構(gòu)建模型 發(fā)展物理核心素養(yǎng)

張 煜

（江蘇省栟茶高級中學(xué)，江蘇南通 226406）

引 言

搭建物理模型可以將物理知識變得十分具象，幫助學(xué)生加深對于物理知識的理解，完成知識遷移做到學(xué)以致用，避免學(xué)生畏懼物理知識的心理。物理模型的搭建思路主要是在某種特定情況下，根據(jù)所學(xué)理論知識以及做題的方向提出理想性的假設(shè)，對問題進(jìn)行抽象分析，提煉問題的本質(zhì)特征，辨別矛盾的主次因素，從而完成物理模型的構(gòu)建，之后再實驗驗證所建模型是否準(zhǔn)確，將知識進(jìn)行遷移[1]。

一、理想抽象，把握本質(zhì)特征

高中物理的各種物理定律或者物理概念的定義含混難懂，學(xué)生不能很熟練地把握住知識點的本質(zhì)特征，這就令很多學(xué)生感到畏懼。因此，為了使其理解起來更加容易，教師在教學(xué)過程中應(yīng)該合理地搭建物理模型，對知識進(jìn)行理想的抽象，透過表象抓住物理現(xiàn)象或者物理概念的本質(zhì)，借此搭建相關(guān)的物理模型，幫助學(xué)生理解記憶。

在講到圓周運動相關(guān)的知識概念時，學(xué)生對書中關(guān)于圓周運動具有的各項性質(zhì)及各個概念的定義十分難理解。比如，角速度ω即做圓周運動的物體在單位時間內(nèi)掃過的角度，即速度v為該物體單位時間內(nèi)經(jīng)過的距離即。教師在講課時可以借助圓規(guī)的原理構(gòu)建圓周運動的物理模型。在使用圓規(guī)畫圖的過程中，一秒的時間內(nèi)鉛筆在紙上畫出的圓弧長度即是圓周運動的線速度，而鉛筆與中心針的連線所走過的角度就是圓周運動的角速度。在搭建了這一物理模型之后，學(xué)生再遇到有關(guān)角速度與線速度的問題就能迎刃而解了。題目如下：判斷由一個傳送帶連接起來的兩個不同半徑的滑輪上的兩點的線速度的大小關(guān)系。根據(jù)這一模型，學(xué)生就能夠迅速地想到兩個圓周運動的單位時間內(nèi)畫的線的長度相同，因為兩個滑輪是通過同一條傳送帶相連接，所以傳送帶的運動速度跟兩個滑輪各點上的線速度一致。而兩個滑輪的半徑R不同,所以兩點的角速度不同，并且得出ω和v以及半徑R的關(guān)系：V=ω*R。

可見，在圓周運動教學(xué)中通過圓規(guī)模型的構(gòu)建對圓周運動的概念和性質(zhì)進(jìn)行理想抽象，能夠使物理知識變得十分生動形象，并且將該知識點所涉及的物理本質(zhì)揭示出來，易于學(xué)生的理解吸收，幫助學(xué)生靈活掌握，做到舉一反三，真正地將圓周運動這一節(jié)所要學(xué)會的內(nèi)容學(xué)會學(xué)透，從而達(dá)到十分顯著的教學(xué)效果。

二、抓住矛盾，分清主次因素

物理這門課程所要講授的就是各種各樣的物理現(xiàn)象的基本原理以及事物之間的關(guān)系，然而因為各個事物之間所具有的復(fù)雜的聯(lián)系，導(dǎo)致對物理現(xiàn)象的分析變得十分困難，使物理模型構(gòu)建變得復(fù)雜混亂[2]。因此，想要正確清晰地分析物理現(xiàn)象就一定要分清主次，抽取某一現(xiàn)象中的主要信息，忽視次要的因素，從而合理構(gòu)建物理模型。

比如，在進(jìn)行物體的受力分析這一專題總結(jié)時，需要學(xué)生學(xué)會學(xué)透對于幾種物體之間的力的相互作用關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地畫出受力分析圖。因為各個物體的受力情況十分復(fù)雜，因此在分析時一定得分清主次，提取主要的信息進(jìn)行分析。在分析過程中會發(fā)現(xiàn)：要分析的物體既受到了其他物體施加的力，又向其他物體施加作用力。此時，一定要弄明白在分析的是哪個物體的受力情況，只要對該物體的受力進(jìn)行分析即可，而不用管它是否給其他物體作用力，然后分別對每個物體畫出其受力分析情況。又如，若要求分析一個放置在斜坡上的矩形物體的受力情況，就不用考慮該物體對斜坡表面的壓力，只需分析其所受的重力G=m*g、斜坡給的彈力T=m*g/cosθ，以及斜坡表面的靜摩擦力f=K*T，并且這三個力在以斜坡表面為橫軸的坐標(biāo)系中分配后，會發(fā)現(xiàn)物體所受合力恰好為零。

通過幫助學(xué)生搭建這樣一個快速的、對物體進(jìn)行受力分析的物理模型，能夠幫助學(xué)生加深對于物體受力情況分析的理解，在以后的做題中靈活應(yīng)用它將提高自己的解題效率。可見，對于一些情況比較復(fù)雜、物體之間的關(guān)系較煩瑣的問題，要辨別問題的主要矛盾，抓住主要因素進(jìn)行分析，就可以簡單地建立起物理模型。

三、提出假設(shè)，應(yīng)用已有知識

在高中物理的學(xué)習(xí)中，我們往往只是學(xué)習(xí)了某種特殊情況下的理論知識，因此，在做題中遇到一些問題時就需要我們自己提出假設(shè)，假定題目中的物理現(xiàn)象就處于我們所學(xué)過的某一種特定情況，從而運用所學(xué)過的知識搭建相關(guān)的物理模型，然后可以快速地解答[3]。

例如，在做到有關(guān)彈簧彈力的問題時，題目如下：有一彈簧上端固定，下端連接一個質(zhì)量為mkg的物體，此時伸長的長度為L，若用手往下拉一段彈簧，使其總的伸長長度為L+ΔL，然后突然松手，問松手瞬間彈簧對物體的彈力為多少？遇到這種問題我們很自然地就會想到胡克定律這一物理知識模型，不過胡克定律是建立在彈簧的彈力系數(shù)為一固定值的情況下才適用的，因此我們必須假設(shè)，該彈簧的彈力系數(shù)固定，然后才可以作答。在手突然松開的瞬間，彈簧的伸長長度依然為L+ΔL，并且在彈簧只掛一重量為m的物體時拉長L，由此條件根據(jù)胡克定律可以求出該彈簧的系數(shù)K=mg/L，所以可得此時彈力大小為

教師在進(jìn)行物理模型的搭建時，結(jié)合已學(xué)過的知識提出理想性的假設(shè)，可以很好地簡化問題的難度，使其適應(yīng)學(xué)生所掌握的知識水平，這樣可以幫助學(xué)生更快和更好地掌握相關(guān)知識的結(jié)構(gòu)框架，迅速了解這一物理模型的構(gòu)建方法，以及該模型在具體做題過程中的使用方法。

四、實驗驗證，培養(yǎng)遷移能力

物理實驗是物理學(xué)科發(fā)展的核心，因此物理的教學(xué)也不能離開物理實驗的支持。在課堂上引導(dǎo)學(xué)生開展一些簡單的自主實驗，在完成實驗的同時完成對某一物理知識點的模型搭建，并且在實驗的過程中使學(xué)生們領(lǐng)會所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)其中所存在的物理規(guī)律，從而做到更好的掌握，完成知識的遷移，進(jìn)而做到學(xué)以致用。

比如，在講授有關(guān)光的波粒二象性時，學(xué)生大多是第一次接觸到有關(guān)光的知識，尤其是新接觸偏振這一現(xiàn)象，學(xué)生往往不能夠迅速地理解。這時，教師可以通過使用兩塊偏振片，借助簡單的自主實驗幫助學(xué)生們搭建有關(guān)光的偏振現(xiàn)象的物理模型，使學(xué)生理解光是一種橫波的概念。實驗過程如下：自然光是在各個方向上振動強度相等的光，首先通過一片偏振片使其只具有一種方向上的振動，然后把另一塊偏振片放在前一塊的后面，緩慢地旋轉(zhuǎn)第二塊偏振片，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)后面一塊偏振片的偏振方向與前一塊夾角α=90°或者α=270°時，I=0,光強最弱；當(dāng)慢慢地轉(zhuǎn)向與前一塊夾角α=0°時，光強逐漸增加，直到I1=I2，從而驗證了光是一種橫波，體現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象搭建出了偏振光的物理模型。

通過自主實驗，對學(xué)生深入地了解光的偏振現(xiàn)象是十分有效的。通過實驗使學(xué)生對光的波動性有了更深層次的理解。借助光的偏振這一實驗學(xué)生搭建了有關(guān)光的波動性的物理模型，從而完善了對整個光的波動性的原理以及性質(zhì)規(guī)律的理解。

結(jié) 語

綜上所述，物理模型的搭建對學(xué)生快速地掌握物理知識，在實際應(yīng)用中靈活地運用物理知識有著很大的好處。讓學(xué)生們在物理模型的構(gòu)建過程中去體驗物理學(xué)科的知識體系架構(gòu)，在應(yīng)用模型解答問題中去感受該知識點的本質(zhì)特征，從而潛移默化地提升其物理水平，發(fā)展其物理核心素養(yǎng)。

[1]殷玉.物理模型在高中物理解題中的應(yīng)用探討[J].數(shù)理化解題研究,2017,(25):81-82.

[2]查旸.淺議高中物理模型的建立與應(yīng)用[J].高中數(shù)理化,2017,(14):28-29.

[3]李境祎.物理模型在高中物理解題中的作用探討[J].數(shù)理化解題研究,2016,(31):64.