高中物理課堂模型教學的實踐研究

陳小飛

摘 要： 作為常見的知識載體，物理模型教學時常在高三物理一輪復習中出現，要通過合理教學保證學生理解模型蘊含的知識和規律，為學生運用知識奠定扎實基礎。基于此，文章結合高三物理一輪復習特點，從模型建構、分析、拓展和應用四個層面對模型教學方法進行了探討，為高中物理課堂教學提供參考。

關鍵詞： 高中物理課堂;模型教學;高三一輪復習

一、 引言

高中物理具有模型化的特點，運用物理模型開展教學也能使學生的思維能力得到較好培養。在高三物理一輪復習階段，需要引導學生加強物理知識理解和運用，促使學生完成知識和技能鞏固，還應在物理課堂引入模型教學，使教學效果得到改善。因此，加強高中物理課堂模型教學的實踐研究，以便一輪復習效果得到有效促進。

二、 高中物理課堂模型教學分析

在高中課堂教學中，學生將遇到大致三類物理模型，具體包含對象模型、條件模型和過程模型。其中，對象模型用于對研究對象進行代替，例如質點、輕桿、檢驗電荷等;條件模型用于對研究條件進行理想化處理，如恒力、光滑表面等;過程模型用于將物理研究過程進行簡化，因為物理過程受多重因素影響，只有忽略次要因素才能完成問題分析，如勻變速運動、非彈性碰撞等。尤其是在高中物理解題中，要求學生具備一定的物理基礎，能夠將掌握的物理知識與問題情景結合在一起，歸結成熟的物理模型，促使問題得到順利解答。但就實際情況來看，模型稍有變化，學生就難以識別，盡管學生已經熟悉了此物理模型，也難以將陌生物理情景與模型聯系在一起，難以通過類比建立過程模型，無法完成知識遷移，使得學生在物理問題解答上能力不足。開展模型教學，以物理模型為核心引導學生加強物理知識運用，促使學生具備模型構建、分析和運用等能力，因此能夠加強學生能力鍛煉，使學生的學科素養得到提升。

三、 高三物理一輪復習與模型教學

高三物理一輪復習并非是對高中物理知識進行重新講解，而是需要對學生基礎知識和基本技能進行鞏固，引導學生深化知識理解和加強知識運用，達到有效復習的目標。而開展模型教學，能夠督促教師引導學生加強物理問題實踐分析，在對已有知識進行復習的同時，能夠得到知識面的擴大，并對已掌握的知識和技能進行鞏固。在模型教學中，運用模型解題，能夠使學生從對物理問題的單一認識變為加強物理過程的探索，幫助學生找到正確的解題思路，繼而得到學習效率提升。因此在高三物理一輪復習中開展模型教學，能夠使復習效果得到增強。

四、 高三物理一輪復習中的模型教學實踐

（一）巧設情景，引導建模

在高三物理一輪復習中，學生已經完成了較多知識點和公式學習，但由于理解不深容易發生混淆。為幫助學生加強理解，教師還要進行物理情景創設，引導學生加強物理知識理解，順利進行物理模型建構，在夯實知識的同時，理清各知識點的聯系，從而得到知識網絡建構。例如，在學習“帶電粒子運動”的內容時，為使學生能夠充分理解電場和磁場分別對帶電粒子產生的加減速和偏轉、回旋作用，在復習課上還要先引導學生對“回旋加速模型”的有關知識進行復習。如圖1所示，為回旋加速器模型，以兩個D形金屬盒為核心，分別接在高頻電源兩極，處于勻強為B的強磁場中。盒子間存在窄縫，寬為d，附近存在粒子源S。學生根據之前學習到的帶電粒子加速度原理，能夠對從粒子源進入的質子加速或減速情況展開分析，完成“交變電壓周期和離子運動周期相同”的知識點鞏固。完成經典模型復習和運用后，教師可以通過簡單改變條件探索勻強磁場回旋、偏轉問題，引導學生重新建立模型，通過應用模型解決物理問題。具體來講，就是假設D形盒半徑R遠遠大于d的情況下，質量m、電荷量q的粒子從A處發射，要求學生分析粒子從靜止到加速到出口需要的時間。通過學習探究，學生可以理清思路，在排除重力、相對論效應的基礎上，認識到粒子回旋加速最大動能與盒子半徑和磁場磁感應強度密切相關。通過逐步引導，能夠避免學生對基本模型進行盲目套用，以至于在物理解題中陷入思維定式。在遇到蘊含相同物理知識和規律的問題時，做到能夠對物理知識、公式等進行提煉，使構建的模型得到適當修改，繼而得到問題解決和驗證能力的培養。

圖1 回旋加速器模型

（二）分析模型，深化理解

在高三物理教學中，教師需要進一步培養學生分析問題和解決問題等能力，以便使學生能夠順利處理各種物理問題。在高考題中，將對學生運用物理規律和方法解決問題的學科能力進行重點考查，要求學生在建立物理模型后，能夠通過模型分析解答問題。為使學生達到深度思考的層面，教師可以由淺入深的完成模型梯度設定，引導學生了解模型本質，自覺完成知識遷移學習。例如，在學習“物體所受摩擦力變化和運動變化”的問題時，可以建立孕體模型。在研究板塊疊加體的內容時，包含受力分析、牛頓運動定律等多方面的知識，分析過程中容易出現思維混亂的情況，導致學生重復套用各種公式，解題需要花費較長時間。指導學生構建孕體模型，可以將板塊疊加體看成是懷孕母體，根據物體運動所處時刻的狀態對模型進行簡單分類，劃分為上動下靜、下動上靜、相對靜止三類，然后對模型進行受力分析。根據模型對物理問題進行理解，能夠指導學生從時間、速度等角度分析物體所處狀態，然后對物體受力展開系統分析，把握板塊疊加體運動的本質特征。為激活學生的思維，教師可以將學生劃分為多個小組，分別對上動下靜、下動上靜、相對靜止開展討論。在討論過程中，學生可以掌握根據“母親”和“孩子”的狀態判斷是否發生相對運動的方法，確認相對靜止條件下“母親”和“孩子”速度相等。根據固定時刻狀態進行判斷，學生可以通過比較判斷摩擦力突變時刻，即相對靜止說明二者間不受力或存在靜摩擦力，相對運動說明存在滑動摩擦力。在模型分析的過程中，學生的思維可以得到不斷遞進，從而順利突破學習難點，在腦海中形成完整知識結構體系，取得良好復習效果。

（三）拓展模型，整合思維

在對多種物理模型展開學習的基礎上，教師還應引導學生對相關知識進行整合，從而實現知識內化，在把握物理知識關系的基礎上，形成一定問題分析和解決能力。使學生在面對各種與物理模型有關的問題時，都能實現模型歸結，并通過橫向延伸實現模型遷移運用，繼而順利解答問題。例如，在完成“子彈打木塊”這一基本模型學習后，學生已經基本掌握如何判斷完全非彈性碰撞問題，針對復雜多次碰撞情況也可以通過轉換參考系分析子彈在木塊中的運動位移，列出系統能量守恒公式。但實際上，這一公式還涉及彈簧力、電場力等不同力，能夠對模型進行拓展，使學生完成知識遷移，學會運用過程模型解決相關問題。在實踐教學中，教師可以先進行模型簡單拓展，要求學生解決“靜止光滑水平面上，小木塊以水平速度撞上右端豎直擋板”的問題。憑借之前換位思考經驗，學生可以確認木塊與擋板間的作用是否依然具備“子彈打木塊”的模型特征，在確定小木塊相對位移后，思考多次碰撞能量損失問題。在學生已經完成思維轉換的基礎上，教師可以對模型進一步拓展，如提出“木塊與一端被固定的輕質彈簧發生碰撞”等問題。此時，學生接觸到的物理情景已經發生變化，但是仍然具備典型模型特征。對前面積累的知識進行運用，學生能夠對非彈性碰撞的過程模型進行建構和分析，從能量守恒角度尋求問題解決答案。

（四）體驗應用，融會貫通

引導學生建構、分析物理模型，并對模型進行拓展，目的在于使學生能夠在各種變異空間中完成思維轉換，從而根據自身掌握的事物本質加強模型創造性運用，得到思維品質的改善。在學生學科素養得到培養的情況下，面對現實生活中各種復雜的物理問題，才能從不同角度進行分析，避免片面、刻板地看待問題。從物理解題角度來看，則要引導學生加強物理模型應用體驗，以便在高三物理一輪復習時做到對物理規律進行融會貫通，能夠解答各種問題。例如，在對“磁會聚和磁發射”的內容進行復習時，學生已經掌握“磁會聚和磁發射模型”運用方法，形成了相應知識框架，教師可以通過實際訓練培養學生模型靈活運用能力。具體來講，就是在完成典型例題講解后，設定“半徑R的圓形區域內存在垂直紙面勻強磁場，強度為B，右側存在豎直感光板，圓弧頂P發射速度v、質量m、電荷量q的帶電粒子”題干，分別提出“對準圓心射入，求粒子運動時間、速度水平分量”“以任意角射入，證明粒子離開磁場后能否垂直打在感光板上”兩個子問題，以實現問題拓展延伸。在實際分析的過程中，學生需要先根據題目條件建立磁發射模型，判斷粒子在磁場中做勻速圓周運動，然后利用牛頓第二定律進行求解。在第二問題解答時，需要建立新模型，得到帶電粒子運動方向與入射方向無關。在全面回顧所學知識的同時，采取不同模型求解同一道題目，可以使學生解決問題的思路得到開拓，能夠在加強學生解題能力鍛煉的同時，學會以變式尋求問題答案，繼而在物理解題中做到舉一反三。

五、 結論

作為以實驗為基礎的學科，高中物理要求學生積極動腦思考，加強物理問題的實踐探索。開展模型教學，能夠指導學生結合不同物理情景對想要研究的物理問題進行確認，并通過建模完成物理問題探究。因此在高三物理一輪復習中，運用模型教學能夠加強學生基礎知識和技能鞏固。在實踐教學中，還要圍繞模型構建、分析、拓展和應用指導學生復習，以便取得良好復習效果。

參考文獻：

[1]劉宇虹.簡約課堂框架下高中物理深度學習的創設——以高三復習課“傳送帶模型”的教學為例[J].中學物理教學參考，2019，48（24）：8-9.

[2]汪小明，魯小東.基于核心素養的高三物理一輪復習教學探討——以“碰撞中動量守恒定律的應用”為例[J].物理通報，2019（7）：79-84.

[3]李宏彬.高三物理第一輪復習策略探究[J].成才之路，2019（12）：90.

[4]王彩宇.物理模型教學在高三物理復習中的實踐策略[J].科學咨詢（教育科研），2018（5）：92-93.

作者簡介：

陳小飛，浙江省溫州市，浙江省蒼南中學。