要考慮以下問題：在整個過程中研究的主要對象是誰？在整個運動過程中是否能將靶子和子彈看做是質點？理想條件是什么？這些條件對子彈及靶子運動會帶來什么影響？子彈與靶子分別在做什么運動？如何分解子彈的運動？子彈兩個分運動之間有什么關聯，與靶子運動有什么關系？通過這樣的思考，可以幫助學生更加精準的構建物理模型，能加深學生對平拋運動模型的認知.

3.2 聯系生活培養學生建模能力

物理學科與學生的現實生活具有十分緊密的關聯，不管是從物理知識起源、發展的角度看，還是從物理學科的形成、服務功能看，物理都與社會生活緊密相關.

高中生在物理學習中對物理模型是比較陌生的，特別是在剛進入高中階段，學生經常會遇到不知道用什么展現物理問題的情況.所以高中物理教師在實際教學中需要指引學生深挖物理學科與現實生活之間的關聯，結合生活中的物理現象來培養學生的建模水平.在課堂上，高中物理教師要注意為學生構建熟悉的生活環境、社會氛圍，指引學生創建物理模型，處理相應的物理問題，促進學生對知識技能的理解.

例如 在“能量守恒定律”教學中，為了深化學生的理解，讓學生意識到能量不會憑空出現，也不會無緣無故地消失，能量只會從一種形式轉變成另一種形式，或者是從某個物體轉移到另一個物體上，在整個轉化過程中能量總量是不會發生變化的.

教師可以在教學過程中借助實際案例指引學生思考探究，如有的學生提出在乘坐電梯時，自己并沒有出力，卻到了高的位置，能量因此而增加.教師對于學生的觀點不需要急于否定，可以鼓勵學生對此進行討論，有的學生表示這個觀點是錯誤的，雖然在坐電梯的過程中重力勢能有了增加，但是電梯是由電能驅動馬達工作，是電能轉變成了重力勢能，符合能量守恒定律.通過這樣的生活化引導，更容易讓學生理解相關知識點，有助于學生對能量轉化模型有深入感知.

3.3 簡化問題培養學生建模能力

物理學科的難點之一在于其本身的抽象性很高，很多學生在面對復雜的問題時，不知道如何建立物理圖景.所以高中物理教師在日常教學過程中，必須關注學生的物理思維、學習思路，要培養學生簡化問題的能力，為學生物理問題處理打下良好基礎.具體來說，在高中物理教學中教師可以指引學生通過物理模型，對原來抽象的物理問題進行呈現.

在以往的高中物理教學中，教師過于強調學生對理論知識的記憶，導致學生對知識缺乏深入感知，在這種情況下學生解決物理問題時難免會遇到各種困難.所以教師需要指引學生深層次獲取知識，借助建模的方式來理解應用物理知識點.

例如 在“分子動理論”中，教師如果只憑借口頭描述讓學生理解分子間的作用力，學生會感覺很抽象，記憶不深刻，如果遇到其他比較相似的知識，很容易出現記憶混淆的情況.對此教師就可以借助輕彈簧模型引導學生學習，在一個兩端連著小球的輕彈簧上，將小球看做是相鄰分子，彈簧的彈力就是兩個“分子”的作用力，通過形象化的模型放大微觀現象，可以讓學生更加輕松地理解應用知識，這對于教學效果的提升十分有利.

3.4 關注科學思維培養學生建模能力

科學思維是物理研究中比較重要的思想觀念，也是影響學生建模能力的關鍵要素.很多物理模型都是建立在科學思維基礎上的，而在實踐中人們通過科學思維分析問題時也會用到物理模型，所以高中物理教師還需要在平常教學中特別注重學生科學思維的培養，借助科學思維強化學生物理建模水平，這樣學生在處理物理問題時，就可以在科學思維引導下快速分析建模，實現對問題的處理.

在高中物理學習中，學生經常會接觸到“理想化處理”這種思維方式，并且也因此產生了很多模型，如在實驗中的細膩光滑平面、不計質量的輕繩、運動中不考慮空氣阻力的自由落體運動、忽略阻尼震動的簡諧運動等.在物理學科中，關于理想化處理的案例有很多，教師在日常教學中需要指引學生樹立相應的科學思維，深入體會物理模型構建過程，指引學生掌握正確的物理模型構建方法，借助模型來把握物理學科本質，促進學生物理學習效果的提升.

4 結語

在高中物理教學中，關注學生建模能力的培養對于提高學生物理解題能力、物理學習成績有極大幫助，同時建模能力的培養還可以促進學生物理核心素養的提升.

在平常教學中，高中物理教師應該將學生建模能力的培養看做是教學活動的重要任務，在引導學生獲取物理知識的過程中，關注學生建模能力的培養，并組織學生開展相應的建模訓練，引導學生做好建模總結，逐步提高學生的建模水平，為學生的綜合發展奠定基礎.

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