物理课堂，从建模做起

王桂玲

2017年，中华人民共和国教育部制定的《课程标准》，提出了“学科核心素养”问题，这是强化学科育人价值的集中体现.物理学科，是通过物理学习逐渐形成正确的价值观念、必备品格和关键能力，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任等方面，尤其是在“科学思维”素养中，强调指出的“基于经验事实建构‘物理模型的抽象概括过程”论断，对中学物理教学有重要的指导作用.下面笔者结合新课程标准对实践“物理模型教学”谈谈自己的理解与感悟.

一、“物理模型”教学给物理课程带来的转机

物理教科书中的知识绝大部分是经过编者精心加工编拟的，即以“物理模型”为载体呈现出来的，这就决定了物理学科的研究对象和研究过程大都是用科学理想的方法来建立一个理想化的模型或理想化的过程，即建立“物理模型”，可见科学、合理地进行“物理模型”教学是正确理解教科书及实施有效课堂教学的必然要求.

通过“物理模型”教学，能使物理问题不再枯涩难懂.这是因为当物理教师明确了“物理模型”教学的理念后，就会想方设法加强物理教学的直观性和形象性，并主动进行抽象引導，最终在学生头脑中形成具有思维特征的“物理模型”.有了这样的“物理模型”，学生就能够运用已有的物理知识，根据研究问题的特征建构出“物理模型”，从而将实际物理过程简化，实现由难变易、由繁变简，最终突破难点.

由此可见，“物理模型”教学是践行新课程理念的重要载体，有利于对学生进行科学思维方法的教育，从而为学生主动学习及创新能力的培养营造良好的学习氛围.

二、“物理模型”教学基本框架的建立

根据物理新课程理念及其教学实践经验，我们认为“物理模型”教学既要注重“模型”的应用，更要注重“模型”的建立.后者是前者的基础，前者是后者的目标.具体包括两个方面：

1.强化“物理模型”的建立过程.

我们知道，物理学科本身很抽象，要克服这一学习障碍，教师必须加强平时物理教学的直观性和形象性，让学生在脑海中留下一个直观的、具体的

形象，建立起清晰的物理概念.为此，物理教师在实际教学中必须做到以下几点.

（1）加强物理实验教学及引导.

首先，物理教师要在思想上重视物理实验教学，鼓励学生自制教具.实践表明，亲手实践，可以培养学生用眼观察、用手操作、用脑思考等综合能力及搜集信息能力，学生只有通过多维度的感知、记忆和思考，才能在头脑中形成深刻而又直观、具体的形象，再通过物理教师抽象引导掌握其共同的本质特点及规律，形成直观的、形象的思维轮廓，进而形成了具有思维特征的“物理模型”，实现抽象和具体的统一.

（2）恰当利用多媒体技术的模拟功能.

多媒体技术强大的动画、视频等模拟功能，给物理教学带来了极大的便利.例如，宏观的天体运动及微观的原子结构、原子能级、链式反应等，这些实验室无法完成的物理实验，借助多媒体技术的强大模拟功能，都清晰地展现在学生的面前，让学生有一种身临其境的感觉，刺激感观，形成深刻的感性认识，为学生头脑中建立“物理模型”提供感性材料，对直观、形象的物理课堂教学起到了重要作用.但应该注意的是，信息技术模拟的实验或视频，虽然很逼真，但对学生来说，仍然缺少真实感或现实感，达不到实物实验的效果.因此，用多媒体技术摸拟只能是物理实验的必要补充，不能替代实物实验的教学功能，那种以多媒体技术的动画、视频包办代替物理实验的做法是不可取的.

（3）挖掘定义，创建“物理模型”.

有些物理概念如时间、时刻等，物理概念本身又很抽象，对它们的认识，没有实验可做，这就需要物理教师想办法，创建“物理模型”，以加深学生的认识和理解.例如，课题组成员通过徒手画的一个简单的坐标轴，以坐标原点表示计时起点，用坐标上的点表示时刻，线段表示时间，使学生对时间、时刻及相关的物理概念有了直观的认识和理解，在解决实际问题时不会出现概念上的错误.

（4）通过典型例题引导.

课题组认为典型例题引导能够培养学生读题、审题能力，“审”就是能抓住题目中的“关键”词，即找出“物理模型”，并强化这一“物理模型”.如当题目中出现“接触面光滑”意即不考虑摩擦;“小球恰好通过圆周的最高点”意即小球在最高点只受重力等.如果学生不知道这些“模型”所包含的物理意义，就不能正确理解和处理相关信息.

总之，“物理模型”的牢固建立，需要在课堂教学中根据物理学科的特点适时进行强化和训练.因此，物理教师在例题教学中不要急于得出结果，而是应该注重物理过程的分析与引导，加强对“物理模型”的理解和认识，最终使学生能够自行提取出题中涉及的“物理模型”.

2.正确运用“物理模型”解决实际问题.

要培养学生解决实际问题的能力，必须让学生能够根据已有的知识和研究问题的特点建构出“物理模型”，这是突破难点、提高解题效率的关键所在.下面以“行星的匀速圆周运动模型”为例进行说明.

（1）建模背景：行星绕太阳做椭圆运动的轨迹的两个焦点靠得很近，行星的轨迹非常接近圆，所以高中阶段将行星的运动看成匀速圆周运动.

（2）模型特点：①行星绕太阳做匀速圆周运动，线速度大小、角速度、周期不变.②太阳对行星的引力充当行星做圆周运动的向心力.

【案例】拉格朗日点L 1位于地球和月球连线上，处在该点的物体在地球和月球引力的共同作用下，可与月球一起以相同的周期绕地球运动.据此，科学家设想在拉格朗日点L 1建立空间站，使其与月球同周期绕地球运动.若以a 1、a 2分别表示该空间站和月球向心加速度的大小，a 3表示地球同步卫星向心加速度的大小，则以下判断正确的是（）.

A.a 2>a 3>a 1

B.a 2>a 1>a 3

C.a 3>a 1>a 2

D.a 3>a 2>a 2

解析：解决本题，应注意从以下两点进行分析：（1）同步卫星和空间站的质量都远比天体（地球或月球）质量小，但空间站受月球引力不能忽略，它是在地球和月球引力共同作用下绕地心做匀速圆周运动，故此空间站不是地球“卫星模型”.又同步卫星是不计月球吸引力的，这说明空间站距离地球比同步卫星更远，位置关系如图所示.（2）由于空间站不是地球“卫星模型”，因此不能按照地球卫星的规律比较加速度的大小，可用到向心加速度两个公式a=GMr2，a=ω2r.

设空间站轨道半径为r 1，月球轨道半径为r 2，同步卫星轨道半径为r 3，按照上述分析r 2>r 1>r 3，根据a 1=ω2 1r 1，a 2=ω2 2r 2，由题意知ω 1=ω 2，所以a 2>a 1，又因为a 3=GMr2 3，a 2=GMr2 2，所以a 3>a 2，因此有a 3>a 2>a 1成立，故D正确.

在此题中，两种“物理模型”非常相近，稍不留神就会混淆，这时就要有意识将它们拉到一起进行对比，强化“卫星模型”的特点，找出二者的本质区别与联系，这将有助于学生进一步认识和区分已经建立的“物理模型”.