核心素養視角下運用物理模型教學法解決初高中物理銜接難題

摘 要：在核心素養的視角下，文章探討了如何通過物理模型教學法解決初高中物理教學銜接的難題。文章以高中物理運動學章節為研究對象，分析了初高中物理在知識內容、學習方法以及思維要求等方面的差異性，并詳細闡述了物理模型教學法在提升學生物理核心素養、促進初高中物理教學銜接方面所發揮的關鍵作用。此外，文章還提出了具體的教學策略和方法，并通過實例分析，展示了物理模型教學法在高中物理運動學教學中的應用效果，為解決初高中物理教學銜接問題提供了有益的參考。

關鍵詞：核心素養；物理模型教學法；初高中物理銜接；運動學章節

教育改革強調培養學生核心素養，物理學領域的核心素養包括物理觀念、科學思維、探究和態度責任。初高中物理教學銜接是教育工作者關注的問題。物理模型教學法通過構建模型簡化復雜問題，幫助學生理解并提升科學思維和問題解決能力。文章以高中運動學為例，探討物理模型教學法在初高中物理銜接中的應用，旨在提升物理教學質量。

一、初高中物理學科銜接的困境分析

（一）知識內容的異質性

分析教學內容，初高中物理知識體系差異明顯。初中物理知識結構簡單直觀，側重日常物理現象，知識深度廣度要求低，多用具象描述，少抽象邏輯。高中物理體系更系統深入，強調概念規律理解與應用，抽象邏輯思維成分多。以下通過初高中物理運動學章節基礎概念闡述，展示知識點掌握要求的差異。

1. 運動物體的描述

在初級中學教育階段，運動物體的描述往往以具體化的實體為原型，例如飛機、火車等。而在高級中學教育階段，運動物體的描述則被抽象化為質點，采用一種暫時忽略個別非本質因素，以突出主要因素的處理策略。這一過程是基于經驗事實對物理模型進行建構的抽象概括。此外，它也體現了物理學中忽略次要因素、專注于主要問題的思想方法。通過這一過程，學生能夠體驗到構建物理模型的思維模式。

2. 長度的測量

在初級中學教育階段，學生必須掌握長度單位的基礎理論、長度測量工具及其誤差分析的基礎知識，以及如何準確運用毫米刻度尺進行測量和讀數。進入高級中學教育階段，學生應能精確描述物體的位置及其變化，掌握位移矢量的概念，并能夠區分位移與路程的差異。此外，學生還需學會利用位置坐標軸精確表示物體的位置和位移。

3. 時間的基本單位及測量

在初級中學教育階段，學生必須掌握時間的基本單位及其測量的常規工具，并能進行基礎的讀數操作。至高級中學教育階段，學生需進一步辨析時間與時刻的概念，并掌握運用實驗方法進行時間測量的技能。例如，通過打點計時器、光電計時器、頻閃照相技術以及超聲波測速儀等設備進行精確測量。此外，學生應能夠運用時間坐標軸精確描述時間相關概念。

4. 參照物

在初級中學教育階段，引入了參照物的概念，該概念用于判定物體是否處于運動狀態。進入高級中學教育階段，教材對參照物概念進行了拓展，其應用不再局限于單一物體，而是擴展至由多個物體組成的系統。這一概念的深化，旨在為后續坐標系構建奠定堅實的理論基礎。

5. 速度的概念

在初級中學教育階段，學生必須掌握速度的基本概念，即路程與時間的比率，并熟悉速度的度量單位，以便于理解物體運動的速率。進入高級中學教育階段后，學生需要進一步深化對平均速度定義的理解，即位移與時間的比率，并借助極限理論與微積分原理，精確掌握瞬時速度的內涵。同樣的方式和方法定義了加速度的概念。

（二）學習方法的差異

在初級中學階段，物理學的學習側重于觀察與實驗，強調對物理現象的直觀理解。學生在此階段的學習策略相對單一，主要依賴于記憶與模仿。進入高級中學階段，物理學的學習則要求學生擁有更為發達的抽象思維與邏輯推理能力，學習策略更為多元化，涵蓋了自主學習、合作學習、探究學習等多種方式。

（三）思維要求的差異

初級中學階段，物理學學習側重形象思維，通過觀察現象構建直觀概念。高中階段，要求學生發展抽象、邏輯和創新思維。例如，運動學中速度變化需矢量運算理解，平均速度到瞬時速度的推導用微積分，解決運動學問題則依賴數學圖像等工具。

二、物理模型教學法在提升學生物理核心素養中的作用

（一）培養物理觀念

通過構建物理模型，學生能夠更深入地領會物理概念與定律，從而形成準確的物理認知。例如，在運動學領域，構建質點模型有助于學生理解物體運動狀態的實質，而建立勻變速直線運動模型有助于學生掌握運動學的基礎定律。

（二）發展科學思維

物理模型教學法通過科學思維方法，如抽象思維、邏輯推理和分析綜合，幫助學生構建和應用物理模型，促進科學思維能力的發展。例如，速度概念的形成展示了科學思維的嚴謹性：在一定時間內，位移越長，速度越快；在一定位移下，時間越短，速度也越快。比較不同時間和位移下物體運動的快慢，需要使用控制變量法和邏輯推理來定義速度。

（三）提高科學探究能力

在物理學的教學過程中，學生必須借助觀察、實驗以及數據分析等科學探究手段，驗證并完善物理模型，從而提升其科學探究能力。以自由落體運動的研究為例，學生可實施實驗以測定物體下落的時間與高度，進而構建自由落體運動模型，并利用實驗數據對模型的準確性進行檢驗。

（四）增強科學態度與責任

物理模型教學法旨在培養學生的科學態度和創新精神，理解物理知識解決現實問題的重要性，提高科學素養和責任感。例如，通過自由落體運動模型的構建，回顧伽利略的研究，加深對科學態度和責任感的理解。在實驗中，學生應嚴謹分析數據，避免主觀臆斷；在應用模型時，考慮其局限性和適用性，培養科學思維。

三、運用物理模型教學法突破初高中物理銜接困境的策略

（一）在高中物理教學中強化物理模型教學

在高中物理教學過程中，教師應指導學生依據物理問題的特性構建恰當的物理模型。以質點模型為例，教師需使學生理解該模型為一種理想化的抽象，僅適用于物體的形狀與尺寸對研究問題的影響可被忽略的情形。例如，在探討物體運動的描述過程中，可采用以下四種方法進行闡述：首先是時間坐標軸法；其次是位置坐標軸法；再次是位置—時間坐標系法；最后是速度—時間坐標系法。

（二）結合運動學章節進行具體教學實踐

采用勻變速直線運動模型，解決實際問題。勻變速直線運動作為高中物理運動學的核心內容，教師應通過分析和解決實際問題，使學生掌握勻變速直線運動的規律和方法。例如，在探討汽車制動問題時，教師可引導學生構建勻減速直線運動模型，并應用速度公式及位移公式進行計算。

四、實例分析

以自由落體運動為例，新課程標準對自由落體運動的描述為：“通過實驗探究，掌握自由落體運動的規律。結合物理學史的相關內容，理解物理實驗與科學推理在物理學研究中的重要性。”構建自由落體運動模型，對于學生理解核心素養內涵具有積極的促進作用。

（一）基于特定情境提出研究問題

研究問題1：通過對日常生活中落體運動的觀察，揭示實際運動過程中的復雜性特征。

研究問題2：探究運動的根本動因，嘗試排除次要因素的干擾。

研究問題3：實驗所需器材包括一個光盤，以及三張與光盤等大且厚度相同的A4白紙片，分別命名為紙片1和紙片2。

研究問題4：如果沒有空氣阻力，運動情況如何？

（二）分析問題，展開探究

實驗一：進行以下實驗觀察：

實驗現象1：在相同高度同時釋放紙片1與紙片2，記錄觀察結果。

實驗現象2：在相同高度同時釋放紙片1與光盤，記錄觀察結果。

實驗現象3：在相同高度同時釋放紙片1與揉成紙團的紙片2，記錄觀察結果。

學生可初步得出結論：空氣阻力是影響物體運動現象的關鍵因素。

實驗二：通過牛頓管實驗，觀察并記錄現象，以驗證在單一重力作用下物體的下落運動表現為自由落體運動。

實驗三：采用打點計時器進行測量，探究自由落體的加速度。實驗結果表明，自由落體運動是一種初速度為零，加速度等同于重力加速度的勻加速直線運動。

（三）意義建構，深刻理解

研究自由落體運動的規律性，深入理解其運動特性。

得出速度隨時間的關系式：v＝gt

位移隨時間的關系式：h＝[12]gt2

（四）學史回顧，情感提升

本研究通過文獻綜述，深入探討了伽利略在自由落體運動研究中的實驗方法與邏輯推理過程。研究目標在于細致解析伽利略如何利用科學證據構建論證的思維模式，以及其運用反證法等科學推理技巧。通過參與構建自由落體運動模型，研究者能夠將該模型應用于解決現實生活中相關問題的實際操作。此外，本研究還旨在通過學習伽利略基于實證資料挑戰傳統權威的歷史案例，培養研究者的批判性思維與創新意識。

五、結論

在核心素養的視角下，采用物理模型教學法能夠顯著解決初高中物理教學銜接中的難題。通過在初中階段融入物理模型的理念，并在高中階段加強物理模型的教學應用，結合運動學章節的具體教學實踐，有助于學生深入理解物理概念與規律，提升其科學思維及問題解決能力，從而實現初高中物理教學的有效過渡。展望未來，物理教學領域應持續致力于物理模型教學法的探索與創新，以期為學生物理核心素養的培養及物理教學質量的提升做出更顯著的貢獻。