基于物理核心素養的學生物理建模能力培養

馬嬌嬌　王永成

摘 要：隨著新課改的公布，要求物理教學的改革不僅體現在內容上，而且要體現出核心素養.物理核心素養要求之一就是要培養學生的科學思維，而物理建模能力是物理科學思維的重要組成部分，并且一些物理習題的設計也是依據據物理模型構思的.本文從物理建模分類的角度出發，論述學生物理建模能力的培養.

關鍵詞：物理建模;物理學習;模型分類

文章編號：1008-4134（2019）13-0040 中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

基金項目：全國教育科學“十三五”規劃項目2018年度單位資助教育部規劃課題“多元協同，構建卓越教師實踐技能培養體系建設研究”（課題批準號：FIBI80529）.

作者簡介：馬嬌嬌（1995-），女，黑龍江海倫人，碩士研究生，研究方向：物理學科教學;

王永成（1969-），男，黑龍江哈爾濱人，本科，副教授，碩士生導師，研究方向：物理學科教學.

物理學科是一門較為抽象和繁瑣的學科，相比于初中物理而言，高中物理需要更強的專業知識、邏輯性以及想象力.并且在高中階段，物理問題的出現經常是伴隨著大量文字敘述，原本不是很復雜的問題也復雜化了，尤以高三綜合題時出現的最多.此時能否對物理題和物理情景進行快速分析和建模是學生能否做出此題的關鍵.通過物理建?？焖僬莆諉栴}的主干，建立清晰的物理模型和知識表象，將復雜的知識簡單化，不僅能夠降低解題難度，還能提高學生的自信心.本文從物理建模分類的角度出發，談談在教學過程中學生建模能力的培養.

1 物理建模的分類

物理模型是指通過“簡化”處理，將實際問題中難以理解或者分析的物理知識轉化為一種“理想化”的實體，這種“理想化”的實體可以用來解決原本復雜的物理問題.由于物理模型的分類是多種多樣的，本文僅從對象模型、條件模型、過程狀態模型（見表1）的角度闡述學生建模能力的培養.

理想化實驗伽利略的理想化實驗為牛頓第一定律的建立奠定了重要基礎;如在“研究聲音的傳播”實驗中，實驗現象是：隨著罩內空氣的不斷抽出，聽到的鈴聲越來越弱.但最后還是能聽到聲音，主要原因是實驗設備總是很難將玻璃罩內抽成真空狀態，以及周圍的固體還能傳聲.這時推理就顯得很重要了，它能夠突破實驗條件的限制，抓住主要因素，忽略次要因素，得出結論

2 物理建模能力的培養

2.1 對象模型——培養學生思考能力

對象模型是指在問題情景中，對所要研究的對象加以“簡化”，讓復雜的問題簡單化.在高中階段，物理學科給學生普遍的印象就是晦澀難懂，很多的知識在課堂上可以聽懂，課下實際做題時卻是一頭霧水，不知從何處入手.課堂上老師講解習題時，再次覺得聽得明白了，然而一到做題時，又無從入手.因此，學會建立和應用正確的物理模型就非常重要，學生在解題時，思路就會清晰，能夠將抽象分類問題具體化，進而在頭腦中構思明晰的解題方法，問題也就迎刃而解了.

例1 有一定質量的理想氣體，處在A狀態時，溫度為tA=57℃，氣體從狀態A等容變化到狀態M，再等壓變化到狀態B，A、M、B的狀態參量如圖1所示.求：

本題如果不建立正確的模型，那么光憑著文字敘述，極易弄混，從而無法得出B狀態的溫度以及氣體對外所做的功.可見，抓住關鍵字，建立物理模型能夠培養學生的思考能力，提高解題的正確率.

2.2 條件模型——培養學生邏輯分析能力

隨著新課程改革的推進，尤其是2017版物理新課標注重物理核心素養，因此高考出題也注重創新了.物理學科的特點之一是源于生活，因此考試出題比較注重新科技與生活相結合的創新題，往往這種類型試題的題干都伴隨著大量的文字敘述.學生閱讀此題，就要化繁為簡，提取有用的信息，構建相應的物理模型，就能提高解題的效率.

例2 圖2為科學家利用最先進的儀器設備拍攝到的銀河系中星體照片，被科學家稱為“銀盤座S星”，據最新觀測表明“銀盤座S星”距離半人馬座星系只有3260光年，比之前所確認的要近得多.該系統是由一顆恒星和類日伴星組成的雙星系統，此恒星被稱為X星.由于X星內部在不斷發生變化，導致最終X星會“爆炸”，從而變成一顆超新星，科學家預計X星完全“爆炸”時，會放出大量的射線和有害物質，會對類日伴星造成影響.現假設兩星間的距離在一段時間內不變，兩星球的總質量不變，則下列說法正確的是

A.兩星間的萬有引力不變

B.兩星的運動周期不變

C.類日伴星的軌道半徑增大

D.X星的軌道半徑增大

解析 本題以最新科學發現為情境，考查學生對天體運動、萬有引力定律等知識的掌握.以最新科學發現為情境是近幾年高考的高頻題，凸顯了物理核心素養中的科學思維.首先，很多同學一看到這種題就覺得自己并不了解這種科學知識，從而產生退卻、不自信的心理;其次，這道題一眼看過去，覺得題目很長，再接著往下看，就會被這繁多的信息弄得思路不清晰.此題的解題關鍵在于提取關鍵信息，抓住關鍵點，構建出相應的物理模型就可以很好地解決了.