孫淼

摘 要：高中物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，具有較高實(shí)踐性與交叉性的學(xué)科，重視知識(shí)的選擇性與基礎(chǔ)性，構(gòu)建物理模型是高中物理教學(xué)中常用的教學(xué)方法，不僅能夠讓復(fù)雜的知識(shí)變得純粹化與簡(jiǎn)單化，還有利于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)與積極探索物理知識(shí)。在高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的建模思想與建模能力，有助于幫助學(xué)生通過(guò)構(gòu)建物理模型學(xué)習(xí)知識(shí)、解釋事物與解決問(wèn)題。本研究在分析高中物理教學(xué)中學(xué)生建模思想及建模能力的培養(yǎng)時(shí)，首先分析高中物理教學(xué)中學(xué)生建模思想的主要內(nèi)容，研究培養(yǎng)學(xué)生建模思想的重要性與必要性，然后，針對(duì)學(xué)生建模能力提出培養(yǎng)方法，具體是指引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型、通過(guò)例題講解的方式利用物理模型、設(shè)置情境問(wèn)題實(shí)施建模能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：高中物理教學(xué)；建模思想；建模能力

在高中物理課程改革中，明確了高中物理教學(xué)課程結(jié)構(gòu)、定位、制度保障措施，打破高中物理傳統(tǒng)教材特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)在物理知識(shí)中不斷滲透科學(xué)與個(gè)性化的教學(xué)方法。但是，這并不代表完全否定高中物理學(xué)科的系統(tǒng)性，而是引導(dǎo)學(xué)生以創(chuàng)新性、創(chuàng)造性的建模思想削弱學(xué)科系統(tǒng)性，這也與“減負(fù)”號(hào)召相吻合，有意識(shí)地隱去抽象的教學(xué)方法。高中物理教學(xué)中，學(xué)生建模思想及建模能力的培養(yǎng)是非常重要的一部分，建模能力是指學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中，能夠根據(jù)實(shí)際問(wèn)題建立適合實(shí)際問(wèn)題的物理模型，能夠把實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言或數(shù)學(xué)語(yǔ)言的能力，其主要表現(xiàn)為理論建模、仿真模擬、實(shí)驗(yàn)?zāi)M以及數(shù)學(xué)解題等方面[1]。在高中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的建模思想與建模能力，將構(gòu)建理想化模型作為重要的教學(xué)方法，有助于引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)，由感性認(rèn)知轉(zhuǎn)到理性認(rèn)知、由復(fù)雜轉(zhuǎn)到簡(jiǎn)單、由具體轉(zhuǎn)到抽象，在掌握物理內(nèi)在規(guī)律與本質(zhì)屬性方面實(shí)現(xiàn)不斷思維化[2]。在高中物理教學(xué)中，學(xué)生建模能力的培養(yǎng)旨在讓學(xué)生能夠運(yùn)用物理知識(shí)和理論，構(gòu)建適合實(shí)際問(wèn)題的物理模型，并從中分析出結(jié)論或提取實(shí)用價(jià)值。

一、高中物理教學(xué)中學(xué)生建模思想

高中物理傳統(tǒng)教學(xué)方法比較注重解答抽象問(wèn)題與講解理論體系，忽視實(shí)踐與理論的相互結(jié)合，盡管學(xué)生能夠利用已經(jīng)學(xué)到的知識(shí)解答物理問(wèn)題，但是，在生活中卻很難應(yīng)對(duì)物理難題。受傳統(tǒng)教學(xué)方法的影響，高中學(xué)生主要被動(dòng)接受物理教師灌輸?shù)闹R(shí)，沒(méi)有充足的想象機(jī)會(huì)，逐漸失去主動(dòng)學(xué)習(xí)與探索物理知識(shí)的能力，這與新時(shí)代素質(zhì)教育觀念相背離。應(yīng)用建模教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的建模思想是新時(shí)代高中物理教學(xué)的需要，物理的抽象性與嚴(yán)謹(jǐn)性在高中物理教學(xué)中有較多體現(xiàn)，其目標(biāo)即為培養(yǎng)高中學(xué)生的思維能力與邏輯能力[3]。但是，與實(shí)踐活動(dòng)相關(guān)的內(nèi)容比較有限，學(xué)生一般會(huì)在學(xué)到理論知識(shí)后忽視在實(shí)踐中應(yīng)用知識(shí)，這也是高中物理教學(xué)中學(xué)生存在的思維難題。目前，高中學(xué)生對(duì)物理建模的認(rèn)識(shí)僅停留于死記硬背相關(guān)知識(shí)點(diǎn)上，例如：教師講解到點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)是理想化狀態(tài)的物理模型，那么學(xué)生就會(huì)牢記點(diǎn)電荷與質(zhì)點(diǎn)是理想化狀態(tài)的物理模型，而如果老師告訴學(xué)生能夠忽略輕繩等質(zhì)量，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)忽視質(zhì)

量[4]。就高中物理學(xué)科而言，培養(yǎng)學(xué)生的建模思想價(jià)值在于幫助學(xué)生理解物理規(guī)律與認(rèn)識(shí)物理學(xué)科概念，還能幫助學(xué)生簡(jiǎn)化復(fù)雜的問(wèn)題，掌握主要因素，忽視次要因素，進(jìn)而有效解決現(xiàn)實(shí)中的物理問(wèn)題。通過(guò)全方位培養(yǎng)學(xué)生的建模思想，能夠比較好地解決該問(wèn)題，這是因?yàn)獒槍?duì)高中物理學(xué)科培養(yǎng)建模思想，注重用數(shù)學(xué)方法與語(yǔ)言，將難懂、抽象的理論轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型與數(shù)學(xué)公式，學(xué)生在看到更直觀的知識(shí)體系后，也會(huì)更高效地理解物理知識(shí)。

二、高中物理教學(xué)中學(xué)生建模能力的培養(yǎng)

（一）引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型

高中物理學(xué)科中存在許多難以理解的現(xiàn)象，而通過(guò)構(gòu)建物理模型能夠?qū)﹄y以理解的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融會(huì)貫通，例如：學(xué)生普遍難以理解電流熱效應(yīng)、尖端放電現(xiàn)象、靜電平衡現(xiàn)象、靜電感應(yīng)現(xiàn)象等，而通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建金屬導(dǎo)體模型，能夠讓學(xué)生更有效地了解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，甚至?xí)a(chǎn)生茅塞頓開(kāi)的感覺(jué)[5]。在引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型的過(guò)程中，高中物理教師自身也應(yīng)當(dāng)清楚地認(rèn)識(shí)到不能僵化古板，也不能在引導(dǎo)學(xué)生的過(guò)程中產(chǎn)生教條主義，這是因?yàn)閷W(xué)生在物理知識(shí)方面構(gòu)建的模型并沒(méi)有明確對(duì)與錯(cuò)的區(qū)分，而是更需要看所構(gòu)建的模型能否解釋何種物理現(xiàn)象，與能否解釋物理現(xiàn)象等[6]。在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型時(shí)，將物理模型構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為：盡量簡(jiǎn)化物理模型，且確保物理模型的容易擴(kuò)展性。物理模型更加簡(jiǎn)單，在物理模型中增加具體條件，由此才能夠解釋高中物理中的更多物理現(xiàn)象，即代表該物理模型具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性。另外，高中物理教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型的過(guò)程中，還需要注重引導(dǎo)學(xué)生消除對(duì)物理模型的認(rèn)知，即幫助學(xué)生培養(yǎng)正確的物理模型思想，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到盡管物理模型會(huì)失去部分真實(shí)性，但是，通過(guò)構(gòu)建物理模型，更容易接近實(shí)物的真實(shí)狀態(tài)，對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行更好地模擬。例如：在進(jìn)行“用電器的功率與電流強(qiáng)度的關(guān)系”的教學(xué)中，教師可以準(zhǔn)備一臺(tái)電熱水壺，一根電線，一個(gè)電流計(jì)和一臺(tái)電壓表。首先，教師將電流計(jì)和電壓表與電熱水壺線路連接，然后將電熱水壺插入插座，調(diào)整電壓大小并記錄下電壓和電流的數(shù)值。接著，教師可以改變調(diào)節(jié)電壓的大小，再次記錄電壓和電流的變化，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出功率與電流強(qiáng)度的關(guān)系曲線。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以深入理解用電器的功率與電流強(qiáng)度之間的關(guān)系，進(jìn)一步學(xué)習(xí)到了電路中電流、電壓、功率等基本概念。同時(shí)，學(xué)生還能夠利用所學(xué)的知識(shí)建立模型，預(yù)測(cè)和分析電器功率和電流之間的變化規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)后，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行討論和思考，比如：如果電熱水壺的電壓降低，那么電流和功率的變化會(huì)如何？如果使用的電線電阻較大，那么對(duì)于電熱水壺的功率和電流強(qiáng)度的影響是怎樣的？通過(guò)這些探討，學(xué)生不僅能夠建立更為深入的電路模型，還能夠迅速將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，進(jìn)一步提高自己的物理學(xué)習(xí)能力。

總之，引導(dǎo)學(xué)生建立物理模型是高中物理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)構(gòu)建具體的案例，可以幫助學(xué)生更深刻地理解物理原理，并將所學(xué)知識(shí)更準(zhǔn)確地應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，從而提高自己的物理學(xué)習(xí)能力。

（二）例題講解利用物理模型

在培養(yǎng)高中學(xué)生物理建模能力的過(guò)程中，高中物理教師可充分利用例題講解中利用物理模型的價(jià)值。在講解例題時(shí)，高中物理教師可堅(jiān)持深入淺出的原則，引導(dǎo)學(xué)生理解物理模型，重點(diǎn)掌握該物理模型能夠解決何種問(wèn)題、不能解決何種問(wèn)題、突出何種知識(shí)點(diǎn)、忽視何種知識(shí)點(diǎn)，以及所構(gòu)建的物理模型具有哪些不同點(diǎn)或是共同點(diǎn)[7]。同時(shí)，高中物理知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物理模型構(gòu)建方法總結(jié)具有代表性的例題，例如：學(xué)生可積極總結(jié)各類(lèi)臨界模型、斜面模型、天體運(yùn)動(dòng)模型、板塊模型等。在總結(jié)物理模型的過(guò)程中，要求高中學(xué)生領(lǐng)悟與感知物理模型的本質(zhì)，深入體會(huì)在解決問(wèn)題與理解物理知識(shí)方面，構(gòu)建物理模型的價(jià)值。在例題講解時(shí)，高中物理教師的角色為問(wèn)題引領(lǐng)，帶領(lǐng)學(xué)生感受與經(jīng)歷構(gòu)建物理模型的過(guò)程，學(xué)生在經(jīng)歷例題講解中將理論知識(shí)應(yīng)用到問(wèn)題解決中時(shí)，會(huì)掌握如何歸納與分類(lèi)物理模型，討論質(zhì)疑點(diǎn)，培養(yǎng)物理建模思想，提高物理建模能力，促進(jìn)發(fā)展科學(xué)思維。例如：在講解自由落體例題時(shí)，應(yīng)用構(gòu)建自由落體模型的方法，讓學(xué)生能夠在建模時(shí)經(jīng)歷建模的思維過(guò)程，讓高中學(xué)生學(xué)習(xí)與體會(huì)構(gòu)建物理模型的重要性，真正提高物理建模能力，教師可以通過(guò)例題先給學(xué)生介紹牛頓第一定律和牛頓第二定律，然后引導(dǎo)學(xué)生分析各種力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，如：重力、空氣阻力、摩擦力等。接著，教師可以給學(xué)生提供一個(gè)具體的問(wèn)題，如：一個(gè)質(zhì)量為10kg的物體，從10米的高度自由落下，如果忽略空氣阻力，求物體落地時(shí)的速度是多少？教師可以引導(dǎo)學(xué)生自己嘗試建立物理模型，提出假設(shè)，列出所需要使用的公式和變量，并進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。在實(shí)踐中，教師可以將學(xué)生分成小組進(jìn)行探究，每個(gè)小組可以負(fù)責(zé)一個(gè)具體的物理量的計(jì)算。例如：1組可以計(jì)算物體從高度為10米自由落下所需的時(shí)間，2組可以計(jì)算物體在自由落下過(guò)程中的平均速度，3組可以計(jì)算物體落地時(shí)的速度。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行結(jié)果檢驗(yàn)和分析，比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果的差異，并讓學(xué)生討論可能出現(xiàn)的誤差和原因。

總之，通過(guò)這個(gè)案例的實(shí)踐，不僅可以深入學(xué)習(xí)力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，還能夠讓學(xué)生鍛煉利用物理模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣和能力。

（三）設(shè)置情境問(wèn)題實(shí)施訓(xùn)練

情境是構(gòu)建物理模型的展開(kāi)基礎(chǔ)與載體，在高中物理教學(xué)過(guò)程中，教師能夠通過(guò)應(yīng)用認(rèn)知沖突、圖片、視頻、趣味性實(shí)驗(yàn)等方法設(shè)置情境，在情境中，抓住物理模型構(gòu)建所需的原材料，突出情境的真實(shí)性，致力于培養(yǎng)高中學(xué)生的建模思想[8]。同時(shí)，在設(shè)置情境中提出適合的科學(xué)問(wèn)題，并確保情境與學(xué)生的生活相貼近，并以物理教學(xué)活動(dòng)為核心，與學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)相符合，幫助學(xué)生能夠在情境的基礎(chǔ)上運(yùn)用思維方法，展開(kāi)分析與探索活動(dòng)。例如：在構(gòu)建自由落體運(yùn)動(dòng)模型時(shí)，教師可向?qū)W生展示常見(jiàn)的情境視頻，諸如跳傘運(yùn)動(dòng)、跳水運(yùn)動(dòng)、余暉落葉等，讓學(xué)生對(duì)展示的情境視頻進(jìn)行歸納與分類(lèi)，總結(jié)不同自由落體活動(dòng)的差異點(diǎn)與相同點(diǎn)。同時(shí)，高中物理教師應(yīng)提示學(xué)生根據(jù)速度恒定、人為參與、運(yùn)動(dòng)軌跡等進(jìn)行分類(lèi)，并在實(shí)踐中體會(huì)歸納與分類(lèi)的必要性。教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型時(shí)研究簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，并以物體只受阻力與重力作為研究對(duì)象，總結(jié)落體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律與共同特征。在分析影響下落快慢的因素時(shí)，高中物理教師可設(shè)置相關(guān)的情境，例如：為減少空氣阻力，建模中用到的紙片變成紙團(tuán)，雖然沒(méi)有改變實(shí)驗(yàn)器材，但已經(jīng)改變了問(wèn)題。通過(guò)設(shè)置情境，高中物理教師讓學(xué)生研究簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，更容易明確研究對(duì)象，這有利于學(xué)生探索物理知識(shí)，且不會(huì)受到無(wú)關(guān)因素的影響。如在進(jìn)行“汽車(chē)制動(dòng)距離與速度的關(guān)系”的教學(xué)中，教師可以構(gòu)建一個(gè)情境問(wèn)題，例如：如果一輛汽車(chē)在緊急制動(dòng)的情況下，汽車(chē)的制動(dòng)距離與速度之間的關(guān)系是怎樣的？教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主探究建立物理模型的過(guò)程，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的有效性。在實(shí)驗(yàn)中，教師可以準(zhǔn)備一個(gè)平坦路面、一個(gè)汽車(chē)、一塊停車(chē)地面、測(cè)量距離的器具等實(shí)驗(yàn)器材。教師可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并在不同的速度下測(cè)試汽車(chē)的制動(dòng)距離，再在制動(dòng)距離和速度之間建立數(shù)學(xué)模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型的建立，學(xué)生可以深入理解汽車(chē)制動(dòng)距離與速度之間的關(guān)系，并能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)汽車(chē)在不同速度下的制動(dòng)距離。同時(shí)，學(xué)生還能夠掌握一定的實(shí)驗(yàn)技能和數(shù)據(jù)處理能力，提高自己的物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)建模能力。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)到的知識(shí)和技能應(yīng)用到實(shí)際生活中，讓學(xué)生思考如何避免在汽車(chē)行駛過(guò)程中因緊急制動(dòng)而導(dǎo)致車(chē)禍的發(fā)生。通過(guò)這樣的應(yīng)用和思考，學(xué)生不僅可以將所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際情境相結(jié)合，更能夠增強(qiáng)安全意識(shí)和責(zé)任感。

總之，通過(guò)基于設(shè)置情境問(wèn)題構(gòu)建物理模型的訓(xùn)練，可以幫助學(xué)生掌握物理理論、實(shí)驗(yàn)技能和數(shù)學(xué)建模等多方面的能力，從而更好地應(yīng)對(duì)實(shí)際問(wèn)題，提高自己的物理學(xué)習(xí)水平和綜合素質(zhì)。

結(jié)束語(yǔ)

培養(yǎng)高中學(xué)生物理建模思想與建模能力是長(zhǎng)期過(guò)程，需要將之貫穿在高中物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，要求高中物理教師堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則培養(yǎng)學(xué)生的建模思想與建模能力。為了能夠達(dá)到此效果，高中物理教師在應(yīng)用建模教學(xué)方法的過(guò)程中，應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中構(gòu)建對(duì)應(yīng)的物理模型，積極探索物理知識(shí)，并通過(guò)講解例題的方式充分利用物理模型。另外，高中物理教師還可在教學(xué)中設(shè)置不同的情境，并根據(jù)情境的不同設(shè)置問(wèn)題，在解答問(wèn)題時(shí)實(shí)施訓(xùn)練，為學(xué)生提供更具多元性的模型構(gòu)建機(jī)會(huì)，由此切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的建模思想與建模能力。

參考文獻(xiàn)

[1]劉姝芳，許桂清，張軍朋.立足新教材開(kāi)展建模教學(xué)策略探討：以高中物理必修2“拋體運(yùn)動(dòng)”為例[J].物理通報(bào)，2021（11）：44-46.

[2]李蘭，李春密，楊鵬飛.基于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的物理建模能力研究[J].物理通報(bào)，2020（2）：116-119.

[3]賀桐杰，汪中明.基于高中物理觀念建構(gòu)教學(xué)的實(shí)踐研究：以人教版教材《物理·選修3-2》“楞次定律”為例[J].物理通報(bào)，2021（S1）：89-94.

[4]陸玫琳，桑芝芳.高中學(xué)生物理模型建構(gòu)能力發(fā)展趨勢(shì)分析[J].物理與工程，2021，31（2）：69-78.

[5]杜锃強(qiáng).高中物理教學(xué)中學(xué)生逆向思維的培養(yǎng)策略探究：以魯科版“摩擦力”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（9）：34-35.

[6]王藝朦，陳曉陸，劉青華.基于物理建模的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)策略研究：以“高空拋物”問(wèn)題教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（33）：4-6.

[7]張鷺，趙振宇，馮立峰.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指向物理概念建模教學(xué)的研究與實(shí)踐：以“向心力”為例[J].物理通報(bào)，2023（1）：44-49.

[8]孫超.培養(yǎng)建模能力的情境教學(xué)策略探討：以“原子的核式結(jié)構(gòu)模型”教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2023，52（5）：9-11.