高中物理模型的建构及教学方法探讨

王玲琳

【摘要】在物理学习中，通过模型的建构及运用，可以让学生对物理知识的本质有深度了解，促进学生科学思维发展.同时，学生在實践中也能更好地运用物理知识解决实际问题，强化学生的综合运用能力.本文就高中物理教学中模型构建教学方法进行全面分析.

【关键词】高中物理；模型构建；教学方法

在高中物理教学中，涉及的模型有很多，如弹簧模型、传送带模型、碰撞模型、小船渡河模型等.通过物理模型的构建，不仅可以让学生更好地掌握相对应的物理知识，还能指引学生灵活地把握物理模型本质，并学会用物理模型来解决相应的问题，在很大程度上提高了学生的物理学习效果[1].因此，在教学活动中，高中物理教师需要指引学生注重模型建构，并通过科学的方式来培养学生的模型构建能力，促使学生能灵活地运用模型学习、应用知识.

1 高中物理教学中培养学生模型构建能力的必要性

1.1 满足新课标对学生模型建构能力的要求

在《普通高中物理课程标准（2022版）》中详细阐述了高中物理学科的课程性质、课程目标、课程结构，同时也对学生的学习质量、教师教学过程作出了明确规定[2].从新课程标准看，培养学生的物理模型构建能力是高中物理教学的重要任务，模型建构属于科学思维的关键要素，学生在日常学习中，必须具备良好的模型建构能力，才可以逐步提升自身的科学思维素养，实现核心素养的发展.所以在平常教学中，高中物理教师必须通过科学的教学方法，稳步培养学生物理建模能力，并在此过程中强化学生的科学思想，让学生能学会问题模型化处理，降低学生解决问题的难度.

1.2 满足新高考对学生模型建构要素的考查要求

新高考越来越关注对学生综合素质能力的考查，模型建构属于物理学科很重要的内容之一，近几年高考物理中，关于模型建构要素的分值占比也逐渐提升.高考对高中教育具有很强的引导作用，教师在日常教学中必须充分了解到考试与教学之间的联系，才能做到以考促教.在近几年的物理高考试题中，特别强调与学生的生活情境联系，着重考查学生在真实情境下，物理模型的建构、应用能力[3].同时在不同背景、不同条件下，即便是相同的物理知识构建出来的模型也存在一定差别，很多物理问题的处理也需要多种模型组合的综合运用，这就对学生的物理模型建构能力提出了更高要求，这就需要教师在日常教学中灵活地采取多元教学方法来培育学生建模能力，促进学生综合素养的提升.

2 高中生模型建构能力培养现状

从当前高中物理教学实际看，在学生模型建构能力培养上还存在一些不足，其主要表现在：

第一，教师常常忽视了对学生物理模型的培养.在高中物理教学中，学生建模能力的培养情况与教师的教学能力具有十分紧密的关联，教师的教学组织情况不仅会影响到学生物理模型构建情况，还会关系到学生能否能灵活运用模型处理现实问题.从当前高中物理教学实际看，部分教师在课堂上会过于关注学生对物理定义、原理等的掌握情况，会将更多的注意力放在“授人以鱼”方面，忽视了“授人以渔”，没有指引学生如何构建物理模型，造成了学生难以对模型有良好的认知[4].

第二，学生对物理模型理解不透彻.从当前物理教学的现实情况看，很多学生对物理模型的认知停留在简单的概念记忆方面，并没有意识到物理模型在突出重点、化繁为简方面的作用.在实际学习中，有的学生难以充分理解近似、抽象、等效替代等方法，对物理模型更是缺乏全面认知难以准确地发挥出物理模型的作用.同时很多学生存在比较强的功利性思维，在学习中习惯于简单的记忆，而不愿意深度思考知识的前因后果，时间一长就会造成了学生缺乏独立思考能力，习惯被动等待知识，不利于学生模型思维的运用.

第三，缺乏依托生活构建的模型训练.物理模型的训练是需要在充足的生活化素材支撑下进行的，学生只有在真实的情境中才能真正地应用模型来处理问题，深化对模型的感知.近几年高考试题越来越关注生活化物理问题的处理，学生需要在解题中灵活地将生活问题转变成物理模型，然后再进行问题处理.但是在实际中，学生真正能做到这一点的很少，而教师也没有依据学生的实际生活来组织学生进行模型构建训练，导致学生物理模型运用经验不足，模型思维比较差.

3 高中物理模型建构教学方法探究

3.1 情境导入，增强模型建构意识

很多学生在物理学习中，虽然对物理基础知识有比较深刻的认知，但是很少关注到物理模型，学生构建的知识体系也相对比较单一，导致其遇到一些灵活多变的问题时，就会出现不知所措的情况.对此在高中物理教学实践中，教师可以尝试使用情境导入的方式，借助具体的模型、道具、实验等，构建特定的情境，在情境中引出相对应的物理模型，增强学生的模型意识，同时也为学生模型构建创造良好的条件，提升学生的模型建构能力[5].

例如 以“圆周运动”教学为例，教师在课堂教学中可以借助信息化手段，为学生呈现一些生活中比较常见的圆周运动现象，如过山车、滚筒洗衣机、杂技演员在圆轨道内骑摩托车等，借助趣味形象的情境来吸引学生的注意力.随后教师让学生对以上现象进行讨论，寻找上述运动比较相似的点，学生经过思考意识到这些运动的轨迹都是在一个竖直面的圆中进行，属于“竖直面内的圆周运动”模型，初步培养了学生的物理模型意识.接着教师引入话题，要求学生对案例中，物体运动到最高点、最低点时的受力情况进行分析，并引领学生归纳其共同点.学生经过分析，发现要让物体在竖直轨道内做完整的圆周运动，需要在最高点满足mg=mv2R的条件.通过总结，学生对圆周运动模型有深层次的认知，当学生遇到类似问题时，就可以考虑利用竖直面内圆周运动模型进行处理.

3.2 回归生活，感受建模过程

物理学科是自然科学的重要部分，其研究范围十分广泛，大到宇宙星空，小到基本微粒.物理学科不仅强调科学、理性，还是研究物质一般运动规律、物质基本结构的课程，与学生的日常生活有十分紧密的关联[6].物理模型的构建需要日常生活素材的充分支持，而高中物理教师在课堂教学中，为了引领学生能学好模型构建方法，还需要从学生的现实生活入手，结合学生的实际生活内容，有的放矢，引入生活现象，让学生能充分抽象出物理模型，并亲身体会物理模型的构建过程.

例如 以“自由落体运动”为例，教师在教学过程中可以先引出一些比较常见的生活现象，如树上的落叶飘下、果实成熟后落到地上、屋檐滴水等，让学生对这些现象进行充分观察，并结合自身的生活经验，归纳这些现象的共同特性.随后教师给出学生话题“重的物体必定比轻的物体落下速度快”，要求学生根据话题开展实验探究活动.学生在实验中可以发现空气阻力会影响到物体下落速度，在此基础上，教师引导学生思考理想自由落体运动模型的构建.同时还可以给学生提供牛顿管，让学生尝试将牛顿管内部的空气抽出，形成真空状态，帮助学生能完成理想自由落体运动模型的构建.

3.3 任务驱动，体验模型构建过程

高中物理教师在课堂教学中，为了更好地培养学生的建模能力，教师还可以采取任务驱动教学方式，结合具体教学内容，为学生设置明确的任务，并让学生通过小组合作的方式，共同完成任务，充分感受物理建模的过程[7].教师需要结合具体的教学内容，精心设计任务，充分发挥任务驱动的引领作用，鼓励学生借助小组力量开展问题分析、讨论、处理等活动，让学生能真正地感受到建模的趣味性，从而自觉地树立物理建模意识[8].

例如 以“利用打点计时器研究自由落体运动下落特点”为例，教师可以为学生提供相应的实验器材，然后要求学生通过小组合作，结合教材知识，通过操作，对自由落体运动进行解释，构建出相应的模型.在任务驱动下，各组学生都可以构建出“自由落体运动属于加速直线运动”的模型，并且学生通过数据分析处理，还可以得出“自由落体运动是初速度0m/s，加速度是g的匀加速直线运动”模型.为了深化学生的认知，教师可以让学生利用图象法进行数据信息的处理，借助图象、同伴讨论，能让学生的讨论过程更加顺利，学生对自由落体运动的模型也会产生全面认知，提升学生科学探究及模型建构能力.

3.4 典型题目，强化模型构建训练

高中物理教师在培养学生的物理建模能力时，还需要注意，不能只关注学生的理论知识学习状态，还需要设计一些典型的题目，让学生能在训练中增强自身的建模意识，强化自身的建模水平.在平常，高中物理教师要结合学生的学情、教材内容等，关注习题的调整，利用习题强化学生所学知识的前后关联，便于学生充分把握题目内容、物理模型之间的联系，能在训练中不断提高建模水平[9].

例如 在“弹力”的教学中，弹簧是很常见的研究主体，为了帮助学生充分掌握弹簧问题的处理，教师就要关注学生弹簧模型的构建状况.在具体教学中，教师可以从受力、能量两方面出发.关于受力，弹簧既可能受拉力，也可能受压力，还要注意拉伸长度、压缩长度一样时，产生的弹力等大反向.同时弹簧产生形变，需要一定时间，这也表明弹簧的弹力无法突变.关于能量，弹簧属于一种比较特殊的能量存储装置，物体给弹簧施加压力时，弹簧可以将能量存储起来，弹簧恢复原状时，就会释放能量.在不考虑摩擦力的情况下，弹簧能在保持物体能量不变的情况下，改变物体运动方向，如在一个光滑的水平上，物体以某个速度向左压弹簧，弹簧在恢复以后，物体会以原来的速度向右运动.随后教师指引学生作出总结，并构建光滑水平面的弹簧模型，为后续类似题目的处理提供一种解题思路，增强学生的物理模型观念，培养学生核心素养.

4 结语

综上所述，高中物理课堂教学中通过模型构建，能让学生更加深层次地把握物理知识本质，推动了学生的核心素养发展，促进了学生的综合成长.所以在实践中，物理教师需要结合学生的发展所需，采取科学的教学方法培育学生建模能力，促使学生能充分利用模型学习知识、内化知识，并且能在现实问题中抽象出相对应的物理模型，实现对现实问题的科学处理，为学生的综合成长提供指引.

参考文献：

[1]李瑞.物理模型在高中物理中的应用——以竖直平面内圆周运动为例[J].数理化解题研究，2022（07）：125-127.

[2]王建岗.新课程改革下高中生物理模型能力的培养策略[J].教学管理与教育研究，2021（14）：94-95.

[3]陆玫琳，桑芝芳.高中学生物理模型建构能力发展趋势分析[J].物理与工程，2021，31（02）：69-78.

[4]高立雪，孙亚明.深入建构物理模型 激发学生科学思维——以“滑块—木板”模型为例[J].数理天地（高中版），2022（24）：48-50.

[5]王君.高中物理教学中物理模型的作用及构建策略[J].數理天地（高中版），2023（02）：8-10.

[6]肖祥清，罗华权.基于模型建构视角的高中物理教学设计比较研究——以“探究连接体问题”教学设计为例[J].中学理科园地，2022，18（02）：78-82.

[7]陈玉梅.浅论高中物理教学中物理模型建构教学的策略探析[J].中华活页文选（高中版），2022（13）：141-143.

[8]何尔松.高中物理模型的建构及教学方法[J].数理化解题研究，2022（12）：77-79.

[9]易立华.高中物理教学中学生建构物理模型能力的培养[J].新教育（海南），2022（10）：56-57+66.