重视高中物理建模 提升学科核心素养

江丽芳

摘 要：物理学科的核心素养包含：物理观念、科学思维、实验探究以及科学态度与责任。其中“模型建构”就是物理学科中的一项重要科学思维能力。

关键词：核心素养;思维能力;模型建构

通过物理学习培养学生带有物理学科特性的品格和能力，是物理学科素养的指向。物理学科的核心素养包含：物理观念、科学思维、实验探究以及科学态度与责任。其中“模型建构”就是物理学科中的一项重要科学思维能力。

在高中物理教学中重视建模能力的培养，可以尝试有以下几点操作。

一、重视教材经典物理模型的构建过程

高中物理教材中有许多经典物理模型，每一个模型的建立都有一定的条件和使用范围。在教学中一定要重视模型的建构过程，让学生充分體会为什么一个具体问题要抽象成一个模型，把具体问题中的次要因素忽略后产生什么影响，抽象成模型后对解决问题起到什么作用，什么条件下才可以忽略那些次要因素。经历这样的建模过程，学生对于物理模型的认识和体验是立体的，能比较有效地让学生辨析实际问题与抽象模型的差别。

例.秋日，树叶纷纷落下枝头，其中有一片梧桐叶从高为5m的枝头自静止落至地面，所用时间可能是（）

A.0.1s B.0.5 s C.1 s D.3 s

分析：学生在经历“自由落体”模型的建立过程后，才能辨析这个实际模型与理想化模型的差别，实际上树叶受的空气阻力与重力相比较不能被忽略，所以本题中树叶的这个下落不能当作“自由落体”运动，实际下落的加速度小于重力加速度，所以落地的时间大于1s，所以选项D正确。

二、在物理规律的应用中引导学生善于归纳总结物理模型

在物理规律的应用中，会碰到许多同类的问题及其变式，加以归纳总结，也可以当作是一类物理模型。并且学生在理解这类原始模型的基础上，当条件发生变化时更容易进行迁移使用。而模型的建立也方便学生对所学知识的整合。建模、迁移与整合能力都是物理学科素养的重要目标。

比如研究竖直平面内圆周运动的临界条件时，把这类问题当作一个物理模型来看，可以让学生更全面地了解这类问题的共性与多样性：临界条件的共性是接触面上的弹力恰为零，而多样性表现为弹力的种类和方向的不同，有绳子的弹力、杆的弹力及轨道的弹力，可综合为两个基础模型：“绳物模型”和“杆物模型”（如图1）。

再把上述两个只受重力和弹力的情况当作原始模型，学生在理解的基础上还可以进行迁移，比如可以变换为在光滑水平面上加一个水平匀强电场产生的恒力来替代原模型中的重力这个恒力（如图2为水平面上的俯视图），或者在竖直平面内除重力外再加一个电场力或洛仑兹力等其他力的情况下（如图3和图4），学生也能针对具体问题分析出临界条件。

解答此类问题题需要挖掘出恰能通过圆形轨道的最高点所隐藏的隐含条件，就是对轨道无压力，然后具体问题中分析此时提供向心力的是哪些力，则能比较顺利解答。

这类模型很多，教师多加引导，能使学生解决问题更有方向，从而增强学生学习物理的信心。同时，可以培养学生在生活和学习中做个有心人，善于总结和归纳，注意条件和变化，

三、在解决实际问题中培养学生建模意识

通过建模教学，尽可能地培养学生的建模意识，使他们能在新的、不同情境中甚至有些令人困惑的情景中找到对应的能解决问题的物理模型。

有一类物理问题来自真实的生活情景，学生在审题时不能一下子找到相应的物理问题是什么，也就无法用相应的物理知识去解决问题。学生想要解决问题，就离不开对想象进行综合的分析，自己通过假设、抽象等手段自行设置需要的物理量，构建模型，然后解决问题。

例.（2018年11月浙江省学考试题第11题）小明在观察如图所示的沙子堆积时，发现沙子会自然堆积成圆锥体，且在不断堆积过程中，材料相同的沙子自然堆积成的固锥体的最大底角都是相同的。小明测出这堆沙子的底部周长为31.4m，利用物理知识测得沙子之间的摩擦因数为0.5，估算出这堆沙的体积最接近：

A.60m2 B.200m2

C.250m2 D.500m2

分析：为了解决这个问题，需要联系相关物理知识，建立相应的物理模型，即斜面最大静摩擦力问题。

综上所述，在高中物理教学中，教师应重视对学生建模意识的培养，要让学生学会如何从自然生活、生产和物理实验中，抓住主要问题，忽略次要因素，建立起物理模型，然后应用物理模型的特点或规律分析解决问题。这样，学生才能在解决物理问题时清晰地构建出情景条件下的物理模型，迅速找到解决问题的方法，从而达到培养学生灵活思变、创造性思维能力及创新意识的形成，更是实施核心素养教育的一个重要举措。

参考文献

[1]余文森.核心素养导向的课堂教学.上海教育出版社[M]，2017

[2]廖伯琴，张大昌.物理课程标准（实验）解读.湖北：湖北教育出版社，2004