以模型建構(gòu)落實智慧課堂，培養(yǎng)高中生的科學(xué)思維

胡偉峰 郭紅

【摘要】 ?“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。”以模型建構(gòu)落實智慧課堂，是培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的重要支撐，落實著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重任。

【關(guān)鍵詞】 ?模型建構(gòu) 智慧課堂 科學(xué)思維

【中圖分類號】 ?G633.7?? ? ? ? ? 【文獻標識碼】 ?A?【文章編號】 ?1992-7711（2019）05-047-01

2017年版《普通高中物理課程標準》這樣描述科學(xué)思維：“從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化;是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。”模型建構(gòu)是智慧課堂的的重要支點，落實著培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的重任。

物理模型貫穿整個高中物理教學(xué)，課堂要突出物理建模意識。

一、模型是對實際問題的抽象

為了形象、簡捷的處理物理問題，人們經(jīng)常把復(fù)雜的實際情況轉(zhuǎn)化成易接受的、簡單的某種物理情境，從而形成一定的經(jīng)驗性的基本模型，這就是常說的“物理模型”。物理模型在高中物理靈活應(yīng)用中應(yīng)用非常廣泛。

二、中學(xué)物理模型一般可分三類

物質(zhì)模型：可分為實體物質(zhì)和場物質(zhì)。實體物質(zhì)模型有力學(xué)中的質(zhì)點、輕質(zhì)彈簧、彈性小球等;電磁學(xué)中的點電荷、平行板電容器、密繞螺線管等;氣體性質(zhì)中的理想氣體;光學(xué)中的薄透鏡、均勻介質(zhì)等。場物質(zhì)模型有如勻強電場、勻強磁場等都是空間場物質(zhì)的模型。

狀態(tài)模型：研究流體力學(xué)時，流體的穩(wěn)恒流動（狀態(tài)）;研究理想氣體時，氣體的平衡態(tài);研究原子物理時，原子所處的基態(tài)和激發(fā)態(tài)等都屬于狀態(tài)模型。

過程模型：在研究質(zhì)點運動時，如勻速直線運動、勻變速直線運動、勻速圓周運動、平拋運動、簡諧運動等;在研究理想氣體狀態(tài)變化時，如等溫變化、等壓變化、等容變化、絕熱變化等;還有一些物理量的均勻變化的過程，如某勻強磁場的磁感應(yīng)強度均勻減小、均勻增加等;非均勻變化的過程，如汽車突然停止都屬于理想的過程模型。

三、物理建模貫穿整個高中物理，是構(gòu)建智慧課堂的法寶

所謂建模，就是能運用科學(xué)思維的方法從定性和定量兩個方面，對相關(guān)的問題進行科學(xué)的推理找出規(guī)律形成結(jié)論，具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力，能運用證據(jù)對研究的問題進行描述解釋，能從不同的角度去思考問題。學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，能從現(xiàn)實生活中把一類物理現(xiàn)象，從定性到定量兩個方面把生活中的物理問題進行抽象概括，用物理語言把共性描述出來，升華到最簡潔的物理原型，就達到了物理建模過程，建模過程是學(xué)生獲取方法掌握智慧的重要支點。

四、如何實現(xiàn)建模

通過設(shè)計教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生的建模意識?？梢园呀滩闹幸粋€個物理事件，讓學(xué)生通過觀察體驗，用掌握的數(shù)學(xué)、物理知識，把這些動的情景轉(zhuǎn)化成一個個分析圖，這樣完成從文字轉(zhuǎn)化為分析圖的過程，就是建模前的信息翻譯。

這個信息翻譯，是學(xué)生動手動腦將物理過程抽象成一個物理畫面，再簡化成分析圖（受力圖、運動圖、切面圖、過程圖等），構(gòu)建這個分析圖就是實現(xiàn)這種建模的一個著腳點。這個過程可增加學(xué)生對物理現(xiàn)象的感知能力，加深對這種物理現(xiàn)象的理解，同時呈現(xiàn)和提煉物理本源的過程。

比如《生活中的向心力》這節(jié)課，同學(xué)們對“圓周運動”這個模型認識模糊，主要是“向心力”這個是力又不是力的概念理解不到位，那在課堂教學(xué)時就應(yīng)該用大量的事例來讓學(xué)生體驗到向心力來源不一，同時突出向心力的效果性。

可以設(shè)計大量的探究活動：“汽車在水平面拐彎、在傾斜的路面拐彎、汽車在拱形橋做圓周運動、圓錐擺”等，這些物理情景都可以在課堂上通過現(xiàn)場模擬、播放視頻展示高清照片等重現(xiàn)，讓學(xué)生從原始素材入手，畫出它的簡潔模型圖，再通過這些模型圖來突出軌道平面，找出圓心、確定半徑，根據(jù)牛頓第二定律的合外力與加速度方向一致，來找到向心力來源。在大量的實例下，學(xué)生對向心力這一效果力理解就會比較到位。而物體作部分圓周運動可近似的視為“勻速圓周運動”，利用“勻速圓周運動”這個模型，就能解決碰到的類似問題了?！皠蛩賵A周運動”模型建立了，就能解決碰到的類似問題，以后繩（桿）球模型、天體運動、帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)等知識點，圓周運動這個物理模型就再次重現(xiàn)，教師把幾類問題一起設(shè)計課堂，突出圓、圓心、半徑、周期、向心力的來源等核心問題，圓周運動的多元化就得到了統(tǒng)一升華。

建模就是剝繭抽絲、突出本質(zhì)的思維過程，通過簡單的模型，培養(yǎng)了學(xué)生的建模能力，到以后復(fù)雜的模型就能觸類旁通，具備有初步的建模能力。

五、物理模型如何應(yīng)用

每一個模型的建立都有一定的條件和使用范圍。學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用模型解決問題時，要弄清模型的使用條件，要根據(jù)實際情況加以運用。

比如一列火車的運行，能否看成質(zhì)點，就要根據(jù)質(zhì)點的概念和要研究的火車運動情況而定，在研究火車過橋所需時間時，火車的長度相對于橋長來說，一般不能忽略，所以不能看成質(zhì)點;在研究火車從北京到上海所需的時間時，火車的長度遠遠小于北京到上海的距離，可忽略不記，因此火車就可以看成為質(zhì)點。以后每次碰到點電荷等模型就回顧這類模型的共性，突出方法論——“抓主要因素、忽略次要因素”，學(xué)生以后解決真實問題，就會有化繁為簡的意識。

學(xué)物理的好處之一就是“能從不同角度思考問題，從最簡潔的方式認識問題，直奔本質(zhì)”——這就是模型教學(xué)對學(xué)生終身的科學(xué)思維潛移默化的作用。

智慧課堂，是教師教學(xué)理念的呈現(xiàn)形式，是學(xué)生獲取知識啟迪智慧的舞臺，是師生智慧交融的聚集地。模型建構(gòu)是實現(xiàn)智慧課堂的有效措施，也是培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的重要支撐點。

[ 參 ?考 ?文 ?獻 ]

[1]《普通高中物理課程標準》（2017年版）人民教育出版社.

[2]《物理模型》百度百科.