高中物理模型的建構及教學方法

物理屬于高中課程體系中一門比較難的科目，知識內容較為復雜和抽象，學起來較為困難，對學生的綜合能力要求較高，他們在學習過程中往往會遇到不少障礙，教師只有采用科學合理的教學方法，才能實現教學目標。在新一輪課程改革持續深入的背景下，高中物理教師引入模型教學法，通過建構模型帶領學生深入分析與探究物理，使其在模型輔助下增強學習物理知識的主動性，促進他們對物理原理的理解、掌握和應用。

一、高中物理模型建構教學方法的重要作用

（一）把抽象的物理問題變得具體

在高中物理教學中，經常會對部分物理問題進行分析和研究，精準描述是基本要求。許多物理問題都較為復雜，學生很難直接對問題進行精確、完整的探究，如對“場”這一概念，是看不見、摸不到的，研究時通常無法下手，這時，教師可借助模型教學引入電場線、磁場線等知識，將“場”的問題變得形象、直觀起來，還顯得更為簡潔與具體，助推學生更好地學習、分析與掌握物理知識。

（二）促進學生對物理理論知識的理解

在高中物理教學中，引入模型教學與建立物理模型，最為關鍵的一個因素便是物理模型可以充分展現出一些特殊的物理現象與問題，且在研究與分析物理模型的過程中找到處理問題的方法與竅門。例如，在學習“機械能守恒”這部分內容時，教師應指導學生建立“功為能量轉化的量度”這樣一個概念模型，他們便能夠全面把握和準確理解“功”與“能”這兩個物理概念，使學生了解這兩個概念之間存在的差異與關系，從而系統、全面地理解物理原理及規律。

（三）有效培養學生的創造能力

當研究越深入，就可以感覺到部分物理過程和現象就顯得越復雜，當處理一些高難度物理問題時，提出的要求是更為簡潔與精準，為實現這一目的，離不開物理模型的輔助與支持，借助物理模型展開分析能夠激活學生的創新思維，培養他們的創造性學習能力。例如，在研究物體運動現象時，大部分人都認為是力在維持物體進行運動，直至伽利略把理想實驗提出來以后，才真正地揭示出真理。其實理想實驗即為對物理現象進行觀察和分析，尋找存在的規律，據此建立出物理模型，再深入探索物理模型，預測將會出現什么結果。故在高中物理教學中建構模型，可以有效培養學生的創新能力與創造意識，幫助學生逐步形成對問題進行邏輯思考的好習慣，改善與提升學生整體物理素養。

二、高中物理教學中常見的模型

物理模型指的是依托基本物理學，將一些具體問題展開簡單處理和加工以后進行解決的一種特殊思維形式，可以根據真實情況進行求解、推理和驗證，最終獲得預期結論，并能夠深入理解所研究的物理對象。在高中課程體系中，物理學科同其他學科相比而言顯得更為復雜和抽象，學生難以透徹理解一些特殊公式及概念，如果不及時掃除學習障礙，將會影響他們后續學習物理的態度和興趣。在高中物理教學中建構模型，能夠將一些物理核心知識以模型樣式形象、直觀、簡潔地展示出來，把物理本質保留下來，輔助他們深刻理解相關知識，促進既定教學目標的實現。比較常見的物理模型包括下列幾種：

（一）對象模型

對象模型是根據研究對象的特點，結合研究要求與目標，從中找出關鍵的因素，忽略或者淡化次要因素，構建出體現研究對象物理特征的抽象化、理想化的模型，且可以反映出物理現象的內部核心，如波爾模型、光線、盧瑟福模型、點光源、理想氣體、單擺運動、離子與質點等。

（二）過程模型

大部分過程模型都體現在物理過程里面，重點研究的是物理模型本質及需求，通常來說，物理過程都較為復雜，會受到多個因素的影響，大多數情況下都需要忽視次要因素，關注物理對象包含的主要因素，成為一種能夠把物理過程直接反映出來的理想模型，如自由落體運動和勻速直線運動等。

（三）條件模型

在高中物理教學中，遇到的條件模型數量并不是特別多，不過條件模型可以對所研究物理對象的外部條件進行處理，目的是讓這些外部條件達到一種理想狀態，以不受外部條件的影響為前提構建出相應的物理模型，如均勻介質與光滑的斜面等均屬于條件模型。

（四）結構模型

結構模型是以實驗操作與觀察作為基礎，借助物理思考與思維，對物理對象之間的相互作用、運動規律與本質結構等內容建立的模型，如準量子化原子模型、原子核式結構模型、分子電流假說等。

三、高中物理模型建構及具體教學流程

通常來講，在高中物理教學中通過構建物理模型設計教學時，需要按照以下流程實施，以確保各個教學環節的順利進行。

（一）創設情境

在高中物理教學中創設情境時，往往要用到多種多樣的教學方法與手段，包括實物、實驗、信息技術、語言描述等，教師指引學生把日常生活中所遇到的部分問題與情境通過構建物理模型的方式呈現出來，直觀化地展示到他們面前。在這一環節，教師可以要求學生積極踴躍地參與到所創設的情境當中，目的是進一步提升他們學習物理知識的積極性，以此做好模型教學的準備工作，使其思維被激活，自覺思考與分析相關物理知識。

（二）準備建模

在準備建立物理模型環節，教師可以提前把班內學生劃分成多個學習小組，指導他們以小組為基本單位合作建模。在正式建立物理模型之前，師生雙方均需了解建立物理模型的具體思路，根據對實際問題的研究來科學構建模型。同時，高中物理教師需做好導向工作，借助相應的任務或者問題指導學生進行有序觀察、分析和探討，在整個模型構建過程中給予適時點撥和提示，使其做好充足的準備工作。

（三）建構模型

在高中物理模型建構教學中，教師需以研究物理對象的基本特征為依托，注重微觀和宏觀之間的靈活轉變，據此有效培養學生的感性思想與認知能力，引導他們圍繞所學內容與情境順利建立出相應的物理模型，當構建好物理模型以后，還要注重對模型剖析和歸納，進一步優化物理模型，使其整體學習效率變得更高。

（四）反饋評價

反饋評價作為高中物理模型建構教學中的結尾環節，教師既要刻意鍛煉學生采用物理模型處理實際問題的能力，還要讓學生結合之前的學習經驗，不間斷地完善和優化個人學習策略。同時，要以學生實際學習情況為依托，做好點評工作，注重對他們學習過程、結果的反饋與評價，使他們的物理學習能力與知識水平得到進一步的升華。

四、高中物理模型建構及教學方法的應用

（一）關注建構物理模型過程，有效增強學生的物理思維

抽象思維作為常見的思維方式，能夠從事物中的多個復雜屬性中提煉分析其本質屬性，去除其他的屬性。在高中物理模型教學中，物理模型的建構其實就是一個特殊的抽象思維過程，每一個教學環節都是鍛煉和改善學生思維能力的大好機遇，高中物理教師在課堂教學中應呈現出一些比較常見的模型建構思維過程與方法，帶領學生親身經歷物理模型的建構歷程，使其分析、概括、對比、綜合、推導等多項物理思維均得到有效增強。

例如，在進行“自由落體運動”教學時，可以通過構建自由落體運動模型的方式帶領學生學習新知識。本節課中，怎樣消除他們受已有生活經驗的影響是難點所在。這時，教師可采用現場演示實驗的方式來創設情境，先把一枚一元硬幣與A4紙從同一高度同時釋放，再現生活現象，讓學生看到質量不同的物體沒有同時落地。再把白紙揉成團，重復剛才的操作，比較哪個物體下落的速度快，學生可以看到兩者幾乎同時落地，使其產生思維沖突。接著，教師引領學生思考原因所在，即物體下落速度不同受到空氣阻力的影響，提醒他們猜想假如在不受空氣阻力影響下質量不同的物體下落速度會如何，讓學生展開自由思考、交流與探討，分享各自的看法與觀點。之后，教師演示牛頓管實驗，引導學生得到“在不受空氣阻力影響下，質量不同的物體下落速度一樣”的結論，隨后借助打點計時器繼續實驗，帶領他們深入探究物體做自由落體運動的規律，使其順利建立出自由落體運動模型。

（二）借助物理模型解答試題，訓練學生的模型思維能力

模型思維具有綜合性的特點，它結合具體的問題，進一步構建知識架構，采取系統化方法，解答實際物理問題，廣泛適用于多個行業與領域。在高中物理模型建構教學過程中，重點是增強學生的建模意識，使其可以透徹理解和牢固掌握一些物理現象的內涵，讓他們處理問題時學會遷移應用所學知識及技能，從而增強學習效果。同時，高中物理教師需要把側重點放在模型構建過程方面，引導學生將物理題目中的情境抽象出模型，訓練他們的模型思維能力。

例如，在進行“彈力”教學時，彈簧是生活中常見的物體，為了讓學生掌握彈力知識，解決相關的問題，教師可以指導學生構建彈簧模型，以分析受力情況和能量為主。在分析受力情況時，彈簧在拉伸的同時會釋放出彈力，結合胡克定律，得到F=kΔx，當彈簧拉伸的長度等于壓縮的長度時，彈力的方向相反，大小一樣。如圖1所示，有一光滑水平面，O點是彈簧原長度的位置，且OM=ON，在M，N之間，物塊受到相同的彈簧彈力，彈簧形變需要時間，不會突然出現變化。從能量層面分析，彈簧是一種能量儲存裝置，當受到外力作用時，會自動將能量存儲，恢復時，則釋放能量，如果摩擦力忽略不計，彈簧使得物塊能力變化固定時，物體運動方式則出現變化。如圖2所示，光滑水平面上的物塊以v的速度向左按壓，彈簧恢復后，物塊會按照速度v向右進行運動。

（三）依托物理模型變換過程，增強學生的等效思維能力

物理是高中課程體系中一門難度較大的科目，不少學生都表示，上課時聽得津津有味，到做題環節卻困難重重，他們通常表示很困惑，雖然掌握課本中的不少物理公式，但遇到新的情境時顯得不知所措。主要原因是學生缺乏由實際問題中把物理模型抽象和構建出來的能力。這時，教師可利用模型教學增強他們的等效思維，使其把給定的物理現象抽象成模型，同熟悉的模型做對比，找到共同特征與差異，讓他們獲得解題思路與方法。

例如，如圖3所示，某帶有光滑弧形軌道且質量為m的小車，將小車放在光滑水平面，鐵塊質量為m，以v的速度沿軌道水平端移動，當運動至一定高度以后會自動往下回返，請問當該鐵塊回返至小車右端時將會（ ）。

A.在速度v下平拋運動

B.在大于速度v下平拋運動

C.保持靜止

D.進行自由下落

解析：由于這個鐵塊和小車共同組建一個系統，在整個過程中沒有受到外力的影響，根據機械能守恒定律能夠判斷出機械能不會損失，將這個小鐵塊滑動到小車圓弧軌道后回返的過程，采取等效處理的方式，即兩個質量相同的小球，其中一個小球以v的速度與另一個靜止小球發生彈性碰撞，此時，速度出現交換，所以，當鐵塊返回至小車右端，以地面為參考，小車的速度是v，鐵塊的速度是0，那么鐵塊會自由下落，所以D選項說法正確。

（四）結合物理模型優化教學，強化學生的類比思維能力

類比思維即根據兩個所研究的對象，結合部分屬性類似來推測其他屬性的一種特殊方法。對于高中物理建構模型教學而言，教師要把握好教學契機，先根據題干內容從中構建出相應的物理模型，結合熟悉的模型進行對比，如果本質屬性不同，需要進行辯證思考，找出存在的關系，得出相應的結果，從原理上來講，這是對類比法的運用，不僅可強化學生的類比思維能力，還能改善他們的解題能力。

總的來說，在高中物理教學活動中，采用建構模型的教學方法很有必要，教師應及時轉變教育理念與教學思路，盡量把模型建構滲透到多個教學環節里，據此統領全局，優化課堂教學形式與流程，引導學生通過架構物理模型來學習理論知識，且學會運用模型來處理一些實際問題，使其切實體會到物理模型的重要性和實用價值，提升學生的核心素養。