以模型建构落实智慧课堂，培养高中生的科学思维

胡伟峰 郭红

【摘要】  “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。”以模型建构落实智慧课堂，是培养高中生科学思维的重要支撑，落实着培养学生科学思维的重任。

【关键词】  模型建构 智慧课堂 科学思维

【中图分类号】  G633.7           【文献标识码】  A 【文章编号】  1992-7711（2019）05-047-01

2017年版《普通高中物理课程标准》这样描述科学思维：“从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化;是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质。“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。”模型建构是智慧课堂的的重要支点，落实着培养学生的科学思维的重任。

物理模型贯穿整个高中物理教学，课堂要突出物理建模意识。

一、模型是对实际问题的抽象

为了形象、简捷的处理物理问题，人们经常把复杂的实际情况转化成易接受的、简单的某种物理情境，从而形成一定的经验性的基本模型，这就是常说的“物理模型”。物理模型在高中物理灵活应用中应用非常广泛。

二、中学物理模型一般可分三类

物质模型：可分为实体物质和场物质。实体物质模型有力学中的质点、轻质弹簧、弹性小球等;电磁学中的点电荷、平行板电容器、密绕螺线管等;气体性质中的理想气体;光学中的薄透镜、均匀介质等。场物质模型有如匀强电场、匀强磁场等都是空间场物质的模型。

状态模型：研究流体力学时，流体的稳恒流动（状态）;研究理想气体时，气体的平衡态;研究原子物理时，原子所处的基态和激发态等都属于状态模型。

过程模型：在研究质点运动时，如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动、平抛运动、简谐运动等;在研究理想气体状态变化时，如等温变化、等压变化、等容变化、绝热变化等;还有一些物理量的均匀变化的过程，如某匀强磁场的磁感应强度均匀减小、均匀增加等;非均匀变化的过程，如汽车突然停止都属于理想的过程模型。

三、物理建模贯穿整个高中物理，是构建智慧课堂的法宝

所谓建模，就是能运用科学思维的方法从定性和定量两个方面，对相关的问题进行科学的推理找出规律形成结论，具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述解释，能从不同的角度去思考问题。学生在老师的引导下，能从现实生活中把一类物理现象，从定性到定量两个方面把生活中的物理问题进行抽象概括，用物理语言把共性描述出来，升华到最简洁的物理原型，就达到了物理建模过程，建模过程是学生获取方法掌握智慧的重要支点。

四、如何实现建模

通过设计教学活动，培养学生的建模意识。可以把教材中一个个物理事件，让学生通过观察体验，用掌握的数学、物理知识，把这些动的情景转化成一个个分析图，这样完成从文字转化为分析图的过程，就是建模前的信息翻译。

这个信息翻译，是学生动手动脑将物理过程抽象成一个物理画面，再简化成分析图（受力图、运动图、切面图、过程图等），构建这个分析图就是实现这种建模的一个着脚点。这个过程可增加学生对物理现象的感知能力，加深对这种物理现象的理解，同时呈现和提炼物理本源的过程。

比如《生活中的向心力》这节课，同学们对“圆周运动”这个模型认识模糊，主要是“向心力”这个是力又不是力的概念理解不到位，那在课堂教学时就应该用大量的事例来让学生体验到向心力来源不一，同时突出向心力的效果性。

可以设计大量的探究活动：“汽车在水平面拐弯、在倾斜的路面拐弯、汽车在拱形桥做圆周运动、圆锥摆”等，这些物理情景都可以在课堂上通过现场模拟、播放视频展示高清照片等重現，让学生从原始素材入手，画出它的简洁模型图，再通过这些模型图来突出轨道平面，找出圆心、确定半径，根据牛顿第二定律的合外力与加速度方向一致，来找到向心力来源。在大量的实例下，学生对向心力这一效果力理解就会比较到位。而物体作部分圆周运动可近似的视为“匀速圆周运动”，利用“匀速圆周运动”这个模型，就能解决碰到的类似问题了。“匀速圆周运动”模型建立了，就能解决碰到的类似问题，以后绳（杆）球模型、天体运动、带电粒子在磁场中的偏转等知识点，圆周运动这个物理模型就再次重现，教师把几类问题一起设计课堂，突出圆、圆心、半径、周期、向心力的来源等核心问题，圆周运动的多元化就得到了统一升华。

建模就是剥茧抽丝、突出本质的思维过程，通过简单的模型，培养了学生的建模能力，到以后复杂的模型就能触类旁通，具备有初步的建模能力。

五、物理模型如何应用

每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围。学生在学习和应用模型解决问题时，要弄清模型的使用条件，要根据实际情况加以运用。

比如一列火车的运行，能否看成质点，就要根据质点的概念和要研究的火车运动情况而定，在研究火车过桥所需时间时，火车的长度相对于桥长来说，一般不能忽略，所以不能看成质点;在研究火车从北京到上海所需的时间时，火车的长度远远小于北京到上海的距离，可忽略不记，因此火车就可以看成为质点。以后每次碰到点电荷等模型就回顾这类模型的共性，突出方法论——“抓主要因素、忽略次要因素”，学生以后解决真实问题，就会有化繁为简的意识。

学物理的好处之一就是“能从不同角度思考问题，从最简洁的方式认识问题，直奔本质”——这就是模型教学对学生终身的科学思维潜移默化的作用。

智慧课堂，是教师教学理念的呈现形式，是学生获取知识启迪智慧的舞台，是师生智慧交融的聚集地。模型建构是实现智慧课堂的有效措施，也是培养高中生科学思维的重要支撑点。

[ 参  考  文  献 ]

[1]《普通高中物理课程标准》（2017年版）人民教育出版社.

[2]《物理模型》百度百科.