高中物理教学建立物理模型的重要性和有效方法研究

【摘 要】高中物理知识抽象且复杂，部分学生感到物理学习十分困难。高考试题中，出题者往往创设新情境，联动各知识点进行综合性考查。教师在物理教学中应当建立物理模型，引导学生透过现象看本质，将问题直观化、简单化，抓住主要因素进行分析。因此，要让学生掌握建立与应用物理模型的方法，将理论与实际相结合，在实际问题中建模，了解问题核心，排除干扰，提升学生物理学习能力，为其后续学习新知识以及正确解题打下良好基础。

【关键词】高中物理;物理模型;重要性;有效方法

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2021）16-0031-02

在高中物理学习中，单个物理知识点往往并不复杂，最为困难的是知识点的融合运用。在高中阶段，物理教师最重要的教学任务是培养学生的思维能力和自主学习习惯，让学生理解物理的本质，并能够顺利解决问题。因此，教师需要在教学中引入物理模型的构建，根据不同情况选择不同类型的物理模型，让学生熟练掌握理论知识，并从题目创设的情境中自主探索，进而加强对物理的学习与探究。

1   高中物理教学中建立物理模型的重要性

1.1  简化研究对象，便于学生理解

一些物理知识抽象难懂，其应用也非常复杂，常常有多个研究对象和初始条件，选取不同的研究对象和不同的条件，可能出现截然不同的研究结果。尤其在高中物理的学习中，学生在解题时容易陷入纠结的境地，不知道如何权衡、选取出最合适的研究对象和研究角度。模型作为物理学的研究对象，不仅高度抽象，且具有较强的代表性，如一个电子、一辆车、一个人，都可以在合适的条件下简化为一个质点。教师在教学中渗透建立物理模型的思想，能帮助学生简化问题，采用理想化的方式分析已知条件中的主要因素与干扰因素。

如理想化物理建模法就可以将研究对象或物理过程简化。学习人教版高中物理必修一中的“摩擦力”一章时，会遇到车辆在各种复杂情况下行车、各阶段受力不同的问题，这些问题的解决要求学生能够分析各阶段的受力情况，并画出摩擦力方向，计算摩擦力大小。如果学生直接思考，便会被生活经验及题目中的复杂情况扰乱思路，造成知识混淆。这时，教师应引导学生将车辆看作一个整体，忽视车辆内部驾驶员和车轮的受力情况，将车辆整体理想化地看作一个质点，对这个质点的重力、摩擦力、支撑力等展开分析，找到地面对车辆的反作用力，比对静摩擦力与动摩擦力的定义进行判断，从而顺利得到摩擦力的大小及方向，在图中以车辆质心作为受力点标出摩擦力方向。

1.2  锻炼学生物理思维能力

物理建模作为物理学习中的重要思考方法，其本质是锻炼学生的思维能力，让学生具备基本的物理素养。在物理教学中建立物理模型，是为了让学生通过学习物理建模的方法，形成透过现象看本质的能力，并在生活中也能透过现象思考其中蕴含的物理知识，用物理思维看待问题，将物理知识内化。教师应当引导学生自主建模，思考选用何种方式建模、如何建模，這一过程是学生独立思考分析、创新方法的过程，在这一过程中，学生能不断提升自身的物理思维能力[1]。

同样以上文提到的分析车辆摩擦力为例。理想化物理建模是最佳建模方法，但学生也可以自行尝试科学抽象法建模。将车辆从行驶路面隔离开，忽视地面对车辆的影响，此时车辆仅存在重力和行驶方向上的合力。有了路面支持后，则存在路面对车辆的支持力及由此产生的摩擦力。这样学生就更能够理解路面的摩擦系数与支持力的本质，以及二者对车辆所受摩擦力大小和方向的影响。在这一过程中，学生能发现，对于这种题型，科学抽象法不如理想法实用，将车辆整体看作一个质点是最便捷的建模分析方法。学生能自我总结经验与技巧，在日后遇到类似情况时能够选择高效、实用的建模方法。

2   高中物理教学中建立物理模型的有效方法

2.1  挖掘生活素材，引入物理建模思想

物理来源于生活，也应用于生活。教师在课前备课时，首先要深入分析教材的理论知识与例题，找出与物理建模紧密关联的生活素材，并归纳整理。接着，教师要合理制定教学计划和教学内容，考虑什么样的生活素材最能够被学生接受和理解且最适合作为例题引入物理建模方法。教师还应结合高中生的年龄特点与性格特征，选取既能够激发学生学习兴趣，又能够与理论知识讲解紧密联系的素材。此外，教师要预设学生的课堂反应，根据实际情况及时调整教学策略，以达到更好的课堂教学效果，寓教于学，培养学生物理建模思想。

学生从小就接触光与光线，对光的折射、反射现象非常熟悉，也能够熟练地运用相关知识，如有些学生经常会用镜子将阳光折射至教室天花板。在学习光的波动相关知识时，教师应当抓住这一点，自然地引入生活中光的现象，让学生对光的波动性、光具有粒子性产生更深刻的认识。学习微观粒子时，教师可以利用类比的思想，构建起微观粒子与光之间的联系，为后续物质波模型的学习打下基础。

2.2  及时巩固强化，总结技巧经验

一味地学习新知识而不注重复习巩固，容易导致学生只记得刚学过的内容，而忘记之前所学过的知识。所以，教师应当认真设计作业的形式与内容，合理布置家庭作业。

内容上，作业既要尽可能地让学生巩固所学物理知识，考查学生对所学知识的掌握情况，又要让学生不断使用学过的物理建模方法，巩固对物理建模方法的应用。学生在不断练习中，能够根据不同题目建立物理模型，找到自己应用不熟练的地方，并及时寻求指导。同时，学生也能够找寻一些规律，总结出适合自己的建模技巧和经验。形式上，教师应当突破传统练习题形式，创新作业形式，如小组合作、调研报告等形式，让学生能巩固所学知识以及物理建模方法。

2.3  鼓励学生自主创新建模方法

教师应鼓励学生积极创新，探寻新型的建模方法，营造轻松、友好的课堂氛围，提升学生的学习体验。对同一种题型，有时可以采取多种物理建模方式进行简化，这时教师不应当直接告诉学生最优的建模方式，可让学生以4—6人为一组，开展小组讨论。让学生提出自己认为最合适的建模方法，从而产生不同思维的碰撞，让学生在彼此的交流沟通中得出最优建模方式。在这个过程中，甚至可能会出现比教师所选择的建模方法更加优秀、便捷的建模思想。再由教师带领全班学生集体讨论，尽可能地锻炼学生的自主创新能力。

2.4  注重实践与迁移能力

一切理论知识和物理建模方法都需要投入实践，教师也应培养学生的知识迁移能力。如在学习“平抛运动”时，由于这部分知识相对简单，学生能够迅速掌握。进入人教版高中物理选修3“带电粒子在匀强磁场中的运动”的学习时，教师应当运用等效替代的建模思想，让学生将平抛运动相关知识迁移至“磁场”学习中，将带电粒子的运动等效替换为平抛运动，从而简化新知识，提升学习效率。

3   高中物理教学中建立物理模型的注意事项

3.1  物理模型的建立应遵循合理性原则

教师在教学中引入物理建模方法时，一定要注意合理性原则。尽管高中生的心理、生理都相对成熟，但其思维方式与教师还是存在一定差异[2]。同时，新时代的学生对新鲜事物充满好奇，会积极讨论特别感兴趣的内容，可能会导致课堂秩序混乱、课堂重点偏移，打乱教师的教学计划，影响教学进度。

教师还需要换位思考，从学生的角度出发，建立既符合教学要求，又能保证教学质量的模型，使学生跟随教师的引导学习核心知识。此外，教师也要注意物理模型的建立是一种辅助教学的方式，而不是教学重点。教师在课堂中不能花费过多时间用于建立物理模型，否則会忽视对教学重难点内容的系统性讲解，导致本末倒置。

3.2  打破思维定势，学习知识本质

虽然利用物理建模思想学习物理知识有很多好处，但是建立物理模型并不是学习物理的唯一方法，一味地注重物理建模可能使学生形成思维定势，在解题时过分追求物理模型的构建，或是看到类似情况，不加思考地直接套入物理模型，而忽视题目细节或创新处，出现不必要的错误。这样不仅难以发挥物理建模的作用，反而限制学生的思维，导致学生在遇见全新情境时，容易陷入死板建模的思维定势，缺乏独立思考的能力与创新意识。

教师和学生都需要明确，引入物理建模的本质是为更好地帮助学生理解复杂多变的物理知识，锻炼学生的物理思维能力。物理学习的本质是掌握并在生活中运用知识，教师应当引导学生思考，鼓励学生学以致用。

总之，高中物理学习有一定难度，教师需要采用合理的教学方法，以达到良好的教学效果。在教学中引入物理建模思想，可帮助学生理解并掌握所学的知识，简化复杂条件，排除干扰项，直击问题核心。教师要利用教学各环节展开物理建模思想教学，提高教学质量，让学生学会建模，形成基本的物理思维和知识体系，为今后的学习、生活、工作打下坚实的基础。

【参考文献】

[1]张灯红.浅谈高中生物理建模能力的培养策略[J].文存阅刊，2020（8）.

[2]张启杰.基于问题解决下高中物理模型教学的实践分析[J].考试周刊，2020（55）.

【作者简介】

赵瑞（1978～），女，汉族，安徽宿州人，本科，中学一级教师。研究方向：高中物理教学。