高中物理模型的建構(gòu)及教學方法探討

摘 要：物理作為高中教育體系中的一門重要又特殊的學科，知識難度系數(shù)同初中相比有明顯的提升，怎么在有限的課堂時間內(nèi)幫助學生掌握所學知識是高中物理教學中面臨的一大難題，建構(gòu)物理模型能夠讓他們找出物理理論與生活現(xiàn)象之間的共同點，把抽象的物理知識變得形象化.本文針對高中物理模型的建構(gòu)進行著重分析，并羅列一些有效的教學方法.

關(guān)鍵詞：高中物理模型；建構(gòu)；教學方法

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2022）30-0062-03

收稿日期：2022-07-25

作者簡介：林劍芬（1976.1-），女，福建省閩侯人，本科，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

模型構(gòu)建屬于高中物理學科核心素養(yǎng)科學思維中的重要一環(huán)，這是物理學科探索自然與建構(gòu)理論體系過程中一個慣用的典型思維方式，也是學生學習與運用物理知識及方法過程中必備的一項思維能力，教師在平常教學中應(yīng)高度重視模型的建構(gòu)，指導他們采用科學合理的方法建構(gòu)模型，使其深入剖析物理現(xiàn)象與問題，發(fā)展自身的思維能力與探究意識及能力.

1 高中物理模型建構(gòu)教學中存在的問題

1.1 教師對物理模型的認知水平不足

針對高中物理模型的建構(gòu)教學來說，教師作為教學活動的設(shè)計者與實施者，對物理模型建構(gòu)的認知水平是學生掌握物理科學思維方法的基礎(chǔ)，也是他們是否能夠靈活運用物理模型處理實際問題的關(guān)鍵所在.但是部分高中物理教師的教學目的太過功利化，在平常教學中強調(diào)學生對物理概念、定義的理解和記憶，把更多的時間用來“授之以魚”，卻很少“授之以漁”，沒有意識到科學思維方法的價值和重要性.物理模型的建構(gòu)是一種十分重要的科學思維方法，因為一些教師對物理模式的認知不足，沒有認識到物理模型建構(gòu)與應(yīng)用過程對學生能力的培養(yǎng)作用，不會科學創(chuàng)設(shè)良好教學情境，引領(lǐng)他們通過建構(gòu)物理模型與運用熟悉的物理模型來處理問題.

1.2 學生對物理模型的理解不夠深入

大多數(shù)高中生對物理模型的認知僅僅停留在對概念的記憶和簡單運用方面.針對物理模型的本質(zhì)，引入物理模型的主要目的是在模型建構(gòu)過程中突出重點、化繁為簡、化難為易.但是很多學生不能深入理解與掌握近似、等效替代、抽象等方法，對物理模型的認識不夠充分，這就導致學生無法靈活自如的應(yīng)用物理模型處理實際問題.究其原因主要有兩個方面，一方面從教師視角來看，教師在平時教學中忽視傳達上述問題，對模型建構(gòu)的重視程度直接影響到學生對待建模的態(tài)度；另一方面，從學生視角來看，解決問題時應(yīng)當考慮到該問題是否可以抽象成熟悉的物理模型，以及運用何種方法抽象等一系列問題，但是他們的學習行為往往過于功利化，只是喜歡純粹的記憶，不喜歡思考前因后果，長此以往，使得學生獨立思考能力不強，再加上他們是習慣于被動接受，導致對知識的學習與模型的理解和認知均停留在表層.

1.3 缺乏依托生活建構(gòu)物理模型訓練

模型的建構(gòu)離不開大量生活化素材的輔助與支持，在真實情境中構(gòu)建和運用物理模型，是對生活化教學理念的真正落實和踐行，這充分表明生活對構(gòu)建物理模型的重要性.近些年來，以生活為依托的高中物理習題變得越來越多，對學生把生活問題轉(zhuǎn)變成物理問題且利用物理模型解決問題的要求明顯提高，這就需要他們在教師引導下切身經(jīng)歷模型的建構(gòu)與運用過程.事實上，不少高中物理教師在教學過程中，缺乏依托生活建構(gòu)物理模型的訓練，并沒有明確學生的中心地位，沒有完全放權(quán)，也沒有做好組織者與引導者的角色，他們經(jīng)常并未擁有建構(gòu)物理模型的親身經(jīng)歷，再加上自己承擔著抽象概括出物理模型的建構(gòu)工作，所以從過程和實際效果上看就削弱了物理模型建構(gòu)過程中對其物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)作用.

2 高中物理模型建構(gòu)中的有效教學方法

2.1 運用情境導入方法，激起模型建構(gòu)意識

不少高中生在物理學習過程中，雖然對大部分基礎(chǔ)性知識理解的較為透徹與深刻，掌握也比較牢固，但是很少考慮到物理模型的建構(gòu)，他們只是單一地構(gòu)建知識框架，核心素養(yǎng)并沒有得到很好的發(fā)展.在高中物理課堂教學中，教師可運用情境導入的教學方法，借助實物道具、模型、實驗、信息技術(shù)手段等創(chuàng)設(shè)良好的教學情境，引出物理模型，為培養(yǎng)他們建構(gòu)模型的能力創(chuàng)造更多有利條件，激起模型建構(gòu)意識，使其主動研究物理模型的建構(gòu)過程.

比如，在開展“圓周運動”教學時，教師先利用多媒體技術(shù)展示生活中的一些運動，像過山車，水流星，火流星，雜技演員在豎直放置的大圓球內(nèi)騎摩托車等，通過營造情境吸引學生的注意力，使其對上述生活實例展開探討，尋找這些運動的相似點，發(fā)現(xiàn)運動軌跡均是一個豎直面內(nèi)的圓，激起他們建立物理模型的意識，借機引出課題.接著，教師順勢要求學生分析這些例子中的運動物體在運動至最高點時的受力圖，以及最低點時的受力圖，分析能過最高點的臨界速度，最后引導學生歸納這些例子的共同點：過最高點的臨界狀態(tài)mg＝mv²r，即v＝gr，當v≥gr時，才能完成完整的豎直面內(nèi)的圓周運動.所以這些例子都是同一類豎直面內(nèi)的圓周運動模型：繩模型.接著，教師采用同樣的方法介紹桿模型.

2.2 物理教學回歸生活，親身感受構(gòu)建模型物理學作為自然科學的帶頭學科，研究范圍研究大至宇宙，小至基本粒子，不僅是一門崇尚理性、重視邏輯推理的科學，還是研究物質(zhì)最一般的運動規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學科，與現(xiàn)實生活有著密切關(guān)聯(lián).而物理模型的建構(gòu)也離不開生活素材的輔助與支持，在高中物理教學中，要想做好模型建構(gòu)工作，教師應(yīng)將物理教學回歸生活，根據(jù)具體教學內(nèi)容有的放矢地引入一些生活現(xiàn)象，指導學生從中抽象出物理模型，讓他們親身感受模型的建構(gòu).

比如，在“自由落體運動”教學實踐中，教師先在多媒體設(shè)備的大屏幕上展示一些生活中常見的運動現(xiàn)象，如：落葉飄零，果實熟透落地，屋檐滴水，雪花飄落等，要求學生認真觀察，使其結(jié)合生活經(jīng)驗分析與歸納這些運動的共同特征，接著，教師設(shè)疑：是不是重的物體一定比輕的物體下落的快？指導學生操作實驗，對實驗現(xiàn)象進行深入分析，發(fā)現(xiàn)物體下落的快慢會受到空氣阻力的影響.之后，要想建構(gòu)出理想的自由落體運動模型，教師可引入牛頓管，指導學生把牛頓管內(nèi)部抽成真空狀態(tài)完成實驗，輔助他們建構(gòu)出理想的自由落體運動模型.

2.3 發(fā)揮任務(wù)驅(qū)動優(yōu)勢，體驗?zāi)Ｐ徒?gòu)過程在高中物理課程教學中，為做好模型建構(gòu)工作，調(diào)動學生參與模型建構(gòu)的積極性十分關(guān)鍵，教師可以運用任務(wù)驅(qū)動教學法，要求他們以小組合作的方式共同完成任務(wù)，使其體驗構(gòu)建物理模型的過程.高中物理教師應(yīng)圍繞所授內(nèi)容精心布置任務(wù)，極力發(fā)揮出任務(wù)驅(qū)動的優(yōu)勢，驅(qū)使學生在小組內(nèi)一起分析與處理問題，使其切實體會到建構(gòu)物理模型的樂趣與意義，從而讓他們積極踴躍地建構(gòu)模型，不斷提高自身的模型建構(gòu)能力，促進核心素養(yǎng)的發(fā)展.

2.4 設(shè)計典型物理題目，增強模型建構(gòu)訓練針對高中物理模型建構(gòu)教學來說，為進一步提升學生建構(gòu)物理模型的能力，不能僅僅停留在理論知識的講授方面，還要設(shè)計一些典型的物體題目，為其提供親自參與構(gòu)建物理模型的機會，培養(yǎng)他們建構(gòu)模型的意識.這就要求高中物理教師在平常的教學中，應(yīng)該根據(jù)教學目標及知識要點設(shè)計相應(yīng)的物理試題，讓學生利用所學知識展開聯(lián)系，把握好題目內(nèi)容同物理模型之間的關(guān)系，通過練習不斷糾正與引導，增強模型建構(gòu)訓練，使其建立模型體系.

例如，在進行“彈力”教學時，彈簧在高中物理中是一個比較常見的研究對象，為幫助學生順利解答關(guān)于彈簧的問題，構(gòu)建彈簧模型顯得至關(guān)重要，主要從受力與能量兩個方面切入.在受力方面，彈簧不僅可以產(chǎn)生拉的作用，還能夠產(chǎn)生壓的作用，需要注意的是根據(jù)胡克定律可知，F(xiàn)＝kΔx，彈簧拉伸長度與壓縮長度相同時產(chǎn)生力的作用大小一樣，方向相反.如圖1所示，在一個光滑的平面上，O是彈簧原長位置且OM＝ON，則在M、N兩點物塊受到彈簧彈力的大小一樣.而且彈簧發(fā)生形變是需要一定時間的，這說明彈簧的力不能突變.基于能量角度來看，彈簧是一種儲存能量的裝置，即為當物體壓縮彈簧時，彈簧是儲存能量的裝置，當彈簧在恢復過程中，能量將會慢慢的釋放，如不考慮摩擦力的作用，彈簧可在保持物體能量不變的情況下改變物體運動方向，如圖2所示，水平面光滑，物塊以速度v向左壓縮彈簧，彈簧恢復至原長后，物體仍以大小v的速度向右運動.由學生歸納共同點：這兩個例子都是光滑水平面上的彈簧模型.這樣以典型物理題目為依托增強模型建構(gòu)訓練.

2.5 引入多元評價模式，拓展模型建構(gòu)思維由于在高中物理模型建構(gòu)教學中大多都采用的是小組合作形式，當學生在小組內(nèi)完成物理模型的建構(gòu)以后，教師要對他們的學習過程展開評價，使其反思自己在學習中的不足和劣勢，繼而有針對性的改進與彌補.具體來說，高中物理教師可以引入多元化的評價模式，包括學生自評、互評、師生互評等，通過評價讓學生自我反思與完善自己，拓展個人模型建構(gòu)思維，教師則反思建模教學過程，及時做出調(diào)整，推動高效課堂的構(gòu)建，實現(xiàn)教學相長.

綜上所述，在高中物理課堂教學中采用建構(gòu)模型的教學方法，不僅是對核心素養(yǎng)理念的具體滲透，還是對傳統(tǒng)教學模式的突破與改進，有助于新一輪教育改革的持續(xù)推進，教師應(yīng)結(jié)合具體教學內(nèi)容及學生實際情況靈活自如的采用教學方法，助推學生更好的理解物理現(xiàn)象與概念，有效發(fā)展他們的物理探究思維能力，使其在探索物理奧秘的同時收獲更多樂趣.

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[責任編輯：李 璟]