高中物理模型的建构及教学方法

岑美娇

摘要：教师和学生对物理模型的认知、理解及对物理模型的掌握程度，都直接影响到物理模型在高中教学中的作用，影响到学生是否能够合理地运用物理模型，决定了高中物理教学对学生的学科核心素养的养成和发展。对此，本文浅论在高中物理教学中如何对学生建构物理模型的意识和能力进行培养和提高。

关键词：高中物理；模型建构；教学方法；

引言

高中物理课程要在义务教育的基础上，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。模型建构是科学思维的基本要素之一，培养学生建构模型的意识和能力对学生的终身发展有重要意义。因此本文将重点探讨现行高中物理模型建构教学中存在的问题并提出解决方案。

一、物理模型在高中物理教学中的地位和作用

高中的物理规律和知识点用物理模型来进行讲解的话将会变得容易理解，通过物理模型来揭示物质的实质和规律更易让学生接受。这些物理知识的系统化建构有着物理模型的支撑会更加牢固，能让学生把握知识的核心。学生的思维能力、科学素质都能用物理模型进行培养，合理使用物理模型能减轻学生学习压力。学生解题时养成建立物理模型的思维，可将问题化难为易，从而提高其解决问题的能力。学生一旦掌握从整体上分析问题、自主建构物理模型解决问题的能力后，再遇到复杂的、变化多样的物理题就不会胆怯了，就能直达问题的本质，从而提高学生分析解决实际问题的能力。

二、高中物理模型建构教学中存在的问题

（一）教师对物理模型的认知水平不高

教师对物理模型建构的认知水平是学生掌握该科学思维方法的基础，也是学生灵活运用物理模型解决问题的根基。部分教师的教学过于功利化，强调对定义、公式的记忆，将更多时间用来授之以鱼，却很少授之以渔，忽视科学思维方法的重要性。建构物理模型是一种重要的科学思维方法，但部分教师对物理模型的认识不深刻，未能认识到物理模型建构和应用的过程对学生能力的培养作用，不能灵活地创设适宜的教学情境来引导学生建构和应用物理模型解决问题。

（二）缺乏依托生活实际的物理模型应用训练

大量直观的感性认识有利于激发学生对科学的兴趣，激发其内在的学习动力。在真实情境中建立并应用物理模型，是对“从生活走向物理，从物理走向生活”理念的践行。加强物理与生活的联系，不仅能增强物理的趣味性，激发学生的学习热情，还能让学生认识到物理在现代社会生活中的重要性。在真实的情境中建立或应用物理模型也将加深学生对物理模型的理解，促进学生思考、掌握解决问题的方法，提高解决问题的能力。近年来，以生活实际为背景的习题明显增多，对学生将生活问题转化为物理问题并通过物理模型解决问题的要求明显提高。由此可见，加强物理与实际生活的联系极其重要。通过物理模型解决实际问题的能力是在物理模型建构与应用的过程中培养的，这需要学生在教师的引导下，切实经历建构与应用的过程。但大部分教师在教学过程中并未做到放权于学生，没有做好引导者的角色，自己承担了抽象物理模型的工作，很少让学生经历模型建构的过程。这极大削弱了物理模型建构过程中对学生物理核心素养培养的作用。

三、高中物理模型的建构及教学方法

（一）明确物理建模教学目标，指明物理建模教学法的方向

物理建模的教学目标可分为四方面。一是形成科学的物理观念，包含科学的物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等，要求学生能用物理观念解释自然现象和解决实际问题。二是形成像科学家一样的思维品质。能用科学思维方法从定性或定量角度对相关问题进行科学推理、找出规律、形成结论；能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测。三是培养像科学家一样的探究意识与能力。能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设；能设计、正确实施探究方案，获取证据；能使用不同方法和手段分析、处理信息；能描述并解释探究结果和变化趋势，有交流的意愿与能力。四是培养像科学家一样的科学态度与责任感，重点培养学生的学习兴趣、参加科技活动的热情、正确认识科学本质的态度，形成具有学习和研究物理的好奇心与求知欲。能主动与他人合作，尊重他人，具有合作精神；能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威，关心国内外科技发展现状与趋势，了解物理研究和物理成果的应用应遵循道德规范；能认识科学、技术、社会、环境的关系，形成具有热爱祖国、热爱人民的科学家责任感和具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。

（二）注重模型构建过程中的互动

高中物理模型建构是一个较为复杂的过程，学生分析问题的能力要求较高．实践中为增强学生学习积极性，应做好合理的教学规划，尤其在模型建构过程中应注重灵活运用相关的工具，并做好与学生的互动，激活高中物理课堂，使学生全身心地投入到模型学习中．一方面，围绕要讲解的模型制作动态的多媒体课件．增加其学习的趣味性，降低其理解难度．另一方面，构建模型的过程中应注重引导学生参与其中，围绕模型情境设计相关问题，把握模型细节，提高其在解题中应用的正确率。

（三）通过类比联想法建立物理模型

物理来源于生活，在生活中存在很多现成的物理模型，但仍有较多物理规律比较抽象、不易理解。因此可通过类比联想法建立物理模型。如在讲解多普勒效应的时候，由于声波在空气中不可见，光凭教师的口头讲解恐怕难以让学生理解“在声源前进方向上声波的疏部和密部被压紧而导致音调变高”，教师由此联想到几乎每个孩子都有在湖边扔石头的经历，可引导学生通过联想建构一个以“水波”替代声波的物理模型；又如在学习原子结构时原子核和电子的关系时联想到太阳系中行星的运动规律，由此建构“波尔能级结构”模型等。通过类比联想法建构物理模型能有效地将抽象化为形象，将无形化为有形。

（四）运用数学函数法建立物理模型

在物理学中研究物体的某种变化规律的过程时，引用函数和图像进行呈现可以非常直观且全程性精确描述物体各物理量之间的变化关系。基于此我们常借助数学函数和图像建构模型。如研究平抛运动的轨迹时，通过数学推导得到轨迹的方程为二次函数，建构“抛物线”的运动轨迹模型，这样使学生对平抛运动认识更加形象；在恒定电流的学习时研究电源的输出功率和外电阻的关系时，通过闭合电路欧姆定律和功率的公式推导得到输出功率与电阻的函数，建构出数学图像模型，运用P-R图像将输出功率与电阻的关系全面直观地展示出来，使其最大值和变化规律一览无余，学生理解和记忆非常形象具体。可见将物理与数学结合建立的模型对于更科学、更实效地学习和研究物理规律的作用非常大，是教学中常用的建模方法。

（五）亲历物理建模探究过程，培养合作精神

在探究的过程，我们引导学生建立学习小组，利用学习小组的形式促进学生的合作与交流。建立学习小组时，我们以学生自愿为基本原则，均衡小组间的学习能力水平等，开展探究建模。学生在合作探究中掌握演绎法、归纳法等科学方法，亲历探究过程，有效地加深学生之间的情感。我们坚持以学生为主体，围绕物理模型开展实验建模，在合作探究中培养学生的合作精神。因此，我们均衡考虑，对学生进行合理分组，尽可能使每一名学生都能在课程中得到成长；在学生实验建模的过程中注重对学生的观察能力和实验操作规范性进行引导，强调数据记录和证据收集的重要性。此外，我们还要求学生围绕实验建模的探究主题，领会、尝试从物理学视角解释自然现象和解决实际问题，如电场线可以很好地描述电场的特点，在建构电场线模型的过程中逐渐形成电场是一种物质的物质观；在研究平抛运动时，逐渐形成运动观。

（六）联系生活实际创设情境进行教学，加强物理模型与生活实际的联系

生动形象的情境可以激发学生的学习热情，促进学生思考，能将抽象的知识形象化，从而降低学生理解知识的难度。如在讲解自由落体运动时，可以先创设问题情境：“若从同一高度释放两个轻重不同的物体，你认为哪一个会先落地？如果拿出相同的两张纸，将其中的一张纸揉成团，并在同一高度释放两张纸，哪一张纸会先落地？”教师先让学生提出猜想，再带领学生进行实验以验证猜想，并引导学生总结影响物体下落快慢的因素。在此基础上，教师再进行自由落体相关知识的讲解，可以让学生在解决实际问题时，更加深刻地理解在何种情况下可将研究对象抽象成自由落体这一理想过程模型。

（七）合理利用各种教学手段提高学生建模的能力

首先物理是以实验为基础的学科，学生做实验得到的感性体验和认识是学生学习和理解物理模型的重要途径，日常教学一定要多做演示实验，激发学生参与的积极性，同时布置一些课后小实验，鼓励学生自主完成实验，以便对一些物理现象有感性体验，提高建模能力。其二，随着信息技术和多媒体技术的快速发展，教师应充分利用多媒体，激发学生学习物理的兴趣的同时增强教学的直观性，利用多媒体辅助教学可以更加直观地展现比较抽象且无法用教具展现的物理模型，从而加深学生对物理模型的理解。其三，通过物理学史的介绍和学习，加深学生对物理模型的认知。如在学习“行星卫星运动”模型时，和学生一起了解人类对行星的研究历程，加深学生对天体运动模型的理解，并提高学生的建模能力。

结束语

高中物理模型建构教学中为确保教学目标的顺利达成应做好充分的教学准备，做好物理模型的汇总，结合具体教学进度与学生一起完成物理模型的建构，使学生真正地理解与掌握，而非死记硬背相关结论。同时，围绕经典例题展示物理模型的应用过程，并积极组织学生开展针对性的训练活动，趁热打铁，提高学生应用意识，使其积累丰富的应用经验。

参考文献

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