淺議基于物理核心素養培養的物理模型建構教學策略

摘 要：在高中物理教學中，物理模型的建構實際上是科學的思維模式和能力體現，是物理核心素養的重要部分。物理學科包含著復雜的自然科學知識，建構模型能夠加強學生對物理知識的理解和應用，完善他們的思維。因此，教師需要重視物理模型建構教學的研究，在核心素養的指導下分析高中物理教學方向，引導學生在學習物理的過程中理解、運用模型并且能夠自主建構模型，提高教學效率。本文就高中物理模型建構的相關概念進行了分析，探索了有效的教學策略。

關鍵詞： ? 核心素養;模型建構;教學策略;高中物理

高中物理的教學價值體現在能夠培養學生的物理思維、邏輯分析能力以及科學應用能力，讓學生能夠利用物理知識解決更多的實際問題，通過構建物理思考模式簡化解決問題的方式，提升學生的學習能力。物理模型思想的融入實際上是利用模型的構建將比較復雜的問題簡單化，在教學中，教師需要利用物理知識反映實際問題，幫助學生鍛煉思維能力，培養學生邏輯分析能力，以此提升教學效率。合理構建物理模型需要學生掌握基本的物理知識，并且在分析問題時，通過對基本理論的深入研究和實踐應用，真正運用好物理模型提升自身的核心素養。

一、物理模型構建的概念

在高中物理學習中，很多理論和規律的基礎知識都需要通過構建抽象的物理模型進行推導，才能夠讓學生明白其中的內涵。模型實際上是通過物理現象發現物理規律的中介物質，主要針對物理現象構建模型，通過對模型規律的分析，應用其解決實際問題，發現更多物理規律，推導出適用的公式。在高中物理學習中，物理模型的種類是比較多的，因為涉及運動、力，以及能量等知識，就需要根據不同的知識點和概念建構模型。例如，物質模型、狀態模型或者是過程模型。但是在實際應用中，學生還需要根據舊的模型建構新的模型，實現模型的創新，使其能夠解決更多的問題。在高中物理教學中應用物理模型能夠將復雜的問題變得更加簡單，也能夠降低學生學習的難度。因為模型一般都是在理想化的假定環境下產生的，需要一定的抽象思維[1]。例如，在研究質點問題時，需要學生將運動中的一些物體看成質點，才能夠對運動問題進行研究。也只有將物體抽象化才能夠構建物理模型，總結具體的知識應用方式。因此，掌握模型構建的方式也能夠培養學生的思維能力，同時提升其學習能力。

二、高中物理模型構建的類型

根據高中物理教學的內容看，當前在物理模型的構建上主要包括理想對象模型、物理過程模型以及理想條件模型。理想對象模型是將研究的問題或者實際的物理現象看成理想化的狀態，比如，在高中物理大部分知識中，特別是在研究運動相關的知識時，一般都是將物體看出一個質點，忽視了物體自身的形狀、大小，以及其他因素的影響。還有研究電荷問題時的點電荷、磁場線等，這些是肉眼看不見的，但是在學習時將其理想化，才能夠成為研究的對象。而這種模型構建可以讓研究的物理問題化繁為簡，更便于學生在探究的過程中弄清楚相關的物理結論和知識理論。物理過程模型是將具體的物理過程進行理想化處理，只考慮主要因素影響的過程變化，而忽視了一些次要的因素。比如，高中物理中經常研究勻速直線運動、勻速圓周運動等，而這些運動都是在理想化的條件下提出的，也只有在理想過程模型建構中才能夠實現。如果不構建物理模型將難以實現該知識的研究突破，也不利于學生實現深入學習。理想條件模型比較好理解，比如光滑的表面將摩擦力影響忽略不計了，物體視為質點后，也忽略了其質量的影響，勻加速運動中任意時刻加速度是相同的，也忽略了其他條件影響。可見在物理學習中，這些物理模型構建是貫穿于整個環節和知識內容中的，因此，構建物理模型是非常有必要的。

三、核心素養背景下，高中物理模型構建教學策略

（一）引導學生樹立物理模型思維意識，培養物理思維

物理模型的建構實際上是貫穿在整個高中物理學習時期的，需要學生具備這種模型思維和建構的意識，從學習理論知識開始就能夠從物理模型中探索出物理的規律，實現對知識的深入認知。但是從當下高中物理教學的情況看，部分高中學生對物理學習的認知并不深入，特別是他們的抽象思維能力較差，缺乏了一定的聯想能力，所以導致學生在學習的過程中容易產生較大的差距。比如，部分學生的基礎水平很差，甚至無法理解一些基礎的理論以及知識的應用。例如，如何分析作用力和反作用力，如何結合牛頓第一定律探索運動和力的關系。而有的學生卻能夠進行物理模型的重新構建，在解題的時候也能夠靈活運用。可見，物理模型的建構意識和能力是影響學生學習效果的重要因素。因此，教師在物理教學中要有意識地引導學生理解物理模型的意義，并且結合基本的知識，指導學生學會建模，幫助學生形成建模意識，引導學生對新舊知識實現靈活理解，啟發學生的思維[2]。在培養學生核心素養的要求下，教師需要從物理模型建構教學中實現對學生科學思維的培養，并且讓學生可以了解不同物理模型的建構意義。比如，在學習質點、勻速直線運動、圓周運動等知識時，應該讓學生明白這些對象以及運動過程實際上是在一種理想狀態下提出的，通過理想環境的構建研究了運動的規律，也就是建構了一種物理模型，更容易認識理論的本質。教師可以通過利用信息技術軟件模擬這種理想狀態，創建模擬實驗環境，幫助學生構建物理模型。例如，可以先引導學生學會用假設和驗證的方式建立模型，然后再根據條件的變化進行適當補充，一步步地形成比較清晰的解題和學習思路，這在許多高中物理解題中運用得非常廣泛。指導學生進行類比推理，通過對知識、概念以及原理等的遷移應用，對不同物理模型進行對比，從中找到區別和不同點，再按照實際情況進行處理，以推動舊知識和新知識的關聯，也有利于學生更好地構建物理模型。

（二）呈現物理模型思維過程，提升分析能力

在培養學生核心素養的要求下，高中物理教學需要通過科學的教育方法促進學生思維能力的發展，使其真正地從物理學科知識的學習中掌握思考和應用的方式，能夠自主地探索物理世界中的各種問題，實現有效的分析[3]。但是從教學現狀來看，部分學生的思維仍然比較膚淺，特別是對物理模型的理解還處于表面的記憶層面。例如，有的學生在學習平拋運動的知識時，雖然知道這一情境實際上是一種物理模型，卻不明白為什么平拋運動中的質點會出現這樣規律的運動軌跡，在實際研究中又忽視了哪些影響因素，而在運用的過程中，主要關注的是平拋運動的結論。這些都說明學生并沒有形成清晰的物理模型思維，在實際應用的過程中就會出現各種問題。所以教師要對學生呈現物理模型思維過程，將隱性教學轉化為顯性的引導，真正幫助學生明白物理模型思維的核心。比如，在學習勻速圓周運動的過程中，為了讓學生了解向心力的來源，并且明白模型構建的過程，教師可以為學生展示這幾個實例：人造衛星繞地球運動的向心力來源于萬有引力;光滑桌面上用線拴一小球勻速轉動，向心力來源是線的彈力或者是重力和其他力的合力;隨唱片迅速轉動的物體，向心力來源靜摩擦力。而這些實例中，要想實現勻速圓周運動的一個重要條件就是除了擁有初速度之外，向心力的大小保持不變，同時方向要與速度方向垂直。在構建模型時，教師可以通過設計對比試驗探索勻速圓周運動的規律。例如，教師可以讓學生在真實場景中設計模擬實驗，觀察球運動的狀態。很多學生會發現勻速運動是無法實現的，教師可以引導學生總結和思考影響的因素。因為實際實驗時桌面無法保證平滑，有了摩擦力、空氣阻力等其他力的干擾，并不能實現勻速運動。然后用信息技術軟件模擬光滑桌面上用線拴一小球勻速轉動試驗，通過軟件設計相同數據探索勻速圓周運動的規律。而軟件模擬的實驗，實際上是一種理想狀態，也是勻速圓周運動的模型，而理想模型的建構是在實驗經驗上的，也是在學生思考的狀態下對條件進行調整和設計，才有了物理模型。而這個模型構建的過程能夠幫助學生清楚地了解建構思維，培養其科學素養。

（三）豐富物理模型建構方法，拓展應用途徑

教師在教學時要引導學生掌握一些物理模型建構的常用方法。例如，歸納法、抽象法等，幫助學生拓展模型建構的途徑，從不同角度應用模型分析實際問題。例如，在研究勻變速直線運動時，教師可以讓學生使用打點計時器測定勻變速直線運動的加速度。在此實驗中依據的原理是：設定物體做勻加速直線運動，并且在各個連續相等時間內對位移、時間和加速度的關系進行記錄和分析，得到相應的規律。然后通過計算加速度的平均值測定勻變速直線運動的加速度。所以該方式是通過數據記錄和歸納的方式構建物理模型，在實驗的過程中，學生需要通過多次實驗數據的記錄才能夠對數據進行歸納，找到其中幾個數值的規律，并且進行有效計算。而抽象法是將現實生活問題利用抽象化處理手段，通過構建理想的物理模型解決實際的問題。這種方式主要運用在電場、磁場、能量守恒等肉眼無法看到的，但是實際又存在的物理現象[4]。教師可以引導學生利用合適的表達手法或者工具構建物理模型，為學生建立一個問題研究的環境，幫助學生掌握物理模型的構建技巧。

比如，在研究一般意義上的碰撞問題時，光滑平面上兩個質量不同的小球發生了正碰和斜碰兩種碰撞，根據該問題構建物理模型時，首先要對正碰的情況進行模型構建：第一，完全彈性碰撞，碰撞時產生了彈性形變，碰撞后形變完全消失;第二，完全非彈性碰撞，碰撞后物體相對靜止，也就是碰撞時產生的形變沒有恢復，碰撞后相互作用的物體具有共同速度;第三，一般碰撞，碰撞時產生的形變有部分恢復。而這三個不同情況的物理模型構建之后，都需要對機械能、動量變化等情況進行分析，找到可以應用的知識點。而且要解決該問題，學生必須要根據不同的情況建立物理模型，才能夠體現物理知識的嚴謹性，提高答題的質量。所以教師在講解時，可以利用信息技術智能模擬軟件模擬出這三種不同的情況，然后讓學生分析出現這幾種情況的原因，真正掌握物理模型構建的方式。

（四）加強物理模型的實際應用，提升解決問題能力

利用物理模型解決實際問題是高中物理教學的重要部分，也是高中生需要掌握的重要知識和技能，只有在不斷應用中才能夠真正掌握物理模型構建的方式，實現科學思維的發展，培養學生的核心素養。在高中物理解題中經常用到的經典模型有：皮帶模型，主要研究的是摩擦力、牛頓運動定律，以及功、能等問題;斜面模型研究運動規律和三大定律;子彈打木樁模型研究的是摩擦生熱、臨界問題，以及三大定律等。除此之外還有單擺模型、平拋模型、彈簧模型等，也是歷年高考的重點題型。學生只有掌握了模型建構運用的方法才能夠應對靈活變化的題目，從中分析出解題的關鍵點。因此，教師需要針對不同物理模型的應用方式進行歸納整理，在設計題型以及解題引導的過程中，讓學生重視對模型類別、特點，以及關鍵知識點進行分析，并且學會使用對比、拓展延伸以及歸納總結等方式創新物理模型，真正提升學生的物理核心素養[5]。例如，教師可以讓學生準備一個整理本，根據自己學習的情況對物理模型構建的案例進行整理，并且定期對這些案例進行歸類。比如，哪些屬于碰撞模型、哪些屬于運動模型、哪些屬于振動模型。其中碰撞模型一般有幾種，什么條件下可以構建完全碰撞、非完全碰撞模型，不同模型之間有什么區別，在解題時應該應用到哪些公式。比如，在碰撞模型中應該遵守的原則是：動量守恒原則、系統能量守恒原則、情境可行性原則等，所以在分析問題時需要結合這些條件進行物理模型的探索，利用物理模型解題。學生可以根據教師的講解、考試的類型，以及錯題的積累等進行匯總，定期對題目重新分析和審視，并且嘗試重新構建物理模型，這樣在反復的練習中，學生才能真正掌握物理模型構建應用方式，提高學生的物理素養和能力。

結束語

總的來說，在培養學生核心素養的要求下，高中物理模型建構思想的融入能夠幫助學生掌握科學的學習方法，提高學生的積極性。因此，教師要深入挖掘教材的內容，設計不同類型的教學活動和方式，引導學生了解物理模型、認識物理模型以及應用物理模型，通過科學的模型構建教學，發展學生的科學思維和應用能力，以促進高中生綜合素質的發展。

參考文獻

[1]朱聯星.核心素養下物理模型構建的教學策略[J].湖南中學物理，2019（3）：29-31.

[2]江秀梅，劉大明.基于學科核心素養的高中物理模型教學策略[J].新課程評論，2020（4）：84-91.

[3]馬嬌嬌，王永成.基于物理核心素養的學生物理建模能力培養[J].中學物理，2019（13）：75-76.

[4]張東風.基于核心素養的物理教學設計探討：以“平拋運動”為例[J].物理之友，2020（36）：5，2.

[5]王文英.核心素養下的高中物理建模能力的培養策略[J].成功密碼（綜合版），2019（2）：23.

作者簡介：王君（1979— ），女，漢族，江蘇揚州人，江蘇省揚州大學附屬中學，中學一級，本科。研究方向：中學物理教學。