強化建模教學 提升學生物理的學科素養

王美芳

(江蘇省啟東市呂四中學 226245)

物理建模對問題探究和解決有著非常重要的意義，這也是物理學科素養的重要組成，物理教師在教學中應該重視建模教學，并以此為立足點來促進學生思維能力的發展，強化他們對物理知識的理解.

一、物理建模與學生的高中物理學習

在物理問題的研究，學生經常需要對其進行模型化處理，以便更好地使用物理規律和相關方法來對其進行分析和研究，因此物理建模對學生學習高中物理非常重要.

物理建模本身也是物理思維的體現，物理建模的每一步都閃爍著物理思維的光芒，透露著研究者的理性智慧.就高中物理學習而言，雖然學生所面對的知識面還比較狹隘，但是實際問題處理過程中，還需要學生能嫻熟地進行建模操作，并采用相應的方法來進行處理，這種思路對學生的素質發展有很大幫助.

物理建模還對學生的問題意識、發散思維和創新思維等方面素養的提升有著非常明顯的推動作用.經常結合具體問題進行建模處理，學生的思維會變更加靈活，他們處理問題的效率也會更高.

二、高中物理模型建立的常見方法舉例

高中物理的建模操作有著多種多樣的方法，不同問題的處理研究者按照不同的方式進行研究，甚至某些問題需要多元化的方法來處理，以綜合性的視角來建立模型.但是有一點是肯定的，那就是如果方法選的對，模型建立將事半功倍，如果方法選擇存在偏差，則費時費力，甚至誤入歧途.因此，教師有必要在日常教學中，幫助學生總結模型建立的基本方法，讓他們在具體問題的解決過程中能夠做出正確的選擇.當然，無論哪一種方法，都與模型自身的性質相關，學生在選擇時還必須結合問題的實際情況來操作，下面，筆者就結合實例談談高中物理中常見的建模方法.

1.科學抽象法

任何一個實際性的問題都對應著錯綜復雜的背景，這也就讓這些問題的分析和處理多了不少冗余信息.對學生而言，面對這樣的問題，應該有一種簡化的思想，即將一些次要的、不重要的因素忽略掉，提取出能夠反映物理現象本質屬性的內容展開分析和研究.

在學生剛剛開始學習高中物理時，他們最先遇到的問題就是對運動的描述，如何描述一個足球的運動，如何描述飛翔老鷹的運動特點等等，這些都是非常復雜的問題.在此基礎上，教師引導學生提煉出“質點”的概念，就是采用了科學抽象法.運用科學抽象法所提煉出的模型大多為理想模型，在生活中沒有真實的存在，所以這也是抽象思維最為直接的一種體現.在高中物理研究中類似的情形還包括在天體運動問題的處理過程中，我們經常將一些具有近圓性的橢圓軌道抽象為圓周運動的軌道，并運用圓周運動的知識來實現問題的處理，這樣的操作可以讓問題的研究和分析更加高效.

2．類比法

類比法是一種非常重要思維方法，正如康德所言“當理智缺乏可靠論證的思路時，類比往往能指引我們前進”.在物理研究過程中，類比法有著非常顯著的地位，當人們在處理一些物理現象時，將一些有著諸多相似特點的物理現象放在一起，并據此推測它們還有其他的相似點，這樣的操作就是類比法在物理研究中的運用.

在高中物理的研究過程中，帶電粒子在電場中的偏轉是一個抽象而含糊的模型，如何引導學生對此形成更加深刻而形象的認識呢？類比法就是一條很實用的思路，教師提出問題：帶電粒子如果以垂直與電場方向的速度進入勻強電場中，它將發生什么運動？學生回答：曲線運動.教師追問：對應過程中，帶電粒子的加速度有何特點？學生回答：勻強電場提供的力屬于恒力，因此帶電粒子的加速度是恒定的，帶電粒子所做的運動是一個勻加速曲線運動.教師再問：這種運動類型和我們之前所接觸的哪一種運動很類似的呢？學生開始思考，他們從曲線的形狀聯想到拋物線，并由此將其與平拋運動聯系到一起.到此為止，學生就可以用平拋運動的模型來理解這個抽象的運動場景，很多平拋運動的處理思路和特殊結論都可以遷移過來，這有助于學生更加高效地完成問題的處理.

3．等效法

等效法就是我們常說的“等效替代”，很多物理問題會涉及到多個因素的影響，這時我們可以將同類物理因素整合起來，起到化零為整、簡化問題的效果，由此建立起的物理模型將更加簡單，也有助于學生更加清晰地把握住問題的本質，實現化繁為簡的目的.

在高中物理研究中，與建模相關的等效法運用最直接的體現應該是在受力分析的合力求解過程中.在力學問題研究中，如果一個物體受到多個力的作用，往往會給問題的解決帶來不便，怎樣實現問題的簡化呢？我們可以在受力分析的工作已經完成的前提下，對物體的受力進行合成，將多個力作用的復雜場景簡化為單個力作用的物理模型，這種多個力被單個力替代的操作就是“等效替代”，效果相同是這個替代過程的基本原則.此外，就受力分析來講，有時問題的簡化也不是單純的合成操作，還可能是借助坐標系的正交分解，這樣的處理可以將原本在不同方向上的力歸集到兩個相互垂直的方向上，以此種方式來處理受多個力作用的問題非常普遍.

在高中物理的建模研究過程中，學生所遇到的方法還有很多，比如微元法、量綱分析法、假想法等等，這些都需要教師在教學中引導學生進行體會和把握，從而讓相關方法更好地服務于學生的認知建構和問題解決.

三、區分物理建模和解題方法

很多教師在教學過程中將建模操作和物理解題方法混為一談，這顯然就弱化了物理建模的功能和價值.的確，模型的建立在很大程度上能夠促進物理習題處理，而且由于當前的高考命題又大多是以能力立意，因此很多問題在方法性非常講究也就很容易理解.

但是就物理教學而言，教師不能只有在習題處理的過程中才提及建模操作，我們應該將建模操作和學生物理學習的每一個環節都聯系起來，引導學生在實踐和探究中獲取建模的經驗，并領會其中的科學思想.

總之，物理建模不僅只是學生解決問題時的一種處理手段，更是帶著物理烙印的思維方法，它在學生后階段的發展和生活中還有著非常廣泛的應用，教師要注意在課堂教學中加強引導，關注他們相關能力的培養和訓練.