高中物理教学中物理模型的作用及构建策略

王君

【关键词】高中物理;物理模型;构建策略

物理模型在课堂教学中的运用，有着丰富的理论基础，通过对相关理论的研究发现，大部分学者对物理模型的定义存在一定的相关性与共性，总结为物理模型是学生在对客观现象分析之后，能够抓住其本质特征，排除非主要因素的干扰，成为物理模型的建构者.在物理模型的构建中，学生需积累等效、假设、对比等思维方法，从中抽象出事物的本质.在高中物理教学中运用物理模型，构建物理模型，可以帮助学生解决物理学习中的许多问题，促进学生物理素养的形成.因此，教师应善于利用物理模型开展物理教学活动，渗透模型意识，引领学生发现事物本质，总结出物理规律，达到提升学生物理学习效果的目的.

1 物理模型的教学作用

1.1 对教师物理教学的作用

如何运用物理模型帮助学生建立完整的知识体系，是一线物理教师共同关注的话题[1].通过对物理教材的分析，发现课本中的物理知识是可以通过对象模型以及过程模型讲解的，若教师掌握了物理模型方法，就可以借助各种各样模型构建的方式，轻松地完成抽象性的物理知识讲解，减轻物理教学的难度.

教师可以立足于物理模型的视角，开展物理教学活动，以帮助学生建立物理模型为目标，有助于提升高中物理教学的质量与效率，促进物理高效课堂的构建.

例如 在“碰撞”的概念教学中，为了让学生建立“碰撞”的物理模型，教师可以播放《夺宝奇兵》中主人公父亲用伞驱赶海鸥，海鸥撞毁了飞机最终获救的视频.通过这段视频的播放，快速地吸引了学生的注意力，教師结合这段视频提出问题：“小小的海鸥为什么能够撞毁在天空中正在飞行的飞机？ 你能估算出海鸥对飞机的平均撞击力的大小吗？ ”由此，引发学生对“碰撞”这一模型的构建，加强了物理模型与生活之间的关系，既降低了教师对物理现象与物理概念的讲解难度，也引导学生透过直观的物理现象观察、发现其中的本质，进一步激活学生对这一非弹性碰撞模型规律的探索欲，可以极大程度提升物理课堂教学效益.

1.2 对学生物理学习的作用

首先，帮助学生掌握建立物理模型的方法.人类作为高级动物，在认识世界、探索与发展的过程中，一旦形成了对某种客观对象的本质特征理解，就会主动地寻求将客观本质特征记录下来的方法，其中模型就是人类记录事物本质特征的最有效的方法之一.因为模型不仅能够记录与表达事物的本质特征，还具备简单易懂、生动形象的特点.在高中物理教学中运用物理模型开展教学活动，可以帮助学生建立物理模型，发展学生运用物理模型解决问题的能力[2].

其次，利用物理模型锻炼学生的思维能力.对物理客观现象的分析是学生建立模型的主要途径，这对学生的思维能力提出了一定的要求，需要学生掌握物理思维方法，并且从对其的分析与探索中，抽象出物理模型.在这个过程中需要学生思考哪些因素必须保留，哪些因素应该舍弃，可以促使学生在物理现象的分析中抓住主要矛盾，看透问题本质.这是一种科学的思维方式，能够让学生获得思维能力的锻炼，借助物理模型的构建可以推动高中生思维品质的形成.

2 高中物理教学中的物理模型构建策略

2.1 教学方式多样化，激活模型意识

“授之以鱼不如授之以渔”，物理模型构建既是一种教学思想、教学手段，也是学生在学习中必须要掌握的学习方法，想要让学生在学习中建立物理模型，需要以学生具备模型意识为第一要务.因此，教师在物理模型的教学中应尝试运用多种教学方式，激活学生的模型意识，让学生认识物理模型，并生成主动构建物理模型的学习意向[3].

例如 在“超重和失重”一课的教学中，很多学生对于什么是超重、失重的理解并不透彻，究其原因是教师采取了理论化讲解的方式.学生在教师抽象的理论讲述下，无法建立对这一物理现象的对应模型.针对这一问题，需要教师优化教学方式，采取学生更容易理解的方式，引领学生生成模型意识，为学生的物理模型构建做好铺垫.首先，视频引入，激发学生对物理模型探索的兴趣.在“超重和失重”的课堂导入中，教师可以利用多媒体技术，播放直观化的视频资料，以“神州十号”载人飞船的发射过程为素材，此飞船的发射标志着我国进入到了应用型太空飞行的时代，展示宇航员在飞船内从发射到返回的过程中，所经历的超重与失重的现象，让学生初步地认识到何为“超重”“失重”，并引导学生由此联想到自己在生活中有过哪些超重或失重的体验，使学生更为深入地认识物理概念，建立物理概念与生活现象之间的关系.其次，组织实验活动，初步感知模型.在这节课中教师可以组织学生动手操作实验，实验器材为弹簧测力计和钩码，要求学生以小组为单位，在弹簧测力计上挂上一定质量的钩码，并上下晃动，观察钩码在向上或向下加速运动时，弹簧秤上的读数变化与钩码重力大小之间的关系，并将实验数据记录下来，引导学生通过对实验的观察与分析，深入地探索“超重”与“失重”.可以通过物理模型的构建，解释生活或学习中遇到的物理现象，由此激发学生进一步探索物理模型的意识，逐步地接近力学的本质.

2.2 方法教学显性化，建构物理模型

信息加工心理学表示，人类获取知识的途径主要有陈述性知识与程序化知识两种，物理模型思想与方法属于程序性知识的范畴，具有内潜性以及高度抽象性的特征.在过去的高中物理教学中，大部分教师考虑到物理模型的特征，而采取隐性的教学态度，在物理模型的讲解中实施潜移默化渗透的方式，不能明确地指出物理模型中蕴含思想与方法，没有点明如何使用物理模型，从而促使高中物理模型教学在“藏而不露”“点而不透”的状态下，课堂教学效果极低，不利于学生的物理模型构建.

为了解决这一问题，需要教师摒弃隐性教学的态度，运用显性的教学方法以及教学语言指导方式，帮助学生在物理学习中建立模型，明确各个物理模型的名称、思维方法、理论内涵以及表征方式等，以促进学生的物理模型建构[4].

例如 以“行星绕太阳做匀速圆周运动”的模型建立为例，在这节课的教学中教师可以先请学生回顾以前学习过的开普勒行星运动模型，就“地球为什么会围绕太阳做椭圆运动”进行物理模型的回忆，在对行星运动模型的回忆及其问题解决中，学生会立足于“力与运动的关系”的角度分析出太阳对地球以及其他行星具有引力的作用，解释行星会围绕着太阳做运动.在此基础上，再请学生观察围绕太阳运动的行星的运动轨迹，思考“行星围绕太阳运动的规律是什么？ ”“行星绕太阳运动轨迹的物理模型是什么？ ”“我们可以将这个物理模型做出怎样的处理？ ”在这个过程中教师以问题为驱动，促使学生主动地通过问题解决建构物理模型，从已知的物理模型迁移到新的物理模型建构之中，从而将复杂的椭圆运动模型进行简单地处理，最终得到圆周运动模型，总结出行星绕太阳做圆周运动的规律.学生建立此物理模型之后，教师再引导学生进一步思考何为圆周运动、受力特点是什么等问题，可以促使学生挖掘出此物理模型的理论内涵，帮助学生轻松地理解物理知识、发现物理规律，并建立物理模型，推动学生深度学习，这是隐性教学无法达到的效果.

2.3 习题训练适度化，灵活运用模型

物理模型的学习实际上是一个对物理知识再现的过程，其体现在“认知”→ “质疑”→ “再认知”的知识迁移过程，物理模型建立的最终目的并不是让学生理解所学的知识，理解与掌握知识只是学生学习的一个过程，最为关键、最重要的作用是利用物理模型解决问题.因此，教师在引领学生建立了物理模型之后，应为学生提供应用物理模型的机会，以提升学生对物理模型的灵活运用能力，更加高效地解决遇到的问题，以提升学生的解题能力[5].

例如 在学生学习了平抛运动的模型之后，教师围绕这个模型布置了习题：如图1所示，一个小球在光滑的斜面上运动，从点P 水平射入，在P 点离开之后运动方向发生了改变，最后从点Q 离开斜面，沿着斜面位移为a、水平位移为b、倾角为θ，通过对小球运动的特点分析，请求出小球在斜面上运动的时间与初速度.在这个问题的解答中，若是学生掌握了平抛运动的模型，就会将小球的运动与平抛模型进行对比，抽象出小球运动的本质特征就是初速度与加速度垂直，与学生所掌握的平抛运动模型类似，进而利用物理模型轻松地解决问题.

又如，在柱体模型的学习之后，教师提出了这样的问题：设一架直升机以一定的功率P 悬停在空中，若直升机的尺寸减半，但是需要保持仍然悬停在空中的状态，那么直升机的功率需要为多大？ 这道题仅仅两句话，似乎已知条件并不多，但是若是学生抓住“悬停”这一个关键词，进而联想到“悬停”意味着直升机在空中处于二力平衡的状态，这个过程就会变得清晰起来.直升机需要通过推开空气的方式，形成维持直升机在空中悬停的反作用力，由此联想到所学习的柱体模型，并利用柱体模型绘制了如图2的图形，利用柱体应用的物理规律，可以完成此问题的解答.

3 结语

综上所述，物理模型在高中物理教学中具有重要作用，教师应积极地探索物理模型教学的有效方法，引导学生养成模型意识，在知识以及现象的探索中建立物理模型，学会灵活地运用物理模型解决实际问题，掌握高效率的学习方法，攻克习题解答的难关，以提升高中物理教学的质量.