核心素養導向下的高中物理模型教學

杜振華

摘 要：隨著時代發展，科技不斷更新，教學方法也在不斷變革。模型教學在現代自然科學教學中是非常重要的一種教學方式，高中物理是非常靈活的一門學科，到了高中時期，大多數物理知識摻雜在一起，很有可能會使許多思維不夠發散的學生感到手忙腳亂。本文將從物理模型教學設計入手，對核心素養導向下的一節高中物理教學作簡要的探究。

關鍵詞：高中物理 核心素養 模型教學 教學設計

一、物理模型有哪些種類

在高中階段要求學生掌握的物理模型有五類。

1.實物模型

在研究一個物體的運動時，如果該物體的大小、形狀與要研究的問題無關，那么就可以將這個物體看做一個質點，忽略掉它的大小，形狀，只研究物體的運動軌跡或分析其受力情況。這就是實物模型。

2.概念模型

高中物理教材中，有很多很抽象的概念，比如電場，磁場。那么為了讓學生更清晰的理解這些概念，就引進了電場線，磁場線等概念，把那些看不見摸不著的事物轉化為我們可以想象到的事物。

3.過程模型

過程模型就是把實際錯綜復雜的物理過程理想化。例如，自由落體，勻速圓周運動等等。[1]

4.類似模型

許多問題我們沒辦法計算，但是可以找到與其本質類似又能夠計算的問題來帶替它。比如，把帶電粒子在電場中的運動模擬成平拋運動，這樣就可以解決一類電場問題。[2]

5.數學模型

例如自由落體運動的運動曲線為y= （1/2）*g*t*t；這就是用數學建模，來模擬運動過程。

二、小球與輕桿的相對運動

一般輕桿與小球的問題計算，都需要對小球進行受力分析，在這里就要用到建模法。將小球看做質點，對其進行受力分析。圖一，假設小球做圓周運動，那么可以得出，小球受重力和桿給的拉力。圖二小球隨著木塊一起向上移動，則可將球，木塊，桿看做整體受力分析。整體要受重力，支持力，如果斜面不光滑，還要受到滑動摩擦力。對于圖二來說，采用建立模型的方法來解決問題非常容易，可以直接得到想要求的答案。

在小球與輕桿的相對運動中，輕桿提供的力是不固定的，有時可能是拉力，有時可能是支持力，桿的彈力方向不一定沿著桿或沿著桿相反的方向，其大小和方向的判斷要根據物體的運動狀態來決定。桿的彈力大小和方向，可根據牛頓運動定律或受力平衡求得。桿提供的力的方向在高考中是一個極易丟分的點。因此，在對小球受力分析的時候要格外謹慎。下面我們以一個例題來詳細說明：

如圖所示，一小球套在光滑輕桿上，繞著豎直軸OO′勻速轉動，下列關于小球受力分析的說法中正確的是（ ）

A.小球受重力、彈力和摩擦力

B.小球受重力和彈力

C.小球受一個水平指向圓心的向心

D.小球受重力、彈力的合力是恒力

問題分析：

一小球套在光滑輕桿上，繞著中心軸OO勻速轉動，小球所受的合力提供圓周運動的向心力，向心力的方向指圓心。因為桿是無摩擦的，小球受重力和桿提供的力，這里的桿雖然方向一直平行于錐面，但是要想小球做圓周運動，就需要給小球提供指向圓心的圓周力。故根據牛頓運動定律可知，桿提供的力方向應當一直垂直于錐面。小球不受摩擦力，重力和桿的提供的力兩個力的合力沿水平方向指向圓心，提供圓周運動所需的向心力，故A錯誤，B正確。向心力不是小球所受到的力，是小球做圓周運動所需要的力，故C錯誤小球所受合力方向始終指向圓心的方向提供向心力，力的方向一直在變化，故所受力不是恒力。[3]

研究小球受輕桿的力的過程，就是一個建模的過程。按照物理模型的分類，它屬于實物模型。對于高中學生來說，做習題練習需要系統化歸類，而不是像初中那樣，每一題練一遍。高中的學生對于每一類題都應合理歸類，然后著重練習典型題，寫好錯題總結，如此長期反復練習，才能在高考的時候游刃有余。

物理建模除了文章開頭部分提到的五類之外，還可以更為系統的劃分為3大類：物質模型，狀態模型，過程模型等。我們重點舉例研究的輕桿和小球屬于物質模型。在學習物理建模的教學過程中，教師要引導學生樹立物理模型的意識，指導學生學會“透過現象看本質”，把抽象的力學，電學，磁學等都與物理建模相結合，化繁為簡，類型題歸一，聯系舊有知識，促進知識遷移。

學生學習完這些知識，應當及時對已學過的物理模型進行歸納和總結。教師在此時應當及時幫助引導學生歸納總結，鞏固知識。物理建模教學不同于傳統的教學模式，模型教學設計可以把書中的例子做適當的處理，把一些抽象的物理知識通過建立模型的方式形象具體地表達出來，把晦澀難懂的理論知識轉化為有型的實際案例，既方便了學生理解新知識，也提高了教師的自主備課能力，同時，也符合了核心素養導向下的物理教學設計理念。在很多時候，它都需要在教師的幫助下，由學生自己進行思考，在腦海中或者實際建立一個模型，發散思維去解決問題。這個過程既能夠幫學生鞏固理論知識，又能夠幫學生開闊思維。社會正在高速發展，只有頭腦靈活跟上發展步伐才能夠真正學好某一門知識技能。

結語

綜上所述，物理建模教學設計對于高中的學生來說是一個很重要的捷徑，只要掌握了建模的方法，靈活運用，那么不論什么問題，基本都可以向建模靠攏。在核心素養導向下的高中物理教學適當引入模型教學設計，極大地豐富了學生的學習內容和思想，也給學生思考問題提供了“竅門”，改變了學生只會看書的弊端。正如孔夫子說的，只學習不思考不會進步，只思考不學習也不會進步。將學習和思考巧妙地進行結合，開創了一種全新的教學模式，有效的培養了學生們的物理核心素養，也讓學生能夠更輕松的掌握好知識，開闊知識面。同時，這也是知識理論和科學實踐的有機結合，是教育科學又上升了一個層面的標志。

參考文獻

[1]趙書海，項菲菲.核心素養導向下的高中物理復習[J].物理教師，2018，（3）：92-93.

[2]姚燕雪.淺談核心素養導向下的高中物理教學[J].讀與寫，2017，（31）：197-196.

[3]孫子彪.新課程標準下高中物理探究式實驗教學研究初探[J].學周刊，2018，（16）：40-41.