核心素养下的高中物理建模能力的培养策略

王文英

高中物理学科的核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，而“科学思维”是物理学科核心素养一个重要的关键能力，科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，其中建构物理模型是关键要素。

一、建构物理模型的基本方法

构建物理模型的抽象概括过程，就是要求学生学会从物理学的视角发现问题和分析问题，每一个具体物理问题所描述的物理现象或过程，都对应着一定的物理模型，通过对研究对象的受力情况、状态特征以及运动变化过程的分析，结合物理规律，才能选择出一个合适的模型。

建立物理模型可以以形象思维为切入口，把物理语言转变为图形，使抽象问题形象化，借助于想象建立物理模型。想象是一种高级的形象思维活动，是在头脑中把新旧知识和科学概念进行加工和重新组合，建立新形象的过程。图形和想象的通力配合及综合运用是建模的一个关键点，它可以使物理模型建立最佳。物理建模的另一关键点是构建数学模型，把复杂的物理语言转化成数学基础语言，能够使物理变得形象化和简单化。

二、建构物理模型的基本策略

策略一：确定研究对象、提炼问题条件

中学物理问题一般是由文字、图表等形式加以呈现的，准确地理解题意，抓住题干中的关键词句，明确研究对象；接着发掘问题中已知或隐含的条件，对问题展开定性的分析；再采用适当的方式画出示意图，并标注出各已知量。

策略二：转化物理问题、建构物理模型、形成解题思路

根据研究对象的物理状态及其变化过程的分析，建立与之相对应的过程模型或系统模型，抓住问题的已知或隐含的条件，形成明确的解题思路，找到解决问题的相应规律。

策略三：应用物理规律、确立数量关系

运用与该物理模型相应的物理原理、规律、公式等，建立物理量之间的数学表达式，依据问题要求解相关物理量即可。

三、建构物理模型的具体应用

例1.（2018年新课标全国I卷18）如图，abc是竖直面内的光滑固定轨道，ab水平，长度为2R；bc是半径为R的四分之一圆弧，与ab相切于b点。一质量为m的小球，始终受到与重力大小相等的水平外力的作用，自a点从静止开始向右运动，重力加速度大小为g。小球从a点开始运动到其轨迹最高点，机械能的增量为 （ ）

首先分析文字信息，抓关键字词句，试题的问题是“小球从a点开始运动到其轨迹最高点”和“机械能的增量”。 前提条件是“最高点”，必须确定运动过程找到轨迹的最高点，核心问题是求“机械能的增量”，即必须求除重力以外其他力做的功，而其他力即为水平外力，这是已知的，所以找到该力方向上的位移， 则问题得以解决。

其次确定研究对象，分析物理运动过程及其受力情况，构建物理情境，画示意图。小球在光滑水平面上受水平的恒定外力做匀加速直线运动，外力做正功，然后继续在水平恒力的作用下滑上圆弧，此过程水平外力做正功，重力做负功，且两者数值相等，b和c两点速率相等。小球离开c点后，竖直方向做竖直上抛运动，水平做匀加速直线运动，两个方向的运动具有独立性和等时性，因此可以找到“轨迹最高点”，也可以找到“该力方向上的位移”。这些模型都是学生常见的典型模型，找出判别条件建立模型，借助数学运算，得出结果。因此物理情境是建模过程中思维转化的核心，建模是得出正确结果的保证。

例2.（2014年新课标全国I卷17）如图，用橡皮筋将一小球悬挂在小车的架子上，系统处于平衡状态。现使小车从静止开始向左加速，加速度从零开始逐渐增大到某一值，然后保持此值，小球稳定地偏离竖直方向某一角度（橡皮筋在彈性限度内）。与稳定在竖直位置时相比，小球的高度（ ）

A.一定升高 B.一定降低 C.保持不变

D.升高或降低由橡皮筋的劲度系数决定

首先分析文字信息，抓关键字词句，试题的问题是“与稳定在竖直位置时相比”和“小球的高度”。

其次确定研究对象，分析物理运动过程及其受力，构建物理情境，画示意图。小球初始时“系统处于平衡状态”， 稳定在竖直位置即弹力等于重力，后来“加速度保持此值，小球稳定地偏离竖直方向某一角度”，水平方向是因为小球随小车一起水平加速的原因，但竖直方向依然静止，因此弹力的竖直分量依然等于重力，即橡皮筋伸长量的竖直分量不变，这样可以不用计算就可以判定选择答案A。

“一核四层四翼”是高考命题的指导思想题，关键能力和学科素养是重要的评价体系。我们通过建构物理模型地不断训练，提升学生的核心素养，从基本的收集有效信息能力，正确读懂题意，争取把思维的每一步都清晰化，提升大脑的概念转化速度与概念分辨能力，达到运用能力和分析综合能力的提升，最终实现“科学思维”关键能力的提升。

（作者单位：江西省南昌市第三中学）