高中物理模型的建構及教學方法探討

王玲琳

【摘要】在物理學習中，通過模型的建構及運用，可以讓學生對物理知識的本質有深度了解，促進學生科學思維發展.同時，學生在實踐中也能更好地運用物理知識解決實際問題，強化學生的綜合運用能力.本文就高中物理教學中模型構建教學方法進行全面分析.

【關鍵詞】高中物理；模型構建；教學方法

在高中物理教學中，涉及的模型有很多，如彈簧模型、傳送帶模型、碰撞模型、小船渡河模型等.通過物理模型的構建，不僅可以讓學生更好地掌握相對應的物理知識，還能指引學生靈活地把握物理模型本質，并學會用物理模型來解決相應的問題，在很大程度上提高了學生的物理學習效果[1].因此，在教學活動中，高中物理教師需要指引學生注重模型建構，并通過科學的方式來培養學生的模型構建能力，促使學生能靈活地運用模型學習、應用知識.

1 高中物理教學中培養學生模型構建能力的必要性

1.1 滿足新課標對學生模型建構能力的要求

在《普通高中物理課程標準（2022版）》中詳細闡述了高中物理學科的課程性質、課程目標、課程結構，同時也對學生的學習質量、教師教學過程作出了明確規定[2].從新課程標準看，培養學生的物理模型構建能力是高中物理教學的重要任務，模型建構屬于科學思維的關鍵要素，學生在日常學習中，必須具備良好的模型建構能力，才可以逐步提升自身的科學思維素養，實現核心素養的發展.所以在平常教學中，高中物理教師必須通過科學的教學方法，穩步培養學生物理建模能力，并在此過程中強化學生的科學思想，讓學生能學會問題模型化處理，降低學生解決問題的難度.

1.2 滿足新高考對學生模型建構要素的考查要求

新高考越來越關注對學生綜合素質能力的考查，模型建構屬于物理學科很重要的內容之一，近幾年高考物理中，關于模型建構要素的分值占比也逐漸提升.高考對高中教育具有很強的引導作用，教師在日常教學中必須充分了解到考試與教學之間的聯系，才能做到以考促教.在近幾年的物理高考試題中，特別強調與學生的生活情境聯系，著重考查學生在真實情境下，物理模型的建構、應用能力[3].同時在不同背景、不同條件下，即便是相同的物理知識構建出來的模型也存在一定差別，很多物理問題的處理也需要多種模型組合的綜合運用，這就對學生的物理模型建構能力提出了更高要求，這就需要教師在日常教學中靈活地采取多元教學方法來培育學生建模能力，促進學生綜合素養的提升.

2 高中生模型建構能力培養現狀

從當前高中物理教學實際看，在學生模型建構能力培養上還存在一些不足，其主要表現在：

第一，教師常常忽視了對學生物理模型的培養.在高中物理教學中，學生建模能力的培養情況與教師的教學能力具有十分緊密的關聯，教師的教學組織情況不僅會影響到學生物理模型構建情況，還會關系到學生能否能靈活運用模型處理現實問題.從當前高中物理教學實際看，部分教師在課堂上會過于關注學生對物理定義、原理等的掌握情況，會將更多的注意力放在“授人以魚”方面，忽視了“授人以漁”，沒有指引學生如何構建物理模型，造成了學生難以對模型有良好的認知[4].

第二，學生對物理模型理解不透徹.從當前物理教學的現實情況看，很多學生對物理模型的認知停留在簡單的概念記憶方面，并沒有意識到物理模型在突出重點、化繁為簡方面的作用.在實際學習中，有的學生難以充分理解近似、抽象、等效替代等方法，對物理模型更是缺乏全面認知難以準確地發揮出物理模型的作用.同時很多學生存在比較強的功利性思維，在學習中習慣于簡單的記憶，而不愿意深度思考知識的前因后果，時間一長就會造成了學生缺乏獨立思考能力，習慣被動等待知識，不利于學生模型思維的運用.

第三，缺乏依托生活構建的模型訓練.物理模型的訓練是需要在充足的生活化素材支撐下進行的，學生只有在真實的情境中才能真正地應用模型來處理問題，深化對模型的感知.近幾年高考試題越來越關注生活化物理問題的處理，學生需要在解題中靈活地將生活問題轉變成物理模型，然后再進行問題處理.但是在實際中，學生真正能做到這一點的很少，而教師也沒有依據學生的實際生活來組織學生進行模型構建訓練，導致學生物理模型運用經驗不足，模型思維比較差.

3 高中物理模型建構教學方法探究

3.1 情境導入，增強模型建構意識

很多學生在物理學習中，雖然對物理基礎知識有比較深刻的認知，但是很少關注到物理模型，學生構建的知識體系也相對比較單一，導致其遇到一些靈活多變的問題時，就會出現不知所措的情況.對此在高中物理教學實踐中，教師可以嘗試使用情境導入的方式，借助具體的模型、道具、實驗等，構建特定的情境，在情境中引出相對應的物理模型，增強學生的模型意識，同時也為學生模型構建創造良好的條件，提升學生的模型建構能力[5].

例如 以“圓周運動”教學為例，教師在課堂教學中可以借助信息化手段，為學生呈現一些生活中比較常見的圓周運動現象，如過山車、滾筒洗衣機、雜技演員在圓軌道內騎摩托車等，借助趣味形象的情境來吸引學生的注意力.隨后教師讓學生對以上現象進行討論，尋找上述運動比較相似的點，學生經過思考意識到這些運動的軌跡都是在一個豎直面的圓中進行，屬于“豎直面內的圓周運動”模型，初步培養了學生的物理模型意識.接著教師引入話題，要求學生對案例中，物體運動到最高點、最低點時的受力情況進行分析，并引領學生歸納其共同點.學生經過分析，發現要讓物體在豎直軌道內做完整的圓周運動，需要在最高點滿足mg=mv2R的條件.通過總結，學生對圓周運動模型有深層次的認知，當學生遇到類似問題時，就可以考慮利用豎直面內圓周運動模型進行處理.

3.2 回歸生活，感受建模過程

物理學科是自然科學的重要部分，其研究范圍十分廣泛，大到宇宙星空，小到基本微粒.物理學科不僅強調科學、理性，還是研究物質一般運動規律、物質基本結構的課程，與學生的日常生活有十分緊密的關聯[6].物理模型的構建需要日常生活素材的充分支持，而高中物理教師在課堂教學中，為了引領學生能學好模型構建方法，還需要從學生的現實生活入手，結合學生的實際生活內容，有的放矢，引入生活現象，讓學生能充分抽象出物理模型，并親身體會物理模型的構建過程.

例如 以“自由落體運動”為例，教師在教學過程中可以先引出一些比較常見的生活現象，如樹上的落葉飄下、果實成熟后落到地上、屋檐滴水等，讓學生對這些現象進行充分觀察，并結合自身的生活經驗，歸納這些現象的共同特性.隨后教師給出學生話題“重的物體必定比輕的物體落下速度快”，要求學生根據話題開展實驗探究活動.學生在實驗中可以發現空氣阻力會影響到物體下落速度，在此基礎上，教師引導學生思考理想自由落體運動模型的構建.同時還可以給學生提供牛頓管，讓學生嘗試將牛頓管內部的空氣抽出，形成真空狀態，幫助學生能完成理想自由落體運動模型的構建.

3.3 任務驅動，體驗模型構建過程

高中物理教師在課堂教學中，為了更好地培養學生的建模能力，教師還可以采取任務驅動教學方式，結合具體教學內容，為學生設置明確的任務，并讓學生通過小組合作的方式，共同完成任務，充分感受物理建模的過程[7].教師需要結合具體的教學內容，精心設計任務，充分發揮任務驅動的引領作用，鼓勵學生借助小組力量開展問題分析、討論、處理等活動，讓學生能真正地感受到建模的趣味性，從而自覺地樹立物理建模意識[8].

例如 以“利用打點計時器研究自由落體運動下落特點”為例，教師可以為學生提供相應的實驗器材，然后要求學生通過小組合作，結合教材知識，通過操作，對自由落體運動進行解釋，構建出相應的模型.在任務驅動下，各組學生都可以構建出“自由落體運動屬于加速直線運動”的模型，并且學生通過數據分析處理，還可以得出“自由落體運動是初速度0m/s，加速度是g的勻加速直線運動”模型.為了深化學生的認知，教師可以讓學生利用圖象法進行數據信息的處理，借助圖象、同伴討論，能讓學生的討論過程更加順利，學生對自由落體運動的模型也會產生全面認知，提升學生科學探究及模型建構能力.

3.4 典型題目，強化模型構建訓練

高中物理教師在培養學生的物理建模能力時，還需要注意，不能只關注學生的理論知識學習狀態，還需要設計一些典型的題目，讓學生能在訓練中增強自身的建模意識，強化自身的建模水平.在平常，高中物理教師要結合學生的學情、教材內容等，關注習題的調整，利用習題強化學生所學知識的前后關聯，便于學生充分把握題目內容、物理模型之間的聯系，能在訓練中不斷提高建模水平[9].

例如 在“彈力”的教學中，彈簧是很常見的研究主體，為了幫助學生充分掌握彈簧問題的處理，教師就要關注學生彈簧模型的構建狀況.在具體教學中，教師可以從受力、能量兩方面出發.關于受力，彈簧既可能受拉力，也可能受壓力，還要注意拉伸長度、壓縮長度一樣時，產生的彈力等大反向.同時彈簧產生形變，需要一定時間，這也表明彈簧的彈力無法突變.關于能量，彈簧屬于一種比較特殊的能量存儲裝置，物體給彈簧施加壓力時，彈簧可以將能量存儲起來，彈簧恢復原狀時，就會釋放能量.在不考慮摩擦力的情況下，彈簧能在保持物體能量不變的情況下，改變物體運動方向，如在一個光滑的水平上，物體以某個速度向左壓彈簧，彈簧在恢復以后，物體會以原來的速度向右運動.隨后教師指引學生作出總結，并構建光滑水平面的彈簧模型，為后續類似題目的處理提供一種解題思路，增強學生的物理模型觀念，培養學生核心素養.

4 結語

綜上所述，高中物理課堂教學中通過模型構建，能讓學生更加深層次地把握物理知識本質，推動了學生的核心素養發展，促進了學生的綜合成長.所以在實踐中，物理教師需要結合學生的發展所需，采取科學的教學方法培育學生建模能力，促使學生能充分利用模型學習知識、內化知識，并且能在現實問題中抽象出相對應的物理模型，實現對現實問題的科學處理，為學生的綜合成長提供指引.

參考文獻：

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[5]王君.高中物理教學中物理模型的作用及構建策略[J].數理天地（高中版），2023（02）：8-10.

[6]肖祥清，羅華權.基于模型建構視角的高中物理教學設計比較研究——以“探究連接體問題”教學設計為例[J].中學理科園地，2022，18（02）：78-82.

[7]陳玉梅.淺論高中物理教學中物理模型建構教學的策略探析[J].中華活頁文選（高中版），2022（13）：141-143.

[8]何爾松.高中物理模型的建構及教學方法[J].數理化解題研究，2022（12）：77-79.

[9]易立華.高中物理教學中學生建構物理模型能力的培養[J].新教育（海南），2022（10）：56-57+66.