談教學中培養學生核心素養的重要性

侯繼淦

談到物理模型，人們會立刻想到是模擬實物制作的一種教具，它比板畫、掛圖更具有立體真實感。而這里所談的“模型”，是為研究物理問題方便，通過抽象思維和形象思維，運用理想化、簡化和類比等方法，建立的描述某一物理問題的模型方法。我這里根據自己多年的教學積累，聯系別人的看法，對建立物理模型和使用模型方法作一總結。在倡導培養學生核心素養的今天，物理教學中培養學生的模型意識，培養創造性地建立模型和分析組合模型的能力是十分重要的，這也是培養學生物理學科核心素養的一個方面。

模型方法的主要特征是具有創造性。模型方法的使用，能夠激發人們的創造性思維。教學中，培養學生的模型意識，創建模型和使用模型的能力，能夠提高學生的科學素養。在這里，我想就如何培養學生創建模型，如何使用模型方法等問題做一些探索，提出自己的一些做法。

一、教學中如何建立物理模型

在物理教學中，我們要充分利用每一條物理原理、定理或定律，與之相聯系的物理模型，在解決實際問題時，也可以建立一系列特殊的物理模型。物理習題本身就是依據一定的物理模型進行構思、設計而成的。因此，正確識別、建立物理模型，熟練使用模型方法，是物理教學中應特別注意的，關鍵培養學生對模型的內涵的掌握、再現、轉換等活化模型，發掘模型的能力，樹立模型意識，培養學生的科學思維。

二、建立基本概念和規律的物理模型

物理學中的理想模型，是物理規律和物理理論賴以建立的前提和基礎。基本概念和規律是與一定的物理模型相聯系的，因而建立基本概念和規律的物理模型，是利用模型方法解決問題的基礎。

為描述物體運動的方便，我們建立質點這個理想模型。有了“質點”這個模型，不管怎樣大的和怎樣復雜結構的物體，只要它的線度在研究問題中起的作用很小，我們就可以暫時撇開它，把物體看作有質量的點——“質點”。在分析物體受力時，如果受共點力作用，就可以把物體看成質點進行受力分析，能比較方便地畫出受力圖。在電學中建立“點電荷”這個理想模型，也是這個道理。熱學中的理想氣體，電學中的理想變壓器、理想電壓表、電流表以及彈簧振子、單擺等都是對實物忽略某些次要因素的影響，建立起的理想模型。

在近代物理中，對原子結構的描述，都利用了模型方法。開始湯姆生建立的“棗糕式 ”模型，后來α散射現象的發現，盧瑟福建立了“核式”結構模型，由于在原子穩定性方面的欠缺，玻爾又建立了原子有穩定軌道和能級的“玻爾模型”，成功地對氫原子的穩定性和光譜譜線做出解釋，現代量子理論又建立了“電子云”描述等模型。從模型的建立過程，愈能反映出事物的本質特征來。通過模型的建立，使人們對事物的認識更加形象化、本質化。良好的模型，更能反映出物質的運動規律來。

三、建立一般問題的“單元模型”

每一物理問題，可以看成是簡單一般的“單元模型”組合而成的。每個單元模型可以看作積木塊，而復雜的物理問題則是積木塊組合成的造型。造型是否優美精巧，就看組合得是否巧奪天工。物理習題的優劣，則是通過“單元模型”組合得是否有新意，組合得是否巧妙來判斷。

在教學中，應注意一般問題模型積木塊的建立。教師不僅應做出示范，而且應教給學生怎樣建立問題的模型，發掘培養學生建立模型的能力。

四、建立特殊問題的模型.

在物理習題中，有一類問題，利用特定的方法進行思維，解決問題比較方便。在平常我們就需要建立這類問題的“特殊模型”。

如“人船模型”：質量為M的木船長l，質量為m的人站在船頭，它們靜止在平靜的水面上。不計水的阻力，人從船頭走到船尾，求船移動的距離。

這是所為“人船模型”的原始題型。確實理解該題，對解決這一類問題，有很重要的作用。研究時以人和船組成的系統為研究對象，它們受到的重力和水的浮力平衡，合外力為零，動量守恒。人在船上由靜止開始運動，是船對人向前的摩擦力使人向前運動，同時人對船向后的摩擦力使船向后運動。人減速靜止，船也減速靜止，即他們同時運動，同時靜止，同時加速，同時減速。

由于船是相對地面移動的，必須選大地為參照系（在動量守恒定律的應用中通常都選地面為參考系）。人、船移動的距離（對地）和所用時間的比值，就是人和船運動的平均速度，而人、船運動時間相同，消去時間，就把用質量和速度組成的動量守恒表達式，變成描述質量和距離的關系。由此就可以求出人和船移動的距離。

五、模型方法與物理學科核心素養的培養

物理學科核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面構成。模型思維是科學思維很重要的一個方面，模型方法在培養學生的認識能力、轉化處理能力和創造能力方面，不失為一種可取的行之有效的方法。

模型方法關鍵在于建立模型和應用模型。建立模型的過程，本身就是創造的過程，應用模型的過程，就是識別、轉化、再創造的過程。從某種角度來說，解題的過程，就是分析和還原物理模型的過程。即通過題中所給模型與自己頭腦中已建立的模型間的對比，迅速再現已有模型，通過轉換、移植，將那些物理過程復雜的，已知條件模糊的物理模型，變換成與之等效的、簡單明了的另一種物理模型，或者分解成一些基本的物理模型組合，從而根據基本模型的解法解決問題。

教學中教師要引導學生正確建立模型， 固化模型，從而正確理解概念和規律，真正了解表示概念和規律的基本模型的內涵。一般問題的單元模型和特殊問題的模型，要引導學生在解決實際問題時，逐步建立和收集。這樣，頭腦中的“模型知識塊”收集愈多，創造性地應用模型方法才有可能，才能更有靈活性。所以，教師要注重培養學生積極探索、刻苦鉆研的精神，培養應用基本知識構建基本模型的能力，培養創造性地利用基本模型分析、比較、解決實際問題的能力。總之，模型方法的培養，有利于學生科學思維素養的培養，符合當前培養學生物理學科核心素養的要求。