新高考下高中物理建模能力培养概述

李勇

【关键词】新高考;高中物理;建模能力

信息化时代下，社会经济迅速发展，社会对高素质人才的需求也越来越大，因此，教学中要摒弃传统模式.以高中物理教学为例，实验是教学的核心，如果无法实现实验与知识的结合，学生将难以透彻理解和掌握很多物理知识，因此，探索改革路径势在必行.而物理建模正是解决这一问题的关键所在.因此，本文基于新高考角度对高中物理建模教学的相关内容展开了探索.

1 高中物理建模教学涵义及意义

1.1 涵义分析

物理学科有着非常复杂且广泛的研究范围，而且与生活联系紧密，外部环境很容易影响到其教学的展开，为了推动物理研究的深入进行，往往需要去除这些外部因素，将研究对象具体化、简单化，构成物理模型，进而制定更加顺畅的物理教学研究流程.

物理课堂中，经过去除对研究对象产生影响的外部因素，能够将研究对象本质很好地体现出来，从而确保各个物理模型都具备代表价值.物理建模是基于物理现象、通过研究者的思考与分析构成的，并非随意遐想的，这就说明，物理建模为研究物理学科的一种策略.物理模型能够精确简单地将研究对象本质反映出来，从中能够将物理学科的形式美体现出来.

1.2 意义分析

与传统的物理教学不同，物理建模教学是基于教师的引导，学生按照本身所掌握的物理方法与知识，独立思考设计、亲自操作，通过建立物理模型而处理问题.在此期间，学生自主构建物理模型的能力得到了锻炼，并基于此强化了逻辑思维能力，这对学生综合素质培养的意义重大.

首先，借助建模培养，在物理知识学习与掌握的基础上，培养创新能力.物理模型的建立对学习物理意义重大，让学生在物理模型建立中更好地实现物理知识的掌握.建模期间，教师按照掌握的知识抛设问题，并给予学生引导，利用具体模型处理物理问题，在此期间，学生不但掌握了基本知识，而且创新能力也得到了培养，从而活跃了思维.

其次，借助建模教学，能够让学生更加积极主动地参与到课堂中.建模时，教师发挥引导者和指导者角色，课堂由学生做主，通过物理模型的建立，为学生创造更加广泛的发挥空间，增强学生物理知识学习、物理实验参與的主动性与积极性，培养学生团队协作能力以及独立思考问题的能力.

最后，基于物理建模，提升学生的探索兴趣.建立物理模型不可能一次成功，需要历经多次的实验与设计，在此期间，引导学生相互合作与交流，共同将物理探究中遇到的困难和问题解决掉，进而将物理实验探究的乐趣体现出来，让学生更富兴趣地去探索事物本质，进而懂得通过抽象、科学的思维处理具体问题.

2 新高考下高中物理建模能力的培养

物理属于自然类学科，它在对物理现象与变化规律的研究中具有重要的作用，为了更加清晰明了地研究物理问题，我们必须要将一些次要因素忽略掉，把握主要因素，将物理模型构建起来.17世纪，著名物理学家伽利略在理想实验设计中就应用了建模思想.所以，在高中物理课堂中，通过建模思想的培养，建构物理模型，明确问题处理的思路，进而将事物的特征与本质更加直观、具体地反映出来，能使实际问题得到更好地解决.

2.1 借助新媒体，让学生全面认识物理建模

新媒体教学指的是在授课过程中，按照教学对象与教学目标的特征，通过设计教学环节，科学选取与应用现代媒体教学.而物理作为一门以实验为核心的学科，借助新媒体方式进行物理建模，能够将模型建造的过程更好地呈现在学生面前.

例如 在教学“牛顿第一定律”的相关内容中，通过新媒体为学生呈现物理不受外力作用时的运动情况，通过视频内容呈现出力和运动的关系，在模型化授课中教师要重点关注学生建模期间迁移与类比能力的比较和训练，不断培养学生细致的思维习惯，此外，在课前还应该注意相关资料的搜集，进而完成既定授课目标.新媒体技术可以让学生系统全面地了解相关物理模型，为学生建模能力提升做出铺垫.

2.2 展开规范练习，活化学生建模思维能力

物理学科在学生建模思维能力培养中优势显著，每个物理问题所描述的物理过程与现象，都能够与一个物理模型相对应.所以，物理习题的解答其实就是引导学生构建和题目相关联的物理模型.例如，通过直观简单的模型来处理传统的动力学问题，可以更加真实明确模型与案例的联系.过去教师不够重视通过模型来分析物理问题，往往忽视了建模分析教学过程.为了完善与强化学生分析建模的能力，教师一定要改变传统方式，引导学生自主学习，课堂中应着重渗透建模思想.比如，在质点的有关知识教学中应用建模思想，可以让学习变得更加直观、高效.

例如 问题：铁路上运动的火车可以当作质点吗？ 要回答这个问题，学生首先要理解和掌握质点的概念、物体能否当作质点的条件等基本知识，做到具体问题具体分析，不能将物体体积的大小作为判断能否当作质点的条件.通过本问题的学习，学生要灵活构建质点模型，灵活解决实际问题.

2.3 用类比、迁移方法培养学生的建模能力

解决每一个物理问题都能够从相应的物理模型中将其“踪影”找出来，然后基于物理模型教学物理概念、回答物理问题，对此，我们可以对以下方法进行应用.

首先，类比法.物理问题通常具有比较分散的事例，而且较为隐密，这时可通过分析问题，将主要特征找出来，利用类比法将适合的物理模型建立起来.

例如 A 和B 是两个带有异种电荷的粒子，分别带有+5q 与-q 的带电量，质量为5m 与m ，L 为二者距离，除了有互相作用的电场存在于它们之间，不受其他力影响，为了不改变A 、B 间的距离，它们会做哪种运动？ 两粒子运动速度为多少？ 通过分析题设信息，能够得知：若要不改变A 和B 的距离，就需要绕AB 连线上某个点做匀速圆周运动，二者间库仑力提供向心力，令A 和B 有着一样的角速度ω，在利用类比联想，能够将“双星”物理模型构建起来，处理问题.

其次，迁移法.在解决具体问题中应用物理模型，一些问题较为生疏或者复杂时，若是能够向新问题迁移熟悉的物理模型，这样会对问题的解决有很大帮助.

例如 铁路中设计的一些装置内都采用了电磁感应原理，有种电磁装置能够将信号传输到控制中心以确定火车运动状态与位置，装置原理为：在火车首节车厢下面安装可以产生匀强磁场的磁铁，在两铁轨间安装矩形线圈，火车首节车厢经过时，就会有电信号产生于线圈中并向控制中心传输，假设线圈长宽分别为L1 和L2，n 为匝数，如果只在每一个矩形区域分别加匀强磁场，在火车首节车厢时通过线圈处，时间t 和控制中心收到线圈两端电压信号U 会有一定联系，然后分析在t1 和t2 之间火车的速度情况.

近几年磁悬浮技术不断发展，其控制系统应该是非常精确且复杂的，对于高中生而言，学习起来难度较大且陌生，然而我们重点关注的问题在于电磁感应原理的应用，并且，试题研究的是时间与线圈电压的关系.因此，我们完全可以向熟悉的闭合电路中一部分导体切割磁感线运动模型中迁移这部分知识，其差异在于在磁场内运行磁悬浮列车，线圈为静止状态，但这并不会对我们处理问题带来影响.

2.4 评价反馈物理建模能力

评价高中生物理建模能力需要关注其目的性，不能把划分学生层次作为评价的基本目的，需要正视评价活动，对学生建模能力的评价结果要给予及时反馈，进而推动学生更好地投入课堂.对物理建模中的不足之处有针对性地进行巩固，不断突破自我，深入掌握物理建模方法，达到提升物理成绩的目的.在对物理建模能力评价成果进行反馈中：其一，注意学生情感体验，不可伤其自尊.高中生有着较强的自尊心，特别是对那些建模能力较弱的学生来讲，对评价结果的公开，会伤害其自信心，令其生成抵触心理，所以，在对评价结果反馈时，要将保密工作做好.其二，分析好细节，分析问题是何种非智力因素造成的，进而确保学生可以认真、正确地审视自我建模能力，并积极地参与到物理建模问题中来.同时，对评价结果反馈时，要将学生的自信心树立起来，在将问题提出来后，给予相应的表扬和肯定，提升其建模体验的同时，不断推动学生进步.

例如 “传动带模型”能够与运动学、能量知识以及受力分析知识结合起来，习题情境多变复杂，特别是与相对运动有关联性，比较抽象、复杂，理解起来较为困难，一些学生在特定情境内找不到切入途径和方法.为了引导学生将此模型认真学好，更好地理解此模型，在解题中可以举一反三、融会贯通，需要科学评价学生的建模能力，对评价结果进行认真反馈，让学生明确自己有无真正理解和掌握此模型.评价传送带模型建模能力時，在明确评价内容与指标的前提下，应该把评价活动积极设定出来，从多个角度分析学生的建模能力，进而得出相应的评价结果.

3 结语

高中物理课堂中，确立建模思想、建构物理模型并非万能的，也需要相应的使用条件，在具体应用期间也容易出现形似而实不同的情况，所以，在培养学生物理建模能力，进行物理模型构建时，需要及时分析、对比与修正，从客观事实入手进行完善.一般在解决高中物理问题时，需要将以下几点做好：研究对象确定——次要因素排除——物理情景归纳——物理模型建立——问题分析与解决.然而，从对象确定到模型建立这一重要过程的确定是学生容易忽略的地方，出现错误的原因往往就是对公式的直接套用，所以，在教学物理知识中，注重建模思想的培养，注重如何构建物理模型，不但有助于学生对物理知识的掌握，强化知识的应用能力，更有助于学生养成好的解题习惯，不断提升其问题处理和解决的能力.