核心素养背景下高中物理模型解题法的构建策略分析

周凡

在新课程教学改革的背景下，高中教学体系注重培养和提升学生的核心素养。在高中物理教学的过程中，教师培养学生运用物理模型解答物理问题，通过物理模型的运用，可以有效锻炼学生的思维能力，将所学的物理知识与物理模型结合在一起解决物理问题。在课堂教学的过程中，教师利用物理模型的方式提升学生的核心素养，培养学生的建模意识，营造趣味的物理课堂，提升学生的解题技巧以及解题方法，提高物理课堂的教学质量。

高中物理教学中，物理模型的运用对于分析和解答物理问题非常关键，物理模型的运用可以将复杂、抽象的物理问题简单化，引导学生将所学的物理知识综合起来，清晰把握物理知识的体系。在物理课堂上优化和培养学生的物理建模能力，既可以提高学生的物理核心素养，又能够改变学生传统的学习方法，提升学生的综合学习能力。

一、核心素养背景下物理课堂引导学生抓住建模的本质

高中阶段的物理知识具有较强的综合性，高中物理问题常常考查学生对知识本质的掌握和理解程度，在课堂教学培养的过程中，教师注重引导学生将所学的知识融合在一起，鼓励学生发散思维，注重创新，逐步培养学生严谨的推理能力。

在面对综合性强的物理问题的时候，学生往往会产生“似曾相识却无从下手”的困惑之情，主要是因为学生被物理题目中的已知条件迷惑，不知采用何种解题方法抓住问题的本质，反复读题学生也不能正确识别出物理问题中蕴藏的物理模型，由此导致高中生解题效率低，学生学习物理的自信心受挫。例如：在解决竖直面内的圆周运动中常用的轻绳模型和轻杆模型，学生在问题分析的时候常常只能看到两种模型之间的相同点——竖直平面内的圆周运动，而在实际物理问题解决中，学生往往不能正确区分使用哪一种模型进行题目的解答（区别是一个模型中是绳，一个模型中是杆）。此时，教师在课堂上需要引导学生对两种模型在最高点的受力情况和运动情况进行分析，对比受力情况以及运动状态的情况，引导学生抓住物理模型构建的关键。在这两类模型中，最根本的本质区别在于：竖直圆周运动中过最高点的时候，无向上支撑力但有向下的拉力的情形为轻绳模型，过最高点的时候既有向上支撑力又有向下的拉力的时候即为轻杆模型。所以只要通过对比在同一最高点位置的受力情况就可以使得学生轻松地进行物理模型的判断，后续在解答问题的时候利用牛顿第二定律：mg+FN=m进行竖直圆周运动的进一步分析，对比最高点临界状态。当学生清晰地明确两者的受力分析和运动本质，就可以构建正确的物理模型，提高物理问题的解答效率以及正确率。

在物理问题分析的过程中，学生习惯性地依赖教师的讲解，缺少自主思考的能力。在核心素养培养的背景下，教师要注重优化学生的思维，锻炼学生的自主思考能力，通过物理建模问题的讲解以及分析，引导学生探讨适合自己的物理学习方法。掌握物理建模解题方法，在面对物理问题的时候，学生不再机械地生搬硬套物理公式和物理定义，而是要在吸收知识以及思考的过程中构建物理解题模型，探究物理知识的本质，正确、高效地处理物理问题。

高中生常见的物理问题包括受力分析、运动过程、空间几何、时间关系等。在分析物理问题的时候学生要依照物理情境构建理想化的模型，依照物理规律进行物理问题的解决，构建物理模型，进而找到合适的物理公式。例如：在解决物理问题：“跳高运动员的身高为h，想要越过高度为1.2h的横杆，该名运动员至少需要多大起跳速度呢？”这一物理问题中涉及到的解题关键要素比较少，学生在读题的过程中很难理清自己的思路，构建合适的物理模型。教师在引导学生自主思考的过程中，先引导学生进行物理情景的分析，运动员在助跑起跳的时候是竖直方向上的速度，在跳起来之后为了确保人刚好可以越过杆子，需要在最高点的时候运动速度为0，由此学生可以找到运动类的物理模型进行分析，绘制运动轨迹，快速整理出本题的解题模型和对应的物理公式。在本题分析解答的过程中，运动员在空气中受到的阻力可以忽略不计，设运动员的质量为m，借助动力学的公式：2ax=vt2-v02，在牛顿第二定律的辅助下列出解题的公式：ma=-mg。依照已知条件：运动员的高度与杆的高度，将已知条件引入到解题模型中，正确得出本题的结论。

二、核心素养背景下物理课堂中深化“一模多变”解题法深化学生的思维能力

高中阶段学生面临的物理问题对知识的考核范围是比较广的，高中物理知识体系庞大，综合性、抽象性强，对于学生的考核也较为灵活、多变，为此，教师要培养学生的灵活思维能力，对于物理模型的构建也要引导学生掌握“一模多变”的解题方法，鼓励学生在掌握一种物理模型之后灵活地运用，在不同的物理情境中研究模型中涉及到的研究对象、物理情景、物理条件等，学会在物理问题中找到解题和建模的关键点，化繁为简，整理出解题的关键，降低学生对于综合性物理问题的畏难情绪。

例如：在分析物理问题：“一条干涸的水渠中，底部有一个半径约为几十米的圆弧，同学们在水渠底部溜旱冰，为了测量学生的运动速度，准备了秒表、长约1米的光滑木板，在溜冰的間隙，学生如何利用现有的工具测量圆弧的半径？”这一问题与实际生活情境有较强的联系，重点考查学生是否可以灵活掌握和运用单摆模型，单摆模型中小球是本题中溜旱冰的学生，摆线是大圆弧的水渠，借助单摆模型中的受力分析寻找本题解答的关键点，由此引导学生深刻掌握单摆模型的运用，并在成功解决本题后，教师对单摆模型进行灵活变形，鼓励学生灵活思考所学的知识，编制各种物理问题情境，检验学生的掌握情况。基于单摆模型进行物理问题的变形：“在一个光滑的圆弧形凹槽中，半径为R，其正上方为圆心O，在O处放有一个小球，从静止的状态释放丢下，在凹槽左侧最高点M有另一个小球B，从静止的状态同时开始运动，两个小球到达凹型槽Q点的情况，以下说法正确的是：

A：小球A先到达点Q  B：小球B先到达点Q  C：两个小球同时达到点Q

本题目考查了学生对单摆模型、匀变速直线运动模型的掌握，两种物理模型的结合对学生来说具有一定的思考难度。在思考本题解题方法的时候，教师要引导学生理清已知条件，忽略题目中存在的迷惑条件，明确了解物理情境，并在物理模型的搭建以及辅助下化繁为简，当学生找到正确的辅助物理模型之后，学生就可以找到解题的方向。在模型灵活分析和运用的过程中，教师要引导学生多做总结，强化学生在面对和分析物理问题的时候注重自我建模意识、识模的能力，积累解题的经验，灵活地进行物理模型特征的总结，强化模型解题思维能力，并在不同的物理情境中识别出模型的特征，由此可以抓住问题解决的关键，提升问题解答的效率。

三、核心素养背景下物理课堂上培养学生的审题识模的能力

物理课堂上为了强化学生的问题解决能力，不仅要夯实学生的基础知识，还要关注学生问题解决以及知识运用的能力，这一过程中教师要强调物理模型在物理课堂中的应用，将物理模型教学在课堂上进行教学步骤的划分：第一步带领学生从复杂的物理题目中找出隐含的物理模型搭建的條件，第二步是引导学生基于建模的思想确定物理建模以及对应模型中蕴藏的物理基本规律，第三步是结合物理问题中的情景明晰解题的关键条件，最后一步便是确定物理问题的解题步骤以及计算过程。物理课堂中，对于学生的识模以及审模的能力是课堂教学的重点，为了引导学生真正掌握物理学科的核心素养，可以在课堂上引用“分割、重组和匹配”的思维方法，对物理情境、物理知识以及物理模型进行综合的研究以及运用，在课堂上有效训练学生对物理模型的运用能力。

例如：在物理运动问题分析的过程中，如图所示的运动轨道中，四分之一的圆弧轨道为OA段，与水平轨道AB相切，在水平正下方有一个轨道CD在同一个竖直面内，圆弧管轨道OA的半径R=0.45m，水平轨道AB长S1=3m，OA与AB均是光滑的轨道，一滑块从O点由静止状态进行释放，当滑块经过点A的时候，静止的小车在拉力F=1.6N的水平恒力下开始运动，经过一段时间后撤下力F，当小车在CD上运动了S2=3.28m之后v=2.4m/s，此时滑块恰好落入到小车中，已知小车的质量M=0.2kg，与CD的动摩擦因数μ = 0.4，本题的问题为：恒力F的作用时间t是多少？AB与CD的高度差h是多少？”本题中涉及到的运动情景比较多，已知条件和物理要素比较多，模型中的研究对象也比较多，对于学生来说是一道综合力与运动的综合问题，运动情景如图所示：

这道题目的研究中学生需要运用“分割、重组”的思想进行解题规律的摸索，本题中涉及到了诸多的运动过程，不同的运动状态之间的衔接是本题的解题关键，学生在构建物理模型的时候需要对运动过程进行分割，对不同的运动情景进行运动轨迹以及运动性质的匹配，进而实现解题思路的清晰。

在面对复杂的物理情景，教师引导学生掌握“分割充足以及匹配”的思想，可以帮助学生顺利解决复杂的物理问题。将其拆分重组为单一过程、单一模型的简单题目，鼓励学生有效突破审题以及识模中的难关，帮助学生克服复杂、综合物理问题中解题和思考的难点，强化学生对于物理知识的理解以及运用，重视自主思考，建立物理学习的自信心，掌握适合自己的物理学习方法。

在高中物理教学培养的过程中，教师为了培养和提升学生的核心素养，在课堂教学的过程中要注重引入物理模型的教学以及讲解，鼓励学生将所学的物理知识综合运用在物理模型的识别、构建以及应用中，既可以帮助学生丰富自我的物理知识体系，探索掌握适合自己的学习方法，又可以帮助学生建立物理学习的自信心，学以致用。攻克高中阶段综合性非常强的物理习题，既能够激发学生对于物理学科的研究热情，又能够提高物理课堂的教学质量，培养学生的创造性思维，建立物理核心素养，锻炼学生的综合学习能力，为之后的学习和成长打下坚实的基础。