浅议基于物理核心素养培养的物理模型建构教学策略

摘 要：在高中物理教学中，物理模型的建构实际上是科学的思维模式和能力体现，是物理核心素养的重要部分。物理学科包含着复杂的自然科学知识，建构模型能够加强学生对物理知识的理解和应用，完善他们的思维。因此，教师需要重视物理模型建构教学的研究，在核心素养的指导下分析高中物理教学方向，引导学生在学习物理的过程中理解、运用模型并且能够自主建构模型，提高教学效率。本文就高中物理模型建构的相关概念进行了分析，探索了有效的教学策略。

关键词：   核心素养;模型建构;教学策略;高中物理

高中物理的教学价值体现在能够培养学生的物理思维、逻辑分析能力以及科学应用能力，让学生能够利用物理知识解决更多的实际问题，通过构建物理思考模式简化解决问题的方式，提升学生的学习能力。物理模型思想的融入实际上是利用模型的构建将比较复杂的问题简单化，在教学中，教师需要利用物理知识反映实际问题，帮助学生锻炼思维能力，培养学生逻辑分析能力，以此提升教学效率。合理构建物理模型需要学生掌握基本的物理知识，并且在分析问题时，通过对基本理论的深入研究和实践应用，真正运用好物理模型提升自身的核心素养。

一、物理模型构建的概念

在高中物理学习中，很多理论和规律的基础知识都需要通过构建抽象的物理模型进行推导，才能够让学生明白其中的内涵。模型实际上是通过物理现象发现物理规律的中介物质，主要针对物理现象构建模型，通过对模型规律的分析，应用其解决实际问题，发现更多物理规律，推导出适用的公式。在高中物理学习中，物理模型的种类是比较多的，因为涉及运动、力，以及能量等知识，就需要根据不同的知识点和概念建构模型。例如，物质模型、状态模型或者是过程模型。但是在实际应用中，学生还需要根据旧的模型建构新的模型，实现模型的创新，使其能够解决更多的问题。在高中物理教学中应用物理模型能够将复杂的问题变得更加简单，也能够降低学生学习的难度。因为模型一般都是在理想化的假定环境下产生的，需要一定的抽象思维[1]。例如，在研究质点问题时，需要学生将运动中的一些物体看成质点，才能够对运动问题进行研究。也只有将物体抽象化才能够构建物理模型，总结具体的知识应用方式。因此，掌握模型构建的方式也能够培养学生的思维能力，同时提升其学习能力。

二、高中物理模型构建的类型

根据高中物理教学的内容看，当前在物理模型的构建上主要包括理想对象模型、物理过程模型以及理想条件模型。理想对象模型是将研究的问题或者实际的物理现象看成理想化的状态，比如，在高中物理大部分知识中，特别是在研究运动相关的知识时，一般都是将物体看出一个质点，忽视了物体自身的形状、大小，以及其他因素的影响。还有研究电荷问题时的点电荷、磁场线等，这些是肉眼看不见的，但是在学习时将其理想化，才能够成为研究的对象。而这种模型构建可以让研究的物理问题化繁为简，更便于学生在探究的过程中弄清楚相关的物理结论和知识理论。物理过程模型是将具体的物理过程进行理想化处理，只考虑主要因素影响的过程变化，而忽视了一些次要的因素。比如，高中物理中经常研究匀速直线运动、匀速圆周运动等，而这些运动都是在理想化的条件下提出的，也只有在理想过程模型建构中才能够实现。如果不构建物理模型将难以实现该知识的研究突破，也不利于学生实现深入学习。理想条件模型比较好理解，比如光滑的表面将摩擦力影响忽略不计了，物体视为质点后，也忽略了其质量的影响，匀加速运动中任意时刻加速度是相同的，也忽略了其他条件影响。可见在物理学习中，这些物理模型构建是贯穿于整个环节和知识内容中的，因此，构建物理模型是非常有必要的。

三、核心素养背景下，高中物理模型构建教学策略

（一）引导学生树立物理模型思维意识，培养物理思维

物理模型的建构实际上是贯穿在整个高中物理学习时期的，需要学生具备这种模型思维和建构的意识，从学习理论知识开始就能够从物理模型中探索出物理的规律，实现对知识的深入认知。但是从当下高中物理教学的情况看，部分高中学生对物理学习的认知并不深入，特别是他们的抽象思维能力较差，缺乏了一定的聯想能力，所以导致学生在学习的过程中容易产生较大的差距。比如，部分学生的基础水平很差，甚至无法理解一些基础的理论以及知识的应用。例如，如何分析作用力和反作用力，如何结合牛顿第一定律探索运动和力的关系。而有的学生却能够进行物理模型的重新构建，在解题的时候也能够灵活运用。可见，物理模型的建构意识和能力是影响学生学习效果的重要因素。因此，教师在物理教学中要有意识地引导学生理解物理模型的意义，并且结合基本的知识，指导学生学会建模，帮助学生形成建模意识，引导学生对新旧知识实现灵活理解，启发学生的思维[2]。在培养学生核心素养的要求下，教师需要从物理模型建构教学中实现对学生科学思维的培养，并且让学生可以了解不同物理模型的建构意义。比如，在学习质点、匀速直线运动、圆周运动等知识时，应该让学生明白这些对象以及运动过程实际上是在一种理想状态下提出的，通过理想环境的构建研究了运动的规律，也就是建构了一种物理模型，更容易认识理论的本质。教师可以通过利用信息技术软件模拟这种理想状态，创建模拟实验环境，帮助学生构建物理模型。例如，可以先引导学生学会用假设和验证的方式建立模型，然后再根据条件的变化进行适当补充，一步步地形成比较清晰的解题和学习思路，这在许多高中物理解题中运用得非常广泛。指导学生进行类比推理，通过对知识、概念以及原理等的迁移应用，对不同物理模型进行对比，从中找到区别和不同点，再按照实际情况进行处理，以推动旧知识和新知识的关联，也有利于学生更好地构建物理模型。

（二）呈现物理模型思维过程，提升分析能力

在培养学生核心素养的要求下，高中物理教学需要通过科学的教育方法促进学生思维能力的发展，使其真正地从物理学科知识的学习中掌握思考和应用的方式，能够自主地探索物理世界中的各种问题，实现有效的分析[3]。但是从教学现状来看，部分学生的思维仍然比较肤浅，特别是对物理模型的理解还处于表面的记忆层面。例如，有的学生在学习平抛运动的知识时，虽然知道这一情境实际上是一种物理模型，却不明白为什么平抛运动中的质点会出现这样规律的运动轨迹，在实际研究中又忽视了哪些影响因素，而在运用的过程中，主要关注的是平抛运动的结论。这些都说明学生并没有形成清晰的物理模型思维，在实际应用的过程中就会出现各种问题。所以教师要对学生呈现物理模型思维过程，将隐性教学转化为显性的引导，真正帮助学生明白物理模型思维的核心。比如，在学习匀速圆周运动的过程中，为了让学生了解向心力的来源，并且明白模型构建的过程，教师可以为学生展示这几个实例：人造卫星绕地球运动的向心力来源于万有引力;光滑桌面上用线拴一小球匀速转动，向心力来源是线的弹力或者是重力和其他力的合力;随唱片迅速转动的物体，向心力来源静摩擦力。而这些实例中，要想实现匀速圆周运动的一个重要条件就是除了拥有初速度之外，向心力的大小保持不变，同时方向要与速度方向垂直。在构建模型时，教师可以通过设计对比试验探索匀速圆周运动的规律。例如，教师可以让学生在真实场景中设计模拟实验，观察球运动的状态。很多学生会发现匀速运动是无法实现的，教师可以引导学生总结和思考影响的因素。因为实际实验时桌面无法保证平滑，有了摩擦力、空气阻力等其他力的干扰，并不能实现匀速运动。然后用信息技术软件模拟光滑桌面上用线拴一小球匀速转动试验，通过软件设计相同数据探索匀速圆周运动的规律。而软件模拟的实验，实际上是一种理想状态，也是匀速圆周运动的模型，而理想模型的建构是在实验经验上的，也是在学生思考的状态下对条件进行调整和设计，才有了物理模型。而这个模型构建的过程能够帮助学生清楚地了解建构思维，培养其科学素养。

（三）丰富物理模型建构方法，拓展应用途径

教师在教学时要引导学生掌握一些物理模型建构的常用方法。例如，归纳法、抽象法等，帮助学生拓展模型建构的途径，从不同角度应用模型分析实际问题。例如，在研究匀变速直线运动时，教师可以让学生使用打点计时器测定匀变速直线运动的加速度。在此实验中依据的原理是：设定物体做匀加速直线运动，并且在各个连续相等时间内对位移、时间和加速度的关系进行记录和分析，得到相应的规律。然后通过计算加速度的平均值测定匀变速直线运动的加速度。所以该方式是通过数据记录和归纳的方式构建物理模型，在实验的过程中，学生需要通过多次实验数据的记录才能够对数据进行归纳，找到其中几个数值的规律，并且进行有效计算。而抽象法是将现实生活问题利用抽象化处理手段，通过构建理想的物理模型解决实际的问题。这种方式主要运用在电场、磁场、能量守恒等肉眼无法看到的，但是实际又存在的物理现象[4]。教师可以引导学生利用合适的表达手法或者工具构建物理模型，为学生建立一个问题研究的环境，帮助学生掌握物理模型的构建技巧。

比如，在研究一般意义上的碰撞问题时，光滑平面上两个质量不同的小球发生了正碰和斜碰两种碰撞，根据该问题构建物理模型时，首先要对正碰的情况进行模型构建：第一，完全弹性碰撞，碰撞时产生了弹性形变，碰撞后形变完全消失;第二，完全非弹性碰撞，碰撞后物体相对静止，也就是碰撞时产生的形变没有恢复，碰撞后相互作用的物体具有共同速度;第三，一般碰撞，碰撞时产生的形变有部分恢复。而这三个不同情况的物理模型构建之后，都需要对机械能、动量变化等情况进行分析，找到可以应用的知识点。而且要解决该问题，学生必须要根据不同的情况建立物理模型，才能够体现物理知识的严谨性，提高答题的质量。所以教师在讲解时，可以利用信息技术智能模拟软件模拟出这三种不同的情况，然后让学生分析出现这几种情况的原因，真正掌握物理模型构建的方式。

（四）加强物理模型的实际应用，提升解决问题能力

利用物理模型解决实际问题是高中物理教学的重要部分，也是高中生需要掌握的重要知识和技能，只有在不断应用中才能够真正掌握物理模型构建的方式，实现科学思维的发展，培养学生的核心素养。在高中物理解题中经常用到的经典模型有：皮带模型，主要研究的是摩擦力、牛顿运动定律，以及功、能等问题;斜面模型研究运动规律和三大定律;子弹打木桩模型研究的是摩擦生热、临界问题，以及三大定律等。除此之外还有单摆模型、平抛模型、弹簧模型等，也是历年高考的重点题型。学生只有掌握了模型建构运用的方法才能够应对灵活变化的题目，从中分析出解题的关键点。因此，教师需要针对不同物理模型的应用方式進行归纳整理，在设计题型以及解题引导的过程中，让学生重视对模型类别、特点，以及关键知识点进行分析，并且学会使用对比、拓展延伸以及归纳总结等方式创新物理模型，真正提升学生的物理核心素养[5]。例如，教师可以让学生准备一个整理本，根据自己学习的情况对物理模型构建的案例进行整理，并且定期对这些案例进行归类。比如，哪些属于碰撞模型、哪些属于运动模型、哪些属于振动模型。其中碰撞模型一般有几种，什么条件下可以构建完全碰撞、非完全碰撞模型，不同模型之间有什么区别，在解题时应该应用到哪些公式。比如，在碰撞模型中应该遵守的原则是：动量守恒原则、系统能量守恒原则、情境可行性原则等，所以在分析问题时需要结合这些条件进行物理模型的探索，利用物理模型解题。学生可以根据教师的讲解、考试的类型，以及错题的积累等进行汇总，定期对题目重新分析和审视，并且尝试重新构建物理模型，这样在反复的练习中，学生才能真正掌握物理模型构建应用方式，提高学生的物理素养和能力。

结束语

总的来说，在培养学生核心素养的要求下，高中物理模型建构思想的融入能够帮助学生掌握科学的学习方法，提高学生的积极性。因此，教师要深入挖掘教材的内容，设计不同类型的教学活动和方式，引导学生了解物理模型、认识物理模型以及应用物理模型，通过科学的模型构建教学，发展学生的科学思维和应用能力，以促进高中生综合素质的发展。

参考文献

[1]朱联星.核心素养下物理模型构建的教学策略[J].湖南中学物理，2019（3）：29-31.

[2]江秀梅，刘大明.基于学科核心素养的高中物理模型教学策略[J].新课程评论，2020（4）：84-91.

[3]马娇娇，王永成.基于物理核心素养的学生物理建模能力培养[J].中学物理，2019（13）：75-76.

[4]张东风.基于核心素养的物理教学设计探讨：以“平抛运动”为例[J].物理之友，2020（36）：5，2.

[5]王文英.核心素养下的高中物理建模能力的培养策略[J].成功密码（综合版），2019（2）：23.

作者简介：王君（1979— ），女，汉族，江苏扬州人，江苏省扬州大学附属中学，中学一级，本科。研究方向：中学物理教学。