新课标下科学思维之模型建构能力的培养

新课标下科学思维之模型建构能力的培养

魏勇

四川省泸州市纳溪区护国中学  646318

摘要：在以新课标为指引的课改下，必须解决物理建模能力，物理建模是科学思维中的重要组成部分，是关键能力的体现，是决定解决物理实际问题的有效方法，关系到学习物理学科的成与败，能否有效推动物理学科的发展的关键因素之一。

关键词：科学思维、关键能力、物理建模

最新课标提出：“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。要提高物理思维能力，就要在模型构建上下大功夫。在学习物理的过程中要不断探究如何构建物理模型的方法和能力。在高中物理学科中，归纳起来有以下模型:匀变速直线运动、圆周运动、平抛运动、天体模型、运动关联模型、斜面模型、机车启动模型、连接体模型、超重失重模型、碰撞模型、板块模型、弹簧模型、传送带模型、原子核模型、流体模型、缓冲模型、电场模型、恒定电流、磁场模型、交流电变压器、电磁感应模型、原子模型、光电效应共24个模型。

结合这几年的教学实践，我从以下几方面谈谈高中物理核心素养中的科学思维之模型构建能力的培养方式。

一、通过过程分析的方法来构建物理模型

(一）、通过分析过程来解决：一般来讲，考查的复杂的物理问题多数都是由很多个清楚明了的子模型构成的。所以，分析物理问题的最基本方法是过程分析，就是把复杂的问题分成多个子模型来解决，把它分解为多个小问题，构建子过程模型，让各个子模型相互联系来研究，根据题意，过程越详细，对解复杂的问题越有帮助。

（二）、找准中间状态或临界状态：有时过程的划分的难易程度决定问题解决的难易，因此必需抓住问题变化中起到关键作用的中间状态，中间状态或临界状态具有承上启下的作用，是正确分析物理过程的关键环节。

（三）、要注意分析子模型问题的先后顺序：有些综合题所述物理现象的子模型问题，是由很多互相联系的各个子模型的联系起来的，要正确分析，就要全面、多视角度的进行审题和分析，把各个阶段分析清楚，从本质上把握规律、找准各个子过程的关系，就能突破难点，找到解决方法。

（四）、关注问题中出现的条件变化：物理情景和规律会随着条件变化而变化。条件变化了，物理过程也会跟着发生变化。在分析问题时，要特别注意区分由于条件变化而引起的物理过程的变化，特别是临界状态，如2021·高考全国卷乙24题，该类问题是滑板相对运动问题，一个物体在另一个物体表面相对滑动，他们之间是通过相互间的摩擦力来运动，运动一段时间后达到相同运动状态，或者具有相同的加速度，达到相对稳定的运动状态，需要学生具有较强得建模能力。对本题的第二个小问只要建立了滑块模型，只需要找准相对运动的过程，分别列出金属棒匀速运动的方程和导体框匀加速的动力学方程及运动学方程，最后找出导体框进入磁场匀速运动的方程，联解四个方程就可以把相应的问题解决，特别注意的是棒在磁场中匀速运动的时间和导体框匀加速的时间相同，由运动学公式可求出时间，进而可以算出磁场的宽度，为第三问解决问题埋下了伏笔。第三问中涉及到速度大的匀速追速度小的加速的追及问题模型，到两者速度相等后就不再匀速。按照过程分析，分别建立相应的板块模型，通过相互作用的物体间的位移、速度、时间、加速度存在的关系就可以快速解决实际问题。以圆周运动建模为例，圆周运动分为水平方向和竖直方向的圆周运动，在审题时就要建立这两个方向的模型，进而确定向心力的来源，找圆心，定半径。在天体运动中，同样需要模型构建，首先根据万有引力定律和牛顿第二定律，建立圆周运动的模型，找准向心力的来源，是一个力还是几个力的合力提供向心力，在找万有引力中r，这里的r指两物体之间的距离，向心力中的R指研究对象到圆周运动所在平面圆心的距离。在双星模型中或者多星模型中，更要根据所建立的模型来找受力关系及运动轨迹的半径关系。可见，模型构建的能力直接体现了物理学科素养的高低。

二、原型启发法促进模型构建

原型启发是一个心理学的概念。从实际生活中找到解决问题的途径或方法叫原型启发，对解决问题具有启发作用的事物叫原型。原型启发理论有助于人们更清楚的认识模型构建的思维过程，为模型构建思维的培养提供指导。原型到处都可以找到，他们可来源于生活，也可以来自生产和实验。如鲁班发明锯子是在他被丝茅草割破后抓住这次机会，观察并仔细研究小草，建立了模型，用这样的方式发明了锯子，锯子的模型形就这样产生了。原型启发主要取决于平时的观察和思考，在头脑中储存了原型，通过仔细观察并实际操作而发现。对于现在高考方向和试题，多数都来源于课本，根据课本试题进行改编，在最近几年中常常出现；对于实验题，既可能来源于分组实验，也可以来自课后实验，也可能来自小组讨论甚至课后试题小实验，因此，平时课本中规定的实验，课外实验和演示实验在高考实验题中都能找到原型，高考实验题取材于课本实验，注重对实验目的，实验原理以及实验数据等方面的考查，注重学生的实验分析和实验设计能力的要求，平时在学习中在

头脑中储存了原型，在高考中就能很快构建模型，从而取得优异的成绩。

三、提供物理思维空间，展示个性思维的模型构建过程

在新课标指引下，老师在教学过程的过程中，主要是学生与教师的互动的过程，是以相互学习和探究似的教学过程，教师上课时要充分调动学生学习兴趣，根据学生的表现多给予正能量，让他们上课积极参与，给他们提供展示的舞台，构建恰当的物理模型的思维能力。例如：带电粒子在带电平行板间做类平抛运动的模型构建：从动力学来看，将带电粒子当做质点模型，粒子在电场中的运动水平方向是匀速直线平动，竖直方向是匀加速直线运动。从带电粒子受力来看，带电平行板距离较近，内部电场可以认为是匀强电场，离子在平行板间受电场力、重力两个作用，当重力的大小与电场力比较很小且可以忽略，整个运动过程，就可以把带点离子看做质点理想化模型，只受电场力，垂直于电场放向进入电场，就可以与平抛运动相类比，将复杂的未知的运动与力学中已知的运动相联系，构建出平抛运动模型，问题就可以解决了。这样，学生的各种能力得到了提高，尝到了成功的滋味，发展了他们的科学思维，能更好的服务于模型构建。

在以新课标指引下的教学指导为背景下，学生要以学到的知识解决很多具体实际的问题，学生就要具备建模能力，而模型构建的能力并不是通过学生刷题能获得的，需要教师从模型构建的教学，从课堂教学过程到所布置的作用及测试题，都要创设各种模型构建的方法、思路；学要构建模型，到用也要构建模型，而且模型还不能一样，以此呈现教师对培养学生模型建构的能力进行的整体规划。

参考文献;

[1]黄琼. 模型建构在高中生物教学中的应用[J]. 读与写,2021,18(26):209.

［2］杨晓瑜. 利用图象法培养模型建构能力[J]. 数理天地（初中版）,2022(4):94-96.

［3］张国泉.物理模型及模型建构能力的培养[J].物理之友,2022,38(06):30-32