物理模型建构价值认识及培养策略浅析

物理模型建构价值认识及培养策略浅析

黄飞

贵州师范大学 550001

摘要：《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》强调了要将物理学科核心素养的重要性，培养学生物理模型的建构能力是促进学生物理学科核心素养形成的重要方式。模型建构能力在物理学中的重要性是不言而喻的，本文将从为什么、如何培养模型建构能力展开讨论。

关键词：物理模型；模型建构能力；培养策略研究

1为什么培养物理模型建构能力

1.1什么是物理模型建构

  物理模型是物理学中用于描述和解释物理现象、过程和系统的简化表示，是帮助学生理解和解释物理现象的重要工具。它可以是实物模型，如质点，也可以是理论模型，如匀速直线运动。物理模型建构是基于经验事实，通过科学抽象和归纳简化来建构物理模型的科学实践活动。模型建构强调在理解物理现象的基础上，抓住其主要特征，忽略次要因素，从而构建出能够反映物理本质的理想化模型。

1.2物理模型建构的价值分析

1.2.1深化理解物理现象和规律

模型建构帮助学生从复杂的物理现象中抽象出关键要素，构建出简化的模型。[1]这个过程促使学生深入理解物理现象的本质和规律，把握其内在的逻辑关系。通过模型建构，学生可以更清晰地看到物理现象之间的联系和区别，从而更好地掌握物理知识。如万有引力定律，在教学过程中，教师可以通过天体运动的实例（行星绕太阳运动）来引入万有引力模型。引导学生将复杂的天体运动简化为质点间的相互作用，忽略天体的大小、形状和内部结构等次要因素。通过理论推导和实验验证，构建出万有引力定律的数学表达式（F=Gm₁m₂/r²）。这不仅帮助学生掌握了万有引力定律的内容和应用，还培养了他们的抽象思维能力和逻辑推理能力。

1.2.2.培养科学思维和方法

模型建构是一种科学思维和方法。在模型建构的过程中，学生需要运用抽象思维、逻辑思维和创造性思维等科学方法，对物理现象进行简化和概括。这种训练有助于培养学生的科学思维习惯和方法论意识，为他们未来的科学研究和创新活动打下坚实的基础。比如，在学习动力学时，学生会通过建构“质点模型”来理解物体的运动规律。这个过程中，学生需要忽略物体的大小、形状等次要因素，只关注其质量对运动的影响，这就是抽象思维的体现。同时，他们还需要运用逻辑思维，分析质点的受力情况、运动状态等，推导出相关的物理规律。这样的模型建构过程，既培养了学生的科学思维，也让他们掌握了科学研究的基本方法。

1.2.3.提高解决问题的能力

模型建构的过程也是解决问题的过程。通过构建模型，学生可以将复杂的物理问题转化为易于理解和分析的形式，从而更容易找到解决问题的途径和方法。这种能力对于学生在日常生活和学习中面对各种复杂问题时具有重要的实用价值。在电路学的学习中，模型建构对提高解决问题能力的作用尤为明显。例如，当面对一个复杂的电路问题时，学生可以通过构建等效电路模型来简化问题。他们可以将多个电阻、电源等元件通过串并联关系简化为一个或几个等效元件，从而大大降低问题的复杂度。在这个过程中，学生首先需要识别电路中的关键元素和它们之间的相互作用，这是问题分析和理解的重要步骤。接着，他们运用所学的电路理论和逻辑推理，构建出等效电路模型。[2]最后，通过计算和分析这个模型，学生可以找到解决问题的答案。这样不仅帮助学生解决了具体的电路问题，还锻炼了学生将复杂问题简化为可管理部分的能力，以及运用所学知识解决实际问题的能力。这种能力在未来的学习和职业生涯中都是极为宝贵的。
1.2.4.培养创新思维和实践能力
模型建构鼓励学生进行创造性思考和实践探索。在模型建构的过程中，学生需要不断尝试、调整和完善自己的模型，这有助于培养他们的创新思维和实践能力。同时，通过参与实验和观察等活动，学生还可以亲身体验物理现象和规律的实际应用，增强他们的实践能力和动手能力。
模型建构在物理学教育中具有不可替代的价值。

2如何培养学生物理模型建构能力

2.1强化物理基础知识
深入理解物理概念：物理模型建构的基础是对物理概念的深刻理解。学生需要掌握物理学的基本概念、原理和定律，理解它们的内涵和外延。教师可以通过生动有趣的课堂讲解、实验演示等方式，帮助学生形成直观的物理概念理解。

巩固基础知识：通过练习和复习，巩固学生对物理基础知识的掌握。教师可以设计多样化的练习题，包括选择题、填空题、计算题等，以检验和提升学生的基础知识水平。
2.2培养建模意识
渗透建模思想：

在物理教学过程中，教师应有意识地渗透建模思想，让学生认识到建模在解决物理问题中的重要性。可以通过案例分析、讨论交流等方式，让学生感受建模的魅力和价值。
鼓励提出问题：

引导学生善于观察生活中的物理现象，提出问题并尝试通过建模的方式解决。这可以激发学生的探究欲望和创新精神，培养他们的建模意识。

2.3加强建模实践
创设物理情境：
教师应根据教学内容和学生实际情况，创设与物理模型建构相关的情境。通过实验、多媒体展示等方式，让学生身临其境地感受物理现象和过程，为建模提供素材和灵感。

经历建模过程：
引导学生经历完整的建模过程，包括问题识别、模型假设、模型构建、模型验证和模型应用等步骤。在这个过程中，教师应给予学生足够的指导和支持，帮助他们克服建模过程中的困难和挑战。
多样化建模训练：
提供多样化的建模训练机会，如实验建模、习题建模、项目建模等。通过不同类型的建模训练，提升学生的建模能力和应用能力。
2.4利用信息技术辅助建模
多媒体辅助教学：
利用多媒体技术进行物理教学，通过动画、视频等方式展示物理现象和过程，帮助学生更好地理解和构建物理模型。
虚拟实验平台：
利用虚拟实验平台进行建模实践，让学生在虚拟环境中进行实验操作和数据分析，提高建模的准确性和效率。

2.5注重评价与反馈
建立科学合理的评价体系并及时给予反馈，对学生的建模能力进行全面、客观的评价。评价内容应包括建模过程、建模结果、模型应用等方面。在建模过程中，教师应及时给予学生反馈和指导，帮助他们发现并纠正错误和不足之处。同时，也要鼓励学生之间的交流和合作，共同提高建模能力。
3.总结

物理模型建构的能力不仅能够帮助学生更好地学习物理，其蕴含的思维和研究方法对学生终身的学习和工作也有很大的帮助。在日常教学重中教师应充分认识道模型建构能力的重要性，并有意识地培养学生这方面能力。

参考文献

[1]陈林桥,王笃华.基于物理模型建构培养学生科学思维能力——以“自由落体运动”教学为例[J].物理教师,2020,41(07):31-33+37.

[2]范天向.注重物理思想渗透培养学生模型建构能力[J].湖南中学物理,2023,38(11):44-47.