核心素養下的高中物理建模能力的培養策略

王文英

高中物理學科的核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，而“科學思維”是物理學科核心素養一個重要的關鍵能力，科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，其中建構物理模型是關鍵要素。

一、建構物理模型的基本方法

構建物理模型的抽象概括過程，就是要求學生學會從物理學的視角發現問題和分析問題，每一個具體物理問題所描述的物理現象或過程，都對應著一定的物理模型，通過對研究對象的受力情況、狀態特征以及運動變化過程的分析，結合物理規律，才能選擇出一個合適的模型。

建立物理模型可以以形象思維為切入口，把物理語言轉變為圖形，使抽象問題形象化，借助于想象建立物理模型。想象是一種高級的形象思維活動，是在頭腦中把新舊知識和科學概念進行加工和重新組合，建立新形象的過程。圖形和想象的通力配合及綜合運用是建模的一個關鍵點，它可以使物理模型建立最佳。物理建模的另一關鍵點是構建數學模型，把復雜的物理語言轉化成數學基礎語言，能夠使物理變得形象化和簡單化。

二、建構物理模型的基本策略

策略一：確定研究對象、提煉問題條件

中學物理問題一般是由文字、圖表等形式加以呈現的，準確地理解題意，抓住題干中的關鍵詞句，明確研究對象；接著發掘問題中已知或隱含的條件，對問題展開定性的分析；再采用適當的方式畫出示意圖，并標注出各已知量。

策略二：轉化物理問題、建構物理模型、形成解題思路

根據研究對象的物理狀態及其變化過程的分析，建立與之相對應的過程模型或系統模型，抓住問題的已知或隱含的條件，形成明確的解題思路，找到解決問題的相應規律。

策略三：應用物理規律、確立數量關系

運用與該物理模型相應的物理原理、規律、公式等，建立物理量之間的數學表達式，依據問題要求解相關物理量即可。

三、建構物理模型的具體應用

例1.（2018年新課標全國I卷18）如圖，abc是豎直面內的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R；bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點。一質量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點從靜止開始向右運動，重力加速度大小為g。小球從a點開始運動到其軌跡最高點，機械能的增量為 （ ）

首先分析文字信息，抓關鍵字詞句，試題的問題是“小球從a點開始運動到其軌跡最高點”和“機械能的增量”。 前提條件是“最高點”，必須確定運動過程找到軌跡的最高點，核心問題是求“機械能的增量”，即必須求除重力以外其他力做的功，而其他力即為水平外力，這是已知的，所以找到該力方向上的位移， 則問題得以解決。

其次確定研究對象，分析物理運動過程及其受力情況，構建物理情境，畫示意圖。小球在光滑水平面上受水平的恒定外力做勻加速直線運動，外力做正功，然后繼續在水平恒力的作用下滑上圓弧，此過程水平外力做正功，重力做負功，且兩者數值相等，b和c兩點速率相等。小球離開c點后，豎直方向做豎直上拋運動，水平做勻加速直線運動，兩個方向的運動具有獨立性和等時性，因此可以找到“軌跡最高點”，也可以找到“該力方向上的位移”。這些模型都是學生常見的典型模型，找出判別條件建立模型，借助數學運算，得出結果。因此物理情境是建模過程中思維轉化的核心，建模是得出正確結果的保證。

例2.（2014年新課標全國I卷17）如圖，用橡皮筋將一小球懸掛在小車的架子上，系統處于平衡狀態。現使小車從靜止開始向左加速，加速度從零開始逐漸增大到某一值，然后保持此值，小球穩定地偏離豎直方向某一角度（橡皮筋在彈性限度內）。與穩定在豎直位置時相比，小球的高度（ ）

A.一定升高 B.一定降低 C.保持不變

D.升高或降低由橡皮筋的勁度系數決定

首先分析文字信息，抓關鍵字詞句，試題的問題是“與穩定在豎直位置時相比”和“小球的高度”。

其次確定研究對象，分析物理運動過程及其受力，構建物理情境，畫示意圖。小球初始時“系統處于平衡狀態”， 穩定在豎直位置即彈力等于重力，后來“加速度保持此值，小球穩定地偏離豎直方向某一角度”，水平方向是因為小球隨小車一起水平加速的原因，但豎直方向依然靜止，因此彈力的豎直分量依然等于重力，即橡皮筋伸長量的豎直分量不變，這樣可以不用計算就可以判定選擇答案A。

“一核四層四翼”是高考命題的指導思想題，關鍵能力和學科素養是重要的評價體系。我們通過建構物理模型地不斷訓練，提升學生的核心素養，從基本的收集有效信息能力，正確讀懂題意，爭取把思維的每一步都清晰化，提升大腦的概念轉化速度與概念分辨能力，達到運用能力和分析綜合能力的提升，最終實現“科學思維”關鍵能力的提升。

（作者單位：江西省南昌市第三中學）