浅析核心素养视域下的初中物理模型构建

浅析核心素养视域下的初中物理模型构建

王加生

(黑龙江省龙江县白山镇中心学校 161105)

摘要:物理学是自然科学领域研究物质的基本结构、相互作用和运动规律的一门基础学科。物理学通过科学观察、实验探究、推理计算等形成系统的研究方法和理论体系。物理学对人类的思维方式产生了深远的影响。在核心素养视域下，学会科学研究方法，养成科学思维习惯，对于学生核心素养的形成和发展具有重要意义。而物理模型建构又是培养学生科学思维习惯的重要要素。本文以初中物理为例，就物理模型建构的意义，物理建模的主要类型、物理建模的方法等进行简要分析。

关键词：初中物理；核心素养；模型建构

    1. 物理模型建构的意义

    《义务教育物理课程标准（2022年版）解读》中说：物理学的研究对象大到宇宙天体，小到微观粒子，十分广泛且及其复杂，只有经过科学思维才能揭示事物的本质特征和内在规律。为了描述客观事物的运动规律，科学家往往把研究对象抽象为理想模型，模型思维是一种重要的科学思维，建构与应用模型是物理学最重要的研究方法之一，也是物理学的核心学科特色。模型是一种对客观事物的本质特征和事物间相互关系等的表征，建模是建构或修改模型的动态过程。世界各国都充分认识到建构与使用模型对学生发展的价值，模型与建模被大多数发达国家的物理（科学）课程纳入认知要求、实践要素以及跨学科共通概念之中。

1.1 建构物理模型有利于培养学生的抽象概括能力

模型建构是科学思维的要素，而模型建构又是抽象概括过程。抽象是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，而舍弃其非本质的特征的过程。物理现象和物理规律是复杂的，比如物体的运动可以有平动也可以有转动，但是在研究物体运动时，如果不涉及物体本身之间的相对运动，我们就可以忽略物体的大小形状，把注意力集中到它的质心进行研究。这就是物理建模的过程，他可以排除无关因素的干扰而使问题简单化。概括是人脑在比较和抽象的基础上，把抽象出来的事物的共同的本质特征综合起来，并推广到同类事物上去的过程。物理现象并不都是看得见摸得着的，比如磁场和电场。在学习完磁场之后，学生知道在磁体的周围存在看不见摸不着的特殊物质-磁场，并且磁场可以用磁感应线表示，当学习电学的时候，学生就可以由磁现象的学习推理出：在电荷的周围也存在着一种特殊物质-电场，并且可以用电场线表示。通过概括学生就建立了场的概念。所以，物理建模有利于培养学生从诸多的物理现象中找到本质属性和彼此之间的关系。有了这些模型做支撑就可以引导学生进一步探索物理世界的奥秘。

    2.物理建模的主要类型

    分类方法不同，物理模型的种类也不同。在初中物理阶段隐含着许多物理模型，许多物理理论和物理规律的建立也都是以物理模型为基础的。笔者对常见的物理模型简析如下。

    2.1数学模型

    伽利略说：自然界是用数学写成的。毕达哥拉斯也说：数学是理解世界的方法，是万物的度量。开普勒也说过：上帝亲手做过的事情，只有通过数学才能理解。因此，物理建模离不开数学。

    例1：（安徽）干电池是我们实验时经常使用的电源，它除了有稳定的电压外，本身也具有一定的电阻。可以把一个实际的电源看成一个理想的电源（即电阻为零）和一个电阻串联组成，如图甲所示。用图乙所示的电路可以测量出一个实际电源的电阻值。图中，开关闭合时，电流表的读数 ，已知电源电压 ，求电源的电阻 。

    分析：此题是根据串联电路总电压等于各部分电路电压之和的特点，建构方程模型，其等效模型如图乙所示。

    因此，电路可看成电阻与电阻串联，依题意得：

    由此就可以快速解决问题。

    例2：（安徽）如图1所示，不计重力的杠杆OB可绕O点转动，重为6N的重物P悬挂在杠杆的中点A处，拉力F1与杠杆成30O 角，杠杆在水平位置保持平衡，请在图中画出拉力 F1的力臂，并可求出拉力的大小F1 ＝________N 。

                                   图1

    分析：此题为杠杆模型，利用杠杆平衡条件和三角函数模型即可得出答案。

的力臂如图2所示：

                              图2

    根据F1l1=F2l2得

    F1l1=GPl1/Sin30°/2

    F1=6N

    2.2等效模型

    等效模型就是为了简化我们所研究的问题，用更加有效的、与所要研究问题具有相同性质或相同效果的东西进行替代。

    例如:我们在研究液体内部某处压强的时候，如果我们仅利用公式P=F/S来求液体内部某处的压强是无从下手的，这时我们就可以设想在液体内部某处有一个水平放置的“平面”。这个平面以上的液柱对平面的压力等于液柱所受的重力，再结合压强公式和液柱的高度、平面的面积，我们就很容易推导出适合求液体内部某处压强的公式。

    2.3理想化模型

    理想化法是指根据研究的需要，将复杂的事物进行合理抽象，突出主要因素，忽略次要因素。例如质点、点光源、光线、薄透镜、真空、光滑平面、轻质杠杆、匀速直线运动等。理想化模型是人为的一种抽象，在实际生活中并不存在，但是他能反映研究对象的主要因素，对于培养学生抽象概括能力具有重要意义。

    2.4图像模型

    在电学中，电路建模是将实际电路简化为一个电路图的过程。这个模型忽略了电路中的细节，如导线的长度、电阻等，只保留了对电路行为有重要影响的元件，如电源、电阻等。通过分析这个模型，我们可以得出电路中的电流、电压等参数，从而预测电路的行为。

    以上只对初中物理中常见的物理模型进行了简要的分析。

    总之，物理建模是一个复杂而重要的过程，一般要经过确定问题、建立模型、求解模型、验证模型、应用模型等过程，需要我们认真研究以提高学生的科学思维能力。

参考文献

[1] 义务教育物理课程标准：2022年版/中华人民共和国教育部制定.—北京：北京师范大学出版社，2022.4:4-18

[2] 义务教育物理课程标准(2022年版）解读/课程教材研究所组织编写；义务教育物理课程标准修订组编写；廖伯琴主编.--北京：高等教育出版社，2022.7：38-39

[3]义务教育教科书教师教学用书.物理八年级.上册/人民教育出版社课程教材研究所物理课程教材研究开发中心编著.-2版.-北京：人民教育出版社，2016.4：6-111