高中物理课堂模型教学的实践研究

陈小飞

摘 要： 作为常见的知识载体，物理模型教学时常在高三物理一轮复习中出现，要通过合理教学保证学生理解模型蕴含的知识和规律，为学生运用知识奠定扎实基础。基于此，文章结合高三物理一轮复习特点，从模型建构、分析、拓展和应用四个层面对模型教学方法进行了探讨，为高中物理课堂教学提供参考。

关键词： 高中物理课堂;模型教学;高三一轮复习

一、 引言

高中物理具有模型化的特点，运用物理模型开展教学也能使学生的思维能力得到较好培养。在高三物理一轮复习阶段，需要引导学生加强物理知识理解和运用，促使学生完成知识和技能巩固，还应在物理课堂引入模型教学，使教学效果得到改善。因此，加强高中物理课堂模型教学的实践研究，以便一轮复习效果得到有效促进。

二、 高中物理课堂模型教学分析

在高中课堂教学中，学生将遇到大致三类物理模型，具体包含对象模型、条件模型和过程模型。其中，对象模型用于对研究对象进行代替，例如质点、轻杆、检验电荷等;条件模型用于对研究条件进行理想化处理，如恒力、光滑表面等;过程模型用于将物理研究过程进行简化，因为物理过程受多重因素影响，只有忽略次要因素才能完成问题分析，如匀变速运动、非弹性碰撞等。尤其是在高中物理解题中，要求学生具备一定的物理基础，能够将掌握的物理知识与问题情景结合在一起，归结成熟的物理模型，促使问题得到顺利解答。但就实际情况来看，模型稍有变化，学生就难以识别，尽管学生已经熟悉了此物理模型，也难以将陌生物理情景与模型联系在一起，难以通过类比建立过程模型，无法完成知识迁移，使得学生在物理问题解答上能力不足。开展模型教学，以物理模型为核心引导学生加强物理知识运用，促使学生具备模型构建、分析和运用等能力，因此能够加强学生能力锻炼，使学生的学科素养得到提升。

三、 高三物理一轮复习与模型教学

高三物理一轮复习并非是对高中物理知识进行重新讲解，而是需要对学生基础知识和基本技能进行巩固，引导学生深化知识理解和加强知识运用，达到有效复习的目标。而开展模型教学，能够督促教师引导学生加强物理问题实践分析，在对已有知识进行复习的同时，能够得到知识面的扩大，并对已掌握的知识和技能进行巩固。在模型教学中，运用模型解题，能够使学生从对物理问题的单一认识变为加强物理过程的探索，帮助学生找到正确的解题思路，继而得到学习效率提升。因此在高三物理一轮复习中开展模型教学，能够使复习效果得到增强。

四、 高三物理一轮复习中的模型教学实践

（一）巧设情景，引导建模

在高三物理一轮复习中，学生已经完成了较多知识点和公式学习，但由于理解不深容易发生混淆。为帮助学生加强理解，教师还要进行物理情景创设，引导学生加强物理知识理解，顺利进行物理模型建构，在夯实知识的同时，理清各知识点的联系，从而得到知识网络建构。例如，在学习“带电粒子运动”的内容时，为使学生能够充分理解电场和磁场分别对带电粒子产生的加减速和偏转、回旋作用，在复习课上还要先引导学生对“回旋加速模型”的有关知识进行复习。如图1所示，为回旋加速器模型，以两个D形金属盒为核心，分别接在高频电源两极，处于匀强为B的强磁场中。盒子间存在窄缝，宽为d，附近存在粒子源S。学生根据之前学习到的带电粒子加速度原理，能够对从粒子源进入的质子加速或减速情况展开分析，完成“交变电压周期和离子运动周期相同”的知识点巩固。完成经典模型复习和运用后，教师可以通过简单改变条件探索匀强磁场回旋、偏转问题，引导学生重新建立模型，通过应用模型解决物理问题。具体来讲，就是假设D形盒半径R远远大于d的情况下，质量m、电荷量q的粒子从A处发射，要求学生分析粒子从静止到加速到出口需要的时间。通过学习探究，学生可以理清思路，在排除重力、相对论效应的基础上，认识到粒子回旋加速最大动能与盒子半径和磁场磁感应强度密切相关。通过逐步引导，能够避免学生对基本模型进行盲目套用，以至于在物理解题中陷入思维定式。在遇到蕴含相同物理知识和规律的问题时，做到能够对物理知识、公式等进行提炼，使构建的模型得到适当修改，继而得到问题解决和验证能力的培养。

图1 回旋加速器模型

（二）分析模型，深化理解

在高三物理教学中，教师需要进一步培养学生分析问题和解决问题等能力，以便使学生能够顺利处理各种物理问题。在高考题中，将对学生运用物理规律和方法解决问题的学科能力进行重点考查，要求学生在建立物理模型后，能够通过模型分析解答问题。为使学生达到深度思考的层面，教师可以由浅入深的完成模型梯度设定，引导学生了解模型本质，自觉完成知识迁移学习。例如，在学习“物体所受摩擦力变化和运动变化”的问题时，可以建立孕体模型。在研究板块叠加体的内容时，包含受力分析、牛顿运动定律等多方面的知识，分析过程中容易出现思维混乱的情况，导致学生重复套用各种公式，解题需要花费较长时间。指导学生构建孕体模型，可以将板块叠加体看成是怀孕母体，根据物体运动所处时刻的状态对模型进行简单分类，划分为上动下静、下动上静、相对静止三类，然后对模型进行受力分析。根据模型对物理问题进行理解，能够指导学生从时间、速度等角度分析物体所处状态，然后对物体受力展开系统分析，把握板块叠加体运动的本质特征。为激活学生的思维，教师可以将学生划分为多个小组，分别对上动下静、下动上静、相对静止开展讨论。在讨论过程中，学生可以掌握根据“母亲”和“孩子”的状态判断是否发生相对运动的方法，确认相对静止条件下“母亲”和“孩子”速度相等。根据固定时刻状态进行判断，学生可以通过比较判断摩擦力突变时刻，即相对静止说明二者间不受力或存在静摩擦力，相对运动说明存在滑动摩擦力。在模型分析的过程中，学生的思维可以得到不断递进，从而顺利突破学习难点，在脑海中形成完整知识结构体系，取得良好复习效果。

（三）拓展模型，整合思维

在对多种物理模型展开学习的基础上，教师还应引导学生对相关知识进行整合，从而实现知识内化，在把握物理知识关系的基础上，形成一定问题分析和解决能力。使学生在面对各种与物理模型有关的问题时，都能实现模型归结，并通过横向延伸实现模型迁移运用，继而顺利解答问题。例如，在完成“子弹打木块”这一基本模型学习后，学生已经基本掌握如何判断完全非弹性碰撞问题，针对复杂多次碰撞情况也可以通过转换参考系分析子弹在木块中的运动位移，列出系统能量守恒公式。但实际上，这一公式还涉及弹簧力、电场力等不同力，能够对模型进行拓展，使学生完成知识迁移，学会运用过程模型解决相关问题。在实践教学中，教师可以先进行模型简单拓展，要求学生解决“静止光滑水平面上，小木块以水平速度撞上右端竖直挡板”的问题。凭借之前换位思考经验，学生可以确认木块与挡板间的作用是否依然具备“子弹打木块”的模型特征，在确定小木块相对位移后，思考多次碰撞能量损失问题。在学生已经完成思维转换的基础上，教师可以對模型进一步拓展，如提出“木块与一端被固定的轻质弹簧发生碰撞”等问题。此时，学生接触到的物理情景已经发生变化，但是仍然具备典型模型特征。对前面积累的知识进行运用，学生能够对非弹性碰撞的过程模型进行建构和分析，从能量守恒角度寻求问题解决答案。

（四）体验应用，融会贯通

引导学生建构、分析物理模型，并对模型进行拓展，目的在于使学生能够在各种变异空间中完成思维转换，从而根据自身掌握的事物本质加强模型创造性运用，得到思维品质的改善。在学生学科素养得到培养的情况下，面对现实生活中各种复杂的物理问题，才能从不同角度进行分析，避免片面、刻板地看待问题。从物理解题角度来看，则要引导学生加强物理模型应用体验，以便在高三物理一轮复习时做到对物理规律进行融会贯通，能够解答各种问题。例如，在对“磁会聚和磁发射”的内容进行复习时，学生已经掌握“磁会聚和磁发射模型”运用方法，形成了相应知识框架，教师可以通过实际训练培养学生模型灵活运用能力。具体来讲，就是在完成典型例题讲解后，设定“半径R的圆形区域内存在垂直纸面匀强磁场，强度为B，右侧存在竖直感光板，圆弧顶P发射速度v、质量m、电荷量q的带电粒子”题干，分别提出“对准圆心射入，求粒子运动时间、速度水平分量”“以任意角射入，证明粒子离开磁场后能否垂直打在感光板上”两个子问题，以实现问题拓展延伸。在实际分析的过程中，学生需要先根据题目条件建立磁发射模型，判断粒子在磁场中做匀速圆周运动，然后利用牛顿第二定律进行求解。在第二问题解答时，需要建立新模型，得到带电粒子运动方向与入射方向无关。在全面回顾所学知识的同时，采取不同模型求解同一道题目，可以使学生解决问题的思路得到开拓，能够在加强学生解题能力锻炼的同时，学会以变式寻求问题答案，继而在物理解题中做到举一反三。

五、 结论

作为以实验为基础的学科，高中物理要求学生积极动脑思考，加强物理问题的实践探索。开展模型教学，能够指导学生结合不同物理情景对想要研究的物理问题进行确认，并通过建模完成物理问题探究。因此在高三物理一轮复习中，运用模型教学能够加强学生基础知识和技能巩固。在实践教学中，还要围绕模型构建、分析、拓展和应用指导学生复习，以便取得良好复习效果。

参考文献：

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[2]汪小明，鲁小东.基于核心素养的高三物理一轮复习教学探讨——以“碰撞中动量守恒定律的应用”为例[J].物理通报，2019（7）：79-84.

[3]李宏彬.高三物理第一轮复习策略探究[J].成才之路，2019（12）：90.

[4]王彩宇.物理模型教学在高三物理复习中的实践策略[J].科学咨询（教育科研），2018（5）：92-93.

作者简介：

陳小飞，浙江省温州市，浙江省苍南中学。