高中物理教学中学生建模能力的提升策略

刘华博

【摘要】在高中物理教学中关注学生建模能力的培养可以帮助学生更好地分析、解决物理问题，能强化学生的物理学习效果.建模能力属于学生物理综合能力的表现，在实际教学中，高中物理教师应该结合学生的具体情况，采取多样化的教学方式来增强学生的建模意识，提高学生的建模能力，让学生能更加高质量地完成物理学习.

【关键词】高中物理;建模能力;提升策略

在高中物理学习中，涉及到的模型有很多，如传送带模型、弹簧模型等，通过物理模型的建立，能帮助学生更加快速、准确地处理物理问题，有助于学生知识内化.高中物理教师在日常教学中，需要特别关注学生物理建模能力的培养，强化学生的建模意识，促使学生能借助建模更加高质量地处理物理问题，优化学生物理学习活动.

1 高中物理教学常见的模型

在高中物理教学中，常见的物理模型主要包括：（1）对象模型.这是一种理想化的物理模型.在现实中，由于真实情况相对比较复杂，教师在引导学生用物理知识对现实问题进行分析处理时，会让学生通过忽视风的阻力、空气阻力等抽象性条件，达到理想状态模型，代替原来的实物.

（2）过程模型.这种模型主要是对物体的变化过程、变化规律进行归纳.在建模中需要将物体真实状态下发生的变化假设成理想状态，如理想状态下的物体自由落体运动、理想状态下的气体等压变化.

（3）条件模型.这种模型是对物体理想化状态的主要条件进行研究，如忽视绳子质量、忽视物体表面摩擦力等，让问题变得更加简单.

（4）理想实验模型.在开展物理实验时，经常会有很多因素对实验活动造成影响，而通过理想实验模型设计，能对限制条件进行理想化处理，从而让实验变得更加合理.

2 高中物理教学培养学生建模能力的意义

物理学科是高中教育中的重要课程，其涉及到的知识内容相对比较复杂、广泛.高中生面对这些抽象复杂的内容时，经常会出现不知道如何学习的情况，可以说物理学科对学生来说既是挑战，也是考验.

在物理课堂上，学生会出现因为不懂问题而无法跟上教学进度的情况，教师在课堂上单纯地给学生口头讲解知识，学生理解难度极高，这就会出现“恶性循环”的情况，学生不懂的问题也会逐渐增多.而物理建模则可以将抽象复杂的物理情境通过形象化的方式呈现出来，这样学生就可以在学习中更好的抓住问题本质、规律，实现简化问题、高效学习.因此在高中物理教学中，关注学生物理建模能力培养具有十分重要的意义.

一方面，通过物理建模可以让学生在物理问题解决中，用简单的方式处理复杂的问题，这样学生就能更加准确地抓住问题本质，有助于学生物理学习效果提升.高中物理学科本身具有较强的抽象性，物理教材中的问题对学生来说难度比较高，教师只是口述很难让学生理解、想象题目中所描述的内容，学生在学习中听不懂又会降低其学习积极性，这也就影响到课堂教学活动的顺利推进.在这种情况下，无论教师是继续讲解新知识，还是重复讲解过去的知识，都会让学生感觉很困难.通过物理建模，则可以让问题更加清晰地展现到学生面前，有助于学生深层次把握物理原理，促进了学生吸收、内化知识.

另一方面通过对学生的建模意识、建模能力进行培养，能促进学生物理思维、物理习惯的养成，有助于学生实际问题解决能力的提升.同时，在高中物理教学中，通过培养学生建模能力，还可以让学生在解决问题中不需要根据自己的经验去猜想、推断，而是对问题进行简化处理，忽略不必要的次要条件，结合实际来做到问题理想化处理，将现实问题转变成了理想的物理情境，学生可以更加准确地获取结果.

在高中物理教学中，通过培养学生的建模能力，能让学生更加灵活地应用物理知识，对于学生物理核心素养提升十分有利.

3 高中物理教学中培养学生建模能力的策略

物理课堂是学生获取物理知识的重要平台，教师在实践教学中，不仅要引导学生获取相应的物理知识，还需要指引学生开展物理建模，并且要给学生创造机会，让学生尝试自己建模，在建模中对问题进行分析、思考，促进学生物理学习水平提升.

3.1 在概念规律教学中示范建模

高中物理教材中涉及到的很多知识点都比较抽象，并且涉及到诸多物理规律，如自由落体、平抛运动、弹性碰撞、质点等.教师在课堂上要指引学生构建清晰的物理模型，把握物理模型成立的条件、特点，促使学生可以在实际情景中构建物理模型，实现复杂问题简单化处理.

例如 在質点概念教学中，质点是高中生在物理学习中的一个理想模型，学生在学习中需要明白为什么引入质点概念、什么研究对象可以看做是质点、在生活中是否有质点存在等问题.

在实际中，研究对象是一个很复杂的存在，学生在研究问题时，需要将一些不重要的因素忽略，抓住问题主要因素，将复杂的研究对象看做是没有体积、不占空间，具有质量的点，也就是质点.

在课堂上，教师可以借助实例帮助学生理解应用质点模型.如地球在围绕太阳进行公转时，地球是否可以看做质点？地球在自转过程中能否看做是质点？在研究乒乓球运动轨迹时是否能将其看做是质点？在研究乒乓球运动的旋转情况时是否能将其看做质点？通过这样对比分析，可以让学生更好地理解质点模型的成立条件、质点模型特征，能改变学生“小物体可以看做质点，大物体不能看做质点”的错误思想.

例如 在平抛运动教学中，平抛运动是高中物理教学中比较典型的过程模型，在课堂上教师可以通过探究式教学方式，指引学生可以亲身体验平抛运动模型的形成过程，让学生能对平抛运动模型的核心特点，即在水平方向匀速运动，在竖直方向保持自由落体运动;在处理平抛运动模型时可以通过化曲为直的方法有深刻的认识.

教师要借助一些实例引导学生理解，如在射击比赛中，靶子与枪处于同一水平高度，子弹朝着靶子水平射出的过程中，靶子自由下落，忽略空气阻力，问子弹是否可以命中目标.在这个实际情境中，学生需要考虑以下问题：在整个过程中研究的主要对象是谁？在整个运动过程中是否能将靶子和子弹看做是质点？理想条件是什么？这些条件对子弹及靶子运动会带来什么影响？子弹与靶子分别在做什么运动？如何分解子弹的运动？子弹两个分运动之间有什么关联，与靶子运动有什么关系？通过这样的思考，可以帮助学生更加精准的构建物理模型，能加深学生对平抛运动模型的认知.

3.2 联系生活培养学生建模能力

物理学科与学生的现实生活具有十分紧密的关联，不管是从物理知识起源、发展的角度看，还是从物理学科的形成、服务功能看，物理都与社会生活紧密相关.

高中生在物理学习中对物理模型是比较陌生的，特别是在刚进入高中阶段，学生经常会遇到不知道用什么展现物理问题的情况.所以高中物理教师在实际教学中需要指引学生深挖物理学科与现实生活之间的关联，结合生活中的物理现象来培养学生的建模水平.在课堂上，高中物理教师要注意为学生构建熟悉的生活环境、社会氛围，指引学生创建物理模型，处理相应的物理问题，促进学生对知识技能的理解.

例如 在“能量守恒定律”教学中，为了深化学生的理解，让学生意识到能量不会凭空出现，也不会无缘无故地消失，能量只会从一种形式转变成另一种形式，或者是从某个物体转移到另一个物体上，在整个转化过程中能量总量是不会发生变化的.

教师可以在教学过程中借助实际案例指引学生思考探究，如有的学生提出在乘坐电梯时，自己并没有出力，却到了高的位置，能量因此而增加.教师对于学生的观点不需要急于否定，可以鼓励学生对此进行讨论，有的学生表示这个观点是错误的，虽然在坐电梯的过程中重力势能有了增加，但是电梯是由电能驱动马达工作，是电能转变成了重力势能，符合能量守恒定律.通过这样的生活化引导，更容易让学生理解相关知识点，有助于学生对能量转化模型有深入感知.

3.3 简化问题培养学生建模能力

物理学科的难点之一在于其本身的抽象性很高，很多学生在面对复杂的问题时，不知道如何建立物理图景.所以高中物理教师在日常教学过程中，必须关注学生的物理思维、学习思路，要培养学生简化问题的能力，为学生物理问题处理打下良好基础.具体来说，在高中物理教学中教师可以指引学生通过物理模型，对原来抽象的物理问题进行呈现.

在以往的高中物理教学中，教师过于强调学生对理论知识的记忆，导致学生对知识缺乏深入感知，在这种情况下学生解决物理问题时难免会遇到各种困难.所以教师需要指引学生深层次获取知识，借助建模的方式来理解应用物理知识点.

例如 在“分子动理论”中，教师如果只凭借口头描述让学生理解分子间的作用力，学生会感觉很抽象，记忆不深刻，如果遇到其他比较相似的知识，很容易出现记忆混淆的情况.对此教师就可以借助轻弹簧模型引导学生学习，在一个两端连着小球的轻弹簧上，将小球看做是相邻分子，弹簧的弹力就是两个“分子”的作用力，通过形象化的模型放大微观现象，可以让学生更加轻松地理解应用知识，这对于教学效果的提升十分有利.

3.4 关注科学思维培养学生建模能力

科学思维是物理研究中比较重要的思想观念，也是影响学生建模能力的关键要素.很多物理模型都是建立在科学思维基础上的，而在实践中人们通过科学思维分析问题时也会用到物理模型，所以高中物理教师还需要在平常教学中特别注重学生科学思维的培养，借助科学思维强化学生物理建模水平，这样学生在处理物理问题时，就可以在科学思维引导下快速分析建模，实现对问题的处理.

在高中物理学习中，学生经常会接触到“理想化处理”这种思维方式，并且也因此产生了很多模型，如在实验中的细腻光滑平面、不计质量的轻绳、运动中不考虑空气阻力的自由落体运动、忽略阻尼震动的简谐运动等.在物理学科中，关于理想化处理的案例有很多，教师在日常教学中需要指引学生树立相应的科学思维，深入体会物理模型构建过程，指引学生掌握正确的物理模型构建方法，借助模型来把握物理学科本质，促进学生物理学习效果的提升.

4 结语

在高中物理教学中，关注学生建模能力的培养对于提高学生物理解题能力、物理学习成绩有极大帮助，同时建模能力的培養还可以促进学生物理核心素养的提升.

在平常教学中，高中物理教师应该将学生建模能力的培养看做是教学活动的重要任务，在引导学生获取物理知识的过程中，关注学生建模能力的培养，并组织学生开展相应的建模训练，引导学生做好建模总结，逐步提高学生的建模水平，为学生的综合发展奠定基础.

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