利用物理模型建构 提升学生科学素养

仲莲维

《普通高中物理课程标准》的培养目标是“进一步提高科学素养，满足全体学生的终身发展需求”。

物理模型，是指人们在生产生活实践中，为了探索物体运动发展变化的奥秘，运用物理学的思维思想方法和实验检验手段。构建物理模型的思维方法和建构过程可以很好地促进学生积极参与、乐于探究的自主学习能力，并逐步形成科学探究的态度和科学精神，如何让学生通过对物理模型的建构，来达到提升科学素养的目的呢？本文以《原子的核式结构模型》为例，设计一个学生活动方案，帮助学生通过对物理模型的构建，达到提升学生科学素养的目的。

一、课堂教学活动介绍

1.提出问题

在进行原子的核式结构概念学习之前，首先由教师引导，提出问题，此处原子的核式结构问题是从学生熟知的生活常识出发逐步引导而设计的。具体如下：

教师出示两个鸡蛋，同时提出三个问题：

问题1：两个鸡蛋一个生的一个熟的，如果要将它们区分开来，怎么办？

问题2：如果你不想打碎它，该怎么办？

问题3：谈到它的内部成分及分布情况时，头脑里会呈现出哪些画面？

在提出上述三个问题之后，由学生自行探讨，并踊跃发言，经过一段时间的讨论之后，教师明确指出：刚才大家的思考过程就是科学家最为常用的对科学探索的一种方法，也就是实现了从观察到假设，从假设到构建模型，最终进行实验论证的整个过程。

接着，教师回归正题，继续提出和知识点紧密结合的问题。

问题4：1897年，汤姆逊通过阴极射线管的实验发现了电子，电子的发现说明原子可以再分。电子带负电，而原子是电中性的，如果你是科学家，发现电子后你会思考什么？

问题5：原子中的正负电荷是如何分布的，请说出你的猜想？

抛出这两个问题之后，让学生自由讨论。

2.引导学生构建模型并分析模型

学生讨论并发言之后，教师进一步指出，当时的研究过程，许多科学家也对此问题进行了很多模型的猜想与建立，但在这些模型中，影响最大且最广泛的模型是汤姆生的枣糕模型，同时出示枣糕模型的PPT。然后，教师告诉学生，枣糕模型在当时来说是很成功的，因为它解释了当时发现的一些物理现象。此后，教师进一步引导学生观察分析枣糕模型，指出该模型的主要特征。当有学生指出“枣糕模型并不是实心的”这一分析结果后，教师及时切入课题，向学生提问，使用什么样的方法来证明枣糕模型并不是实心的呢？

在学生思考的过程中，教师继续逐渐引导：一个物理模型构建出来后，还要用实验来检验，枣糕模型代表了微观世界中的原子，但原子的结构是不是和枣糕模型类似呢？我们通过实验来研究，所进行的实验叫“微观粒子碰撞法”，并告诉学生，该方法是探究微观世界最常用的方法，在1903年德国物理学家勒纳德就利

用了这种方法，他用电子射到金属膜上，发现电子很容易就穿透了原子，这说明了什么，是否就验证了原子和枣糕模型一样，并不是实心的。

3.进行实验验证

在前面引导的基础上，教师开始在课堂上进行ɑ粒子散射的具体实验演示，但由于实验过程中所需要的装置包括有放射源、荧光屏与金箔等不同的部分，这些装置不容易收集，所以，教师使用了PPT动画为学生演示模拟实验，以此来强化学生对ɑ粒子散射实验的印象，有利于后面理论教学的理解。

在演示过程中教师应该指出，在金箔的周围，望远镜以及屏幕都围绕其进行圆周运动，由此能够观察出很多的ɑ粒子进行了金箔穿透，但角度却不同，此外，通过实验也可以促进学生对物理实验及观察工作进行了解。

借助实验，学生通过观察后得到结果，大部分粒子前进的方向是按照原来方向的，只有少部分粒子前进角度发生了改变，而有极少的一部分粒子发生了大角度的方向改变。此时，学生针对实验的结果继续展开讨论。

4.模型延伸

教师进一步利用汤姆生枣糕模型，并根据实验结果，再一次提出三个问题：

问题6：是什么原因促使了部分α粒子发生大角度散射的现

象，是和电子碰撞之后产生的吗？

问题7：在原子附近是否会存在一部分正电荷使α粒子产生

大角度的方向偏移？

问题8：你能想象得到原子中存在的正电荷以及质量是怎么

样分布的吗？什么样的分布情况才能让上述α粒子出现了大角度的偏转？

针对上述三个问题，教师分别给予不同的辅助解答。

这一活动设计的目的是使学生的学习地位发生根本性改变，让他们成为各类物理问题分析、构建模型與解决的真正主动者。

教师的地位也发生了明显的改变，从传统教育的主导者逐步转变为一个辅导者，只需要将问题抛出，并在学习过程中适当引导学生，学生通过自主学习、小组讨论、合作探究、交流评价便可以完成大部分内容的教学。教师只在某些关键点进行点拨即可。

二、结论

通过以上教学活动，学生对物理模型的构建经历了模型猜

想—构建模型—验证模型—模型延伸四个阶段，达到激发学生学习兴趣、掌握科学方法、锻炼语言表达能力、提高解决问题能力的目的，提升学生的科学思维，思维能力所产生的创新是一个学生获得进步的灵魂，也是人们认知世界的主要基础和重要动力，在物理模型教学过程中，要尽可能为学生的发展提供更为广阔的思考问题的空间和情境，尽可能少地去阻碍学生个性化思维的发

展，实现学生对物理问题解决和物理模型分析的创新，最终让学生选择适合自己的物理模型的构建思路和方法，这正是未来物理模型教学努力的主要方向。

参考文献：

[1]丁萍.高中物理模型的教学策略研究[J].技术物理教学，2009（07）.

[2]周圣峰.高三学生建立物理模型能力的现状研究[D].首都师范大学，2011.

编辑 张珍珍