核心素養背景下高中物理模型解題法的構建策略分析

周凡

在新課程教學改革的背景下，高中教學體系注重培養和提升學生的核心素養。在高中物理教學的過程中，教師培養學生運用物理模型解答物理問題，通過物理模型的運用，可以有效鍛煉學生的思維能力，將所學的物理知識與物理模型結合在一起解決物理問題。在課堂教學的過程中，教師利用物理模型的方式提升學生的核心素養，培養學生的建模意識，營造趣味的物理課堂，提升學生的解題技巧以及解題方法，提高物理課堂的教學質量。

高中物理教學中，物理模型的運用對于分析和解答物理問題非常關鍵，物理模型的運用可以將復雜、抽象的物理問題簡單化，引導學生將所學的物理知識綜合起來，清晰把握物理知識的體系。在物理課堂上優化和培養學生的物理建模能力，既可以提高學生的物理核心素養，又能夠改變學生傳統的學習方法，提升學生的綜合學習能力。

一、核心素養背景下物理課堂引導學生抓住建模的本質

高中階段的物理知識具有較強的綜合性，高中物理問題常常考查學生對知識本質的掌握和理解程度，在課堂教學培養的過程中，教師注重引導學生將所學的知識融合在一起，鼓勵學生發散思維，注重創新，逐步培養學生嚴謹的推理能力。

在面對綜合性強的物理問題的時候，學生往往會產生“似曾相識卻無從下手”的困惑之情，主要是因為學生被物理題目中的已知條件迷惑，不知采用何種解題方法抓住問題的本質，反復讀題學生也不能正確識別出物理問題中蘊藏的物理模型，由此導致高中生解題效率低，學生學習物理的自信心受挫。例如：在解決豎直面內的圓周運動中常用的輕繩模型和輕桿模型，學生在問題分析的時候常常只能看到兩種模型之間的相同點——豎直平面內的圓周運動，而在實際物理問題解決中，學生往往不能正確區分使用哪一種模型進行題目的解答（區別是一個模型中是繩，一個模型中是桿）。此時，教師在課堂上需要引導學生對兩種模型在最高點的受力情況和運動情況進行分析，對比受力情況以及運動狀態的情況，引導學生抓住物理模型構建的關鍵。在這兩類模型中，最根本的本質區別在于：豎直圓周運動中過最高點的時候，無向上支撐力但有向下的拉力的情形為輕繩模型，過最高點的時候既有向上支撐力又有向下的拉力的時候即為輕桿模型。所以只要通過對比在同一最高點位置的受力情況就可以使得學生輕松地進行物理模型的判斷，后續在解答問題的時候利用牛頓第二定律：mg+FN=m進行豎直圓周運動的進一步分析，對比最高點臨界狀態。當學生清晰地明確兩者的受力分析和運動本質，就可以構建正確的物理模型，提高物理問題的解答效率以及正確率。

在物理問題分析的過程中，學生習慣性地依賴教師的講解，缺少自主思考的能力。在核心素養培養的背景下，教師要注重優化學生的思維，鍛煉學生的自主思考能力，通過物理建模問題的講解以及分析，引導學生探討適合自己的物理學習方法。掌握物理建模解題方法，在面對物理問題的時候，學生不再機械地生搬硬套物理公式和物理定義，而是要在吸收知識以及思考的過程中構建物理解題模型，探究物理知識的本質，正確、高效地處理物理問題。

高中生常見的物理問題包括受力分析、運動過程、空間幾何、時間關系等。在分析物理問題的時候學生要依照物理情境構建理想化的模型，依照物理規律進行物理問題的解決，構建物理模型，進而找到合適的物理公式。例如：在解決物理問題：“跳高運動員的身高為h，想要越過高度為1.2h的橫桿，該名運動員至少需要多大起跳速度呢？”這一物理問題中涉及到的解題關鍵要素比較少，學生在讀題的過程中很難理清自己的思路，構建合適的物理模型。教師在引導學生自主思考的過程中，先引導學生進行物理情景的分析，運動員在助跑起跳的時候是豎直方向上的速度，在跳起來之后為了確保人剛好可以越過桿子，需要在最高點的時候運動速度為0，由此學生可以找到運動類的物理模型進行分析，繪制運動軌跡，快速整理出本題的解題模型和對應的物理公式。在本題分析解答的過程中，運動員在空氣中受到的阻力可以忽略不計，設運動員的質量為m，借助動力學的公式：2ax=vt2-v02，在牛頓第二定律的輔助下列出解題的公式：ma=-mg。依照已知條件：運動員的高度與桿的高度，將已知條件引入到解題模型中，正確得出本題的結論。

二、核心素養背景下物理課堂中深化“一模多變”解題法深化學生的思維能力

高中階段學生面臨的物理問題對知識的考核范圍是比較廣的，高中物理知識體系龐大，綜合性、抽象性強，對于學生的考核也較為靈活、多變，為此，教師要培養學生的靈活思維能力，對于物理模型的構建也要引導學生掌握“一模多變”的解題方法，鼓勵學生在掌握一種物理模型之后靈活地運用，在不同的物理情境中研究模型中涉及到的研究對象、物理情景、物理條件等，學會在物理問題中找到解題和建模的關鍵點，化繁為簡，整理出解題的關鍵，降低學生對于綜合性物理問題的畏難情緒。

例如：在分析物理問題：“一條干涸的水渠中，底部有一個半徑約為幾十米的圓弧，同學們在水渠底部溜旱冰，為了測量學生的運動速度，準備了秒表、長約1米的光滑木板，在溜冰的間隙，學生如何利用現有的工具測量圓弧的半徑？”這一問題與實際生活情境有較強的聯系，重點考查學生是否可以靈活掌握和運用單擺模型，單擺模型中小球是本題中溜旱冰的學生，擺線是大圓弧的水渠，借助單擺模型中的受力分析尋找本題解答的關鍵點，由此引導學生深刻掌握單擺模型的運用，并在成功解決本題后，教師對單擺模型進行靈活變形，鼓勵學生靈活思考所學的知識，編制各種物理問題情境，檢驗學生的掌握情況。基于單擺模型進行物理問題的變形：“在一個光滑的圓弧形凹槽中，半徑為R，其正上方為圓心O，在O處放有一個小球，從靜止的狀態釋放丟下，在凹槽左側最高點M有另一個小球B，從靜止的狀態同時開始運動，兩個小球到達凹型槽Q點的情況，以下說法正確的是：

A：小球A先到達點Q? B：小球B先到達點Q? C：兩個小球同時達到點Q

本題目考查了學生對單擺模型、勻變速直線運動模型的掌握，兩種物理模型的結合對學生來說具有一定的思考難度。在思考本題解題方法的時候，教師要引導學生理清已知條件，忽略題目中存在的迷惑條件，明確了解物理情境，并在物理模型的搭建以及輔助下化繁為簡，當學生找到正確的輔助物理模型之后，學生就可以找到解題的方向。在模型靈活分析和運用的過程中，教師要引導學生多做總結，強化學生在面對和分析物理問題的時候注重自我建模意識、識模的能力，積累解題的經驗，靈活地進行物理模型特征的總結，強化模型解題思維能力，并在不同的物理情境中識別出模型的特征，由此可以抓住問題解決的關鍵，提升問題解答的效率。

三、核心素養背景下物理課堂上培養學生的審題識模的能力

物理課堂上為了強化學生的問題解決能力，不僅要夯實學生的基礎知識，還要關注學生問題解決以及知識運用的能力，這一過程中教師要強調物理模型在物理課堂中的應用，將物理模型教學在課堂上進行教學步驟的劃分：第一步帶領學生從復雜的物理題目中找出隱含的物理模型搭建的條件，第二步是引導學生基于建模的思想確定物理建模以及對應模型中蘊藏的物理基本規律，第三步是結合物理問題中的情景明晰解題的關鍵條件，最后一步便是確定物理問題的解題步驟以及計算過程。物理課堂中，對于學生的識模以及審模的能力是課堂教學的重點，為了引導學生真正掌握物理學科的核心素養，可以在課堂上引用“分割、重組和匹配”的思維方法，對物理情境、物理知識以及物理模型進行綜合的研究以及運用，在課堂上有效訓練學生對物理模型的運用能力。

例如：在物理運動問題分析的過程中，如圖所示的運動軌道中，四分之一的圓弧軌道為OA段，與水平軌道AB相切，在水平正下方有一個軌道CD在同一個豎直面內，圓弧管軌道OA的半徑R=0.45m，水平軌道AB長S1=3m，OA與AB均是光滑的軌道，一滑塊從O點由靜止狀態進行釋放，當滑塊經過點A的時候，靜止的小車在拉力F=1.6N的水平恒力下開始運動，經過一段時間后撤下力F，當小車在CD上運動了S2=3.28m之后v=2.4m/s，此時滑塊恰好落入到小車中，已知小車的質量M=0.2kg，與CD的動摩擦因數μ = 0.4，本題的問題為：恒力F的作用時間t是多少？AB與CD的高度差h是多少？”本題中涉及到的運動情景比較多，已知條件和物理要素比較多，模型中的研究對象也比較多，對于學生來說是一道綜合力與運動的綜合問題，運動情景如圖所示：

這道題目的研究中學生需要運用“分割、重組”的思想進行解題規律的摸索，本題中涉及到了諸多的運動過程，不同的運動狀態之間的銜接是本題的解題關鍵，學生在構建物理模型的時候需要對運動過程進行分割，對不同的運動情景進行運動軌跡以及運動性質的匹配，進而實現解題思路的清晰。

在面對復雜的物理情景，教師引導學生掌握“分割充足以及匹配”的思想，可以幫助學生順利解決復雜的物理問題。將其拆分重組為單一過程、單一模型的簡單題目，鼓勵學生有效突破審題以及識模中的難關，幫助學生克服復雜、綜合物理問題中解題和思考的難點，強化學生對于物理知識的理解以及運用，重視自主思考，建立物理學習的自信心，掌握適合自己的物理學習方法。

在高中物理教學培養的過程中，教師為了培養和提升學生的核心素養，在課堂教學的過程中要注重引入物理模型的教學以及講解，鼓勵學生將所學的物理知識綜合運用在物理模型的識別、構建以及應用中，既可以幫助學生豐富自我的物理知識體系，探索掌握適合自己的學習方法，又可以幫助學生建立物理學習的自信心，學以致用。攻克高中階段綜合性非常強的物理習題，既能夠激發學生對于物理學科的研究熱情，又能夠提高物理課堂的教學質量，培養學生的創造性思維，建立物理核心素養，鍛煉學生的綜合學習能力，為之后的學習和成長打下堅實的基礎。