物理模型教學在高三物理復習中的實踐研究

【摘要】高三復習的重要性不言而喻.合理應用物理模型闡明深奧、抽象的物理原理，指導學生基于物理模型探索物理難題的解決方法，是提高物理復習教學質(zhì)量的關(guān)鍵.本文論述物理模型的內(nèi)涵，討論物理模型教學在高三物理復習中的應用理論基礎，同時結(jié)合具體教學案例研究其應用策略，指出教師可通過直觀展示物理模型提高學生的思維水平，可應用物理模型解釋物理原理從而完善學生的知識結(jié)構(gòu)，可基于物理模型組織練習提升學生學習物理的綜合素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】物理模型；高中物理；教學策略

《普通高中物理課程標準（2017年版2022年修訂）》（以下簡稱《新課標》）提倡教師發(fā)揮物理模型的教學價值，指導學生基于理解記憶物理概念、性質(zhì)、公式，學習物理難題的解決方法.在高三物理復習教學中，指導學生在短時間內(nèi)回顧所學的物理知識并建構(gòu)完善的知識體系是教學的重中之重.教師只有將更多有價值的教學資源應用到課堂教學當中，才能夠提高教學效率.物理模型具有形象直觀、內(nèi)涵豐富的特征，利用物理模型教學可快速喚醒學生對物理知識的記憶，從而提高復習教學效率.高中物理教師有必要深入研究物理模型在高三物理復習中的實踐策略，為優(yōu)化復習教學模式奠定理論基礎.

1物理模型概述

本質(zhì)上，物理模型是用于物理研究的模型[1].在物理學界，不同學者對物理模型存在不同看法.一些學者認為，物理模型可被視作用于物理研究的工具，其集中了研究對象的本質(zhì)特征與物理規(guī)律，可用于反映研究對象的客觀狀態(tài).另外一些學者認為，物理模型是一種理想的研究客體，可被視作物理抽象的產(chǎn)物，具有概括物質(zhì)的整體特征，簡化物理問題的功能.綜合物理學界對物理模型的解讀，可以明確，物理模型是以物質(zhì)運動、變化為本質(zhì)規(guī)律的，利用實物、數(shù)學公式、文字呈現(xiàn)物理學研究對象的模型.高中階段，常見的物理模型主要有質(zhì)點模型、太陽系行星模型、原子結(jié)構(gòu)模型、點電荷模型、電場線模型、磁感線模型、彈性碰撞模型、簡諧運動模型、單擺模型、萬有引力定律模型、圓周運動模型等.

2物理模型教學在高三物理復習中的應用理論基礎

2.1有意義學習理論

教育學家奧蘇貝爾在研究中指出學習分無意義的學習和有意義的學習兩種[2].其中，無意義的學習指的是學生嚴格按照教師的要求背誦、抄寫理論知識，按照既定的方法解決問題.有意義的學習指的是學生基于自身已有的認知結(jié)構(gòu)探究新的知識，如根據(jù)新知與舊知在意象、符號、概念、命題的關(guān)系理解新知內(nèi)涵等.奧蘇貝爾認為，有意義的學習既包括接受學習，又包括發(fā)現(xiàn)學習.根據(jù)此理論，教師可在高三物理復習課上直接展示物理模型，說明物理模型的外在表現(xiàn)、特征及其所蘊藏的物理學原理，指導學生基于物理模型探索與之相關(guān)的物理學問題、生活問題，使學生在接受學習的基礎上發(fā)現(xiàn)更多內(nèi)涵豐富、內(nèi)容深刻的知識與問題，促使其完整建構(gòu)自身的知識系統(tǒng).

2.2認知學習理論

認知學習理論主張教師根據(jù)學生的認知發(fā)展規(guī)律組織學生學習[3].其觀點如下：學生是參與學習活動的主體，教師應保持其主動學習的狀態(tài)；學生通過感知、注意、記憶、理解、解決問題等認知過程獲取知識；學生在學習時，更容易被自身所感興趣的事物吸引等.與深奧、抽象的物理學知識相比，物理模型更具直觀性，學生可通過肉眼觀察其特征，繼而根據(jù)模型理解其所抽象的物理問題.根據(jù)認知學習理論，教師可在高三復習教學中先展示物理模型，圍繞具體模型提出簡單、中等、復雜的問題，通過組織學生肉眼觀察、科學分析提高其認知水平，加速其對物理學概念、原理等內(nèi)容的記憶與理解.

3物理模型教學在高三物理復習中的應用策略

3.1指導學生建構(gòu)模型，提高建模思維水平

物理模型是物理現(xiàn)象、物理問題的抽象化表示[4].在高三物理復習教學中指導學生建構(gòu)模型，可使學生養(yǎng)成從物理學視角出發(fā)觀察事物、抽象特征、概括物理關(guān)系的學習習慣，從根本上提高其建模思維水平.教師在此基礎上引入復習內(nèi)容，即可達到事半功倍的復習教學效果.

例如以高三“運動的描述”章節(jié)復習教學為例.為提高學生關(guān)于“位置變化快慢的描述——速度”“速度變化快慢的描述——加速度”等模塊的復習效率，教師有必要指導學生抽象質(zhì)點模型，引導學生從物理學視角出發(fā)探析物質(zhì)運動的物理原理.比如，教師可播放貓在草坪的散步的視頻，要求學生說明貓在具體時間內(nèi)移動的距離、其移動的速度等；播放貓在看到小鳥后加速奔跑的視頻，要求學生說明貓在加速奔跑階段的速度變化快慢情況.在這一過程中，教師可指導學生將“貓”這一運動的實體抽象為質(zhì)點模型，將地面作為參考系，設計平面直角坐標系表示“貓”在散步、加速奔跑時的運動狀態(tài).借助直觀的模型展示“貓”這一質(zhì)點在具體時間（s）內(nèi)運動的距離（m），在具體時間內(nèi)的加速度，提高學生的建模思維水平.在此基礎上，教師再指導學生系統(tǒng)地復習該單元的“質(zhì)點”“參考系”“時間位移”等知識點，提高其復習效率.

上述案例，教師圍繞復習主題設計建模活動，使學生經(jīng)歷由實物抽象物理學模型的完整過程，從根本上提高其建模思維水平，為其高效完成復習任務奠定基礎.

3.2應用模型解釋原理，完善知識結(jié)構(gòu)體系

高三復習教學以夯實學生的知識基礎為核心目標.此背景下，教師不能依賴“注入式”等傳統(tǒng)教學方法，要讓學生基于理解的基礎上內(nèi)化、吸收所學知識，完善其知識結(jié)構(gòu)[5].為此，教師有必要應用可視化的、易于理解的物理學模型解釋物理現(xiàn)象、物理學原理，在指導學生對比分析的過程中提高其認知水平，達到有效復習的教學目的.

3.2.1借助實物模型開展復習，深化學生記憶

實物模型即實體模型，是物理問題、概念的具象表示，具有放大事物的主要矛盾、關(guān)鍵因素，忽略事物中次要因素的特征.高中物理教學中，電荷模型、質(zhì)點模型等都為實物模型.在高三物理復習教學中，教師可利用實物模型進行導入教學，在直觀展示的過程中強化其印象，驅(qū)動其自主回憶所學的知識.在此過程中，教師與學生對話，明確其知識儲備不足，之后針對其問題補充說明相關(guān)內(nèi)容，使學生在對比實物模型的過程中牢記理論知識，進一步提高學生的記憶學習效果.

例如以高三“電路及其應用”章節(jié)復習教學為例.教師可利用電流、電壓、電阻的串并聯(lián)電路實物模型展示電路串、并聯(lián)情況下電壓與電流分配、功率分配的具體情況，繼而引導學生回顧“電源和電流”“串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”等部分的相關(guān)知識.在展示過程中，為確定學生的知識記憶情況，教師可利用電表改裝成電壓表、電表改裝成電流表的實體模型為學生直觀展示物理現(xiàn)象，使其觀察改裝后的電表的量程變化，回顧“練習使用多用電表”等方面的知識.在此過程中，教師還可要求其根據(jù)實物模型畫出改裝成電壓表、電流表的內(nèi)部電路圖，檢查學生對相關(guān)內(nèi)容的記憶情況.若學生能正確繪制圖示，說明其記憶牢固，若不能則需要指導學生重點回顧相關(guān)方面內(nèi)容.

上述案例，教師借助實物模型指導學生回顧所學物理知識，并在此過程中提出問題，觀察學生回答問題的表現(xiàn).若學生表現(xiàn)理想，說明其記憶牢固，教師則不需花費過多時間指導其復習，若表現(xiàn)不理想，則說明其知識遺忘情況嚴重，需深化其記憶.

3.2.2借助過程模型講解原理，提高認知水平

過程模型是對物理問題研究整體過程的簡化.以自由落體運動的過程模型為例，該模型忽略了自由落體運動過程中的空氣阻力等次要因素，重點突出物體下落高度這一因素對物體的下落速度的影響，以此抽象h=12gt2這一物理公式.在高三物理復習中，教師可借助過程模型為學生演示物理問題的研究過程，使學生在回顧具體實驗的過程中對相關(guān)內(nèi)容形成深刻認知.在此基礎上，教師再講解具體的物理學原理，進一步提高學生的認知水平.

例如以高三“圓周運動”章節(jié)復習教學為例.教師可借助火車轉(zhuǎn)彎這一過程模型講解“圓周運動”的相關(guān)物理學原理，促進學生對相關(guān)內(nèi)容的內(nèi)化吸收.比如，教師可播放FLASH動畫，直接展現(xiàn)火車轉(zhuǎn)彎的過程，重點突出內(nèi)軌、外軌的物理學特征，使學生在觀察火車轉(zhuǎn)彎過程中認識到轉(zhuǎn)彎的向心力是水平的.基于此，教師可引出相關(guān)原理，如：假設內(nèi)外軌坡度連線（長為l）與水平線所成夾角為θ，外軌距水平線高度為h，在傾斜軌道上轉(zhuǎn)彎時，設計時速v：mgtanθ=mv2/R，得v=gRtanθ，因為θ角很小，所以tanθ=sinθ=h/L，則v=gRhL；若火車經(jīng)過彎道時的速度vgt;gRhL，外軌將受到擠壓；若火車經(jīng)過彎道時的速度vlt;gRhL ，內(nèi)軌將受到擠壓.

上述案例，教師利用過程模型展示圓周運動的過程，加深學生對圓周運動的特征等內(nèi)容的印象.在此基礎上，教師說明模型涉及的物理學原理、物理學公式，指導學生基于模型展開復習，進一步提高其對復習內(nèi)容的認知水平.

3.3基于模型組織練習，提升物理綜合素養(yǎng)

物理模型集中體現(xiàn)了物理研究對象的本質(zhì)屬性.在高考物理命題中，不少專家將物理模型作為考點，圍繞模型設計問題.高三復習教學中，教師有必要綜合往年的高考物理試卷提煉重點考點（物理模型），并基于重點的物理模型設計練習題.教師還要組織學生在課上解決問題，確保其在遇到困難時及時給予其點撥與指導，鍛煉學生基于物理模型運用分析、抽象、推理等手段解決問題的能力.

例如以高三“運動和力的關(guān)系”章節(jié)復習教學為例.為提高學生復習效果，鍛煉其學以致用的能力，教師可圍繞該章節(jié)的經(jīng)典模型——“傳送帶模型”設計練習題：如圖1所示為糧袋的傳送裝置.已知AB間長度為L，傳送帶與水平方向的夾角為θ，工作時其運送速度為V，糧袋與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ，正常工作時工人在A點將糧袋放在運行的傳送帶上，關(guān)于糧袋從A到B的運動，請選擇正確的說法.①糧袋到達B點的速度與v比較，可能大，也可能相等或小；②糧袋開始運動的加速度為g（sinθ－μcosθ），若L足夠大，則以后將一定以速度v做勻速運動.圍繞此問題組織學生回顧“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“牛頓第二定律”等知識點，深化其記憶，同時觀察學生的解題情況，說明相關(guān)原理的解題應用方法，進一步豐富學生的復習知識體系.

上述案例，教師利用復習章節(jié)的主要物理模型組織練習活動，通過設計典型問題、組織學生回答問題滲透復習教學內(nèi)容，一方面強化學生對物理學原理的記憶，另一方面鍛煉其解題能力，提高其物理綜合素養(yǎng).

4結(jié)語

綜上所述，開展物理模型教學，可幫助學生簡化物理問題，使其抓取學習重點，并集中精力攻克重難點.具體教學中，教師可利用物理模型開展觀察教學，提高其建模思維水平；教師可利用物理模型解釋抽象的物理學原理，使學生在觀察模型的過程中回憶所學的概念原理，完善其知識體系；教師可以以物理模型為考點設計練習題目，通過組織學生解決問題，從而鍛煉學生的解題能力.

參考文獻：

[1]林劍芬.高中物理模型的建構(gòu)及教學方法探討[J].數(shù)理化解題研究，2022（30）：62-64.

[2]葉金福.高中物理課堂教學中模型構(gòu)建的實施[J].學苑教育，2022（29）：14-16.

[3]夏雪芬.模型構(gòu)建在高中物理教學中的應用研究[J].廣西物理，2022，43（03）：189-191.