以模型建構(gòu)落實(shí)智慧課堂，培養(yǎng)高中生的科學(xué)思維

胡偉峰 郭紅

【摘要】 ?“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。”以模型建構(gòu)落實(shí)智慧課堂，是培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的重要支撐，落實(shí)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重任。

【關(guān)鍵詞】 ?模型建構(gòu) 智慧課堂 科學(xué)思維

【中圖分類(lèi)號(hào)】 ?G633.7?? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A?【文章編號(hào)】 ?1992-7711（2019）05-047-01

2017年版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》這樣描述科學(xué)思維：“從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程;是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化;是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)。“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。”模型建構(gòu)是智慧課堂的的重要支點(diǎn)，落實(shí)著培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的重任。

物理模型貫穿整個(gè)高中物理教學(xué)，課堂要突出物理建模意識(shí)。

一、模型是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象

為了形象、簡(jiǎn)捷的處理物理問(wèn)題，人們經(jīng)常把復(fù)雜的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化成易接受的、簡(jiǎn)單的某種物理情境，從而形成一定的經(jīng)驗(yàn)性的基本模型，這就是常說(shuō)的“物理模型”。物理模型在高中物理靈活應(yīng)用中應(yīng)用非常廣泛。

二、中學(xué)物理模型一般可分三類(lèi)

物質(zhì)模型：可分為實(shí)體物質(zhì)和場(chǎng)物質(zhì)。實(shí)體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等;電磁學(xué)中的點(diǎn)電荷、平行板電容器、密繞螺線(xiàn)管等;氣體性質(zhì)中的理想氣體;光學(xué)中的薄透鏡、均勻介質(zhì)等。場(chǎng)物質(zhì)模型有如勻強(qiáng)電場(chǎng)、勻強(qiáng)磁場(chǎng)等都是空間場(chǎng)物質(zhì)的模型。

狀態(tài)模型：研究流體力學(xué)時(shí)，流體的穩(wěn)恒流動(dòng)（狀態(tài)）;研究理想氣體時(shí)，氣體的平衡態(tài);研究原子物理時(shí)，原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等都屬于狀態(tài)模型。

過(guò)程模型：在研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，如勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時(shí)，如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等;還有一些物理量的均勻變化的過(guò)程，如某勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過(guò)程，如汽車(chē)突然停止都屬于理想的過(guò)程模型。

三、物理建模貫穿整個(gè)高中物理，是構(gòu)建智慧課堂的法寶

所謂建模，就是能運(yùn)用科學(xué)思維的方法從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面，對(duì)相關(guān)的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)的推理找出規(guī)律形成結(jié)論，具有使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，能運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述解釋?zhuān)軓牟煌慕嵌热ニ伎紗?wèn)題。學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，能從現(xiàn)實(shí)生活中把一類(lèi)物理現(xiàn)象，從定性到定量?jī)蓚€(gè)方面把生活中的物理問(wèn)題進(jìn)行抽象概括，用物理語(yǔ)言把共性描述出來(lái)，升華到最簡(jiǎn)潔的物理原型，就達(dá)到了物理建模過(guò)程，建模過(guò)程是學(xué)生獲取方法掌握智慧的重要支點(diǎn)。

四、如何實(shí)現(xiàn)建模

通過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)。可以把教材中一個(gè)個(gè)物理事件，讓學(xué)生通過(guò)觀察體驗(yàn)，用掌握的數(shù)學(xué)、物理知識(shí)，把這些動(dòng)的情景轉(zhuǎn)化成一個(gè)個(gè)分析圖，這樣完成從文字轉(zhuǎn)化為分析圖的過(guò)程，就是建模前的信息翻譯。

這個(gè)信息翻譯，是學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦將物理過(guò)程抽象成一個(gè)物理畫(huà)面，再簡(jiǎn)化成分析圖（受力圖、運(yùn)動(dòng)圖、切面圖、過(guò)程圖等），構(gòu)建這個(gè)分析圖就是實(shí)現(xiàn)這種建模的一個(gè)著腳點(diǎn)。這個(gè)過(guò)程可增加學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的感知能力，加深對(duì)這種物理現(xiàn)象的理解，同時(shí)呈現(xiàn)和提煉物理本源的過(guò)程。

比如《生活中的向心力》這節(jié)課，同學(xué)們對(duì)“圓周運(yùn)動(dòng)”這個(gè)模型認(rèn)識(shí)模糊，主要是“向心力”這個(gè)是力又不是力的概念理解不到位，那在課堂教學(xué)時(shí)就應(yīng)該用大量的事例來(lái)讓學(xué)生體驗(yàn)到向心力來(lái)源不一，同時(shí)突出向心力的效果性。

可以設(shè)計(jì)大量的探究活動(dòng)：“汽車(chē)在水平面拐彎、在傾斜的路面拐彎、汽車(chē)在拱形橋做圓周運(yùn)動(dòng)、圓錐擺”等，這些物理情景都可以在課堂上通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬、播放視頻展示高清照片等重現(xiàn)，讓學(xué)生從原始素材入手，畫(huà)出它的簡(jiǎn)潔模型圖，再通過(guò)這些模型圖來(lái)突出軌道平面，找出圓心、確定半徑，根據(jù)牛頓第二定律的合外力與加速度方向一致，來(lái)找到向心力來(lái)源。在大量的實(shí)例下，學(xué)生對(duì)向心力這一效果力理解就會(huì)比較到位。而物體作部分圓周運(yùn)動(dòng)可近似的視為“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”，利用“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”這個(gè)模型，就能解決碰到的類(lèi)似問(wèn)題了。“勻速圓周運(yùn)動(dòng)”模型建立了，就能解決碰到的類(lèi)似問(wèn)題，以后繩（桿）球模型、天體運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)等知識(shí)點(diǎn)，圓周運(yùn)動(dòng)這個(gè)物理模型就再次重現(xiàn)，教師把幾類(lèi)問(wèn)題一起設(shè)計(jì)課堂，突出圓、圓心、半徑、周期、向心力的來(lái)源等核心問(wèn)題，圓周運(yùn)動(dòng)的多元化就得到了統(tǒng)一升華。

建模就是剝繭抽絲、突出本質(zhì)的思維過(guò)程，通過(guò)簡(jiǎn)單的模型，培養(yǎng)了學(xué)生的建模能力，到以后復(fù)雜的模型就能觸類(lèi)旁通，具備有初步的建模能力。

五、物理模型如何應(yīng)用

每一個(gè)模型的建立都有一定的條件和使用范圍。學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用模型解決問(wèn)題時(shí)，要弄清模型的使用條件，要根據(jù)實(shí)際情況加以運(yùn)用。

比如一列火車(chē)的運(yùn)行，能否看成質(zhì)點(diǎn)，就要根據(jù)質(zhì)點(diǎn)的概念和要研究的火車(chē)運(yùn)動(dòng)情況而定，在研究火車(chē)過(guò)橋所需時(shí)間時(shí)，火車(chē)的長(zhǎng)度相對(duì)于橋長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，一般不能忽略，所以不能看成質(zhì)點(diǎn);在研究火車(chē)從北京到上海所需的時(shí)間時(shí)，火車(chē)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于北京到上海的距離，可忽略不記，因此火車(chē)就可以看成為質(zhì)點(diǎn)。以后每次碰到點(diǎn)電荷等模型就回顧這類(lèi)模型的共性，突出方法論——“抓主要因素、忽略次要因素”，學(xué)生以后解決真實(shí)問(wèn)題，就會(huì)有化繁為簡(jiǎn)的意識(shí)。

學(xué)物理的好處之一就是“能從不同角度思考問(wèn)題，從最簡(jiǎn)潔的方式認(rèn)識(shí)問(wèn)題，直奔本質(zhì)”——這就是模型教學(xué)對(duì)學(xué)生終身的科學(xué)思維潛移默化的作用。

智慧課堂，是教師教學(xué)理念的呈現(xiàn)形式，是學(xué)生獲取知識(shí)啟迪智慧的舞臺(tái)，是師生智慧交融的聚集地。模型建構(gòu)是實(shí)現(xiàn)智慧課堂的有效措施，也是培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的重要支撐點(diǎn)。

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

[1]《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）人民教育出版社.

[2]《物理模型》百度百科.