加强物理模型教学,培养学生核心素养
徐卓林
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徐卓林,. 加强物理模型教学,培养学生核心素养[J]. 现代物理学报,2024.4. DOI:10.12721/ccn.2024.157032.
摘要: 随着新课程改革的实施,高考评价体系聚焦“考思维”“考能力”。高考命题遵循了“无价值,不入题;无思维,不命题;无情境,不成题”的思路或要求。命题必有物理模型!近年来在物理高考题型中越来越多的物理情境为教学过程中常见的物理模型.学生遇到此类题目时会束手无策,不知从何方向进行思考,更不懂得如何利用物理概念及规律进行解题.学生普遍感觉高中物理难学:一听就懂。一做就费。究其原因在于他们仍习惯于初中的那种形象思维方式,只会记概念、规律的静态结论,而不重视得出结论的过程。只会模仿性地解决一些简单的物理问题,缺乏对物理模型建构的能力。对于具体物理情景的综合性问题,不善于通过观察分析,提炼出现实情景的物理模型,纳入到相关的知识体系中去加以处理分析。其实复杂的综合题往往是由多个相关联的物理模型组成,只有准确还原设计题目时所依据的物理模型,才能在解题者头脑中形成清晰的物理图景,理清正确思路,顺利解题。因此把具体情景构建抽象成正确的物理模型是非常重要的,是学生的关键能力和核心素养。
关键词: 物理模型;教育观念;模型内涵;模型解题;模型变式训练
DOI:10.12721/ccn.2024.157032
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引言:以此,新版《课程标准》凝练提出了各学科的核心素养,更加关注学科思想、思维方式等,而物理学核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。 在核心素养的“科学思维”中明确提出要求学生具有建构模型的意识和能力。其目的就是要解决传统物理教学模式下忽略课堂中物理科学素养的导入和科学思想的建构,不利于学生的全面发展和终身学习,更不利于我们国家创新人才的培养的问题。

一、构建理物理模型是科学理论的依据和理论进步的途径。

纵观物理学发展史,许多重大的发现与结论,都是经过科学家们大胆地猜想,创建出科学的理想化的物理模型,并通过实验检验或实践验证,模型与事实基础很好吻合的前提下获得的。   伽利略构建了光滑斜面这一理想化的模型,才有了惯性定律这一重大发现。伽利略对自由落体的研究、牛顿发现万有引力定律、爱因斯坦光子说、卢瑟福的核式结构模型等,正是这些科学家前辈引入了物理模型,才得以使我们面对许多复杂的现实问题,通过简化处理比较顺利地予以解决。才有了物理学理论的重大突破和巨大进步。 二、转变教师教育观念,重视对学生建模意识和能力的培养

教师应该认识到,教育不应该仅仅是训练和灌输的工具,它应该是发展认知的手段。要重视对学生建模意识的培养,教师在传授知识的过程中,要及时向学生强调基本物理模型建立的过程和条件,要求学生牢固把握住这些基本的常见的物理模型相关知识及特点。并且在具体应用它们解决物理问题时,还要引导学生如何根据题设条件,从物理规律出发,通过分析、综合、类比等,突出对所要研究问题起主要作用的因素,略去非本质的次要因素,使思维从纷繁复杂的具体问题中抽象、构造出我们熟悉的物理模型,应用掌握的相关知识予以解决。

物理情境来源于实际问题;以生产、生活及新的科技成果、新的科学研究课题作为素材背景,在物理教学中就要注重模型思维的方法,培养学生的分析理解能力,提取信息并结合所学知识创造物理模型。抓住本质建立合理的物理模型,很多新情境、新问题就会成为熟悉的物理问题迎刃而解。使学生逐步熟悉并掌握这种科学研究的思维方法,养成良好的思维品质,使构建物理模型的意识真正成为学生思考问题的方法与习惯。形成学生的关键能力。 三、理解物理模型内涵,掌握常见物理模型、分类、适用范围。

在高一教学就开始对学生加以培养。让学生了解物理模型内涵,明确物理模型是物理学研究的最基本单元,是为了抓住事物的主要矛盾,透过现象看本质,在物理学研究中通常把实际问题理想化。高中物理主要学习应用模型方法来解决物理问题。

了解掌握常见物理模型及分类。根据分类的标准不同,物理模型可以分成不同的类型。根据模型的构建分,可以分为理想化模型(如:质点和点电荷)和推理性模型(如玻尔轨道模型)。根据模型的研究对象分,可将物理模型分为实物对象模型、状态模型和过程模型。

(1)实物对象模型:用来代替研究对象实体的理想化的模型。例如,质点、弹簧振子单摆、理想气体、点电荷、恒压电源、理想变压器、点光源、光线、薄透镜以及关于原子结构的卢瑟福模型、波尔模型等都属于实物对象模型。其中质点模型是动力学运动定律的基础;点电荷模型是库仑定律、电磁理论等建立的基础;理想气体是分子动理论赖以建立的基础;薄透镜、电光源等式几何光学理论建立的基础。

(2)物理过程模型:实际的物理过程都是诸多因素作用的结果,忽略次要因素的作用,只考虑主要因素引起的变化过程叫做过程模型。如“自由落体运动”“匀速圆周运动”“简谐振动”“稳压电流”等等,这些都是把复杂的运动过程理想化了的”物理模型”。 (3)物理条件模型:把研究对象所处的外部条件理想化而建立的模型叫做条件模型。如光滑表面、轻杆轻绳、均匀介质、匀强电场和匀强磁场都属于条件模型。

  四、培养学生运用物理模型解题的程序和方法

物理模型看上去也许是独立的,但解决思想和程序基本是相通的。物理模型体系也应当是前后呼应,触类旁通的。在教学中要教会学生运用物理模型解题的基本程序。其基本程序为:

1、通过审题,摄取题目信息。如:物理现象、物理事实、物理情景、物理状态、物理过程等。

2、弄清题给信息的诸因素中什么是主要因素。

3、寻找与已有信息(熟悉的知识、方法、模型)的相似、相近或联系,通过类比联想或抽象概括、或逻辑推理、或原型启发,建立起新的物理模型,将新情景问题转化为常规问题。

4、选择相关的物理规律求解。

中学生在学习活动中,解决每一个物理问题的过程,实际上也是正确选用物理模型,使用模型方法的过程。正确识别、建立物理模型,熟练使用模型方法,掌握运用物理模型解题的程序和方法 ,是中学生应该具备的基本物理素质。

五、利用物理模型变式训练,培养提升学生思维

 物理模型是有限的,而客观事物是无限的,尤其对于中学学生而言,由于他们所学物理知识的局限和数学能力的制约,许多物理情景并不能直接抽象成学生熟悉的模型。这就需要通过一定的方法培养和提高学生模型转换能力,让他们会用一种他们熟悉的模型去代换另一陌生的模型——只要在保证效果相同的前提下。经过这种模型的转换,往往使问题变得更简单、更具体、更生动,也更容易把握。要充分科学地用足、用活物理模型,就需要一定的模型转换能力,更需要长期的培养训练。 对物理模型的理解不可以太机械化,对学生进行较多地这种具体模型的变式训练,有利于学生对物理模型的深层理解。 让学生掌握常用的“模型转换”方法,如: 创设物理情景进行模型转换 、等效条件进行模型转换 、改变思维视角进行模型转换等,不仅可以提高学生模型转换的能力,还能培养正确的思维方法,教学中,通过对物理模型的设计思想及分析思路的教学,能培养学生对较复杂的物理问题进行具体分析,区分主要因素和次要因素,抓住问题的本质特征,正确运用科学抽象思维的方法去处理物理问题,提高学生思维品质和创新思维。

结论:物理模型是培养学生核心素养很好素材,在平时的教学过程中,要充分科学地运用物理模型,培养学生构造和应用物理模型的能力。给学生营造一个宽松的充分体现以“学生为主”的课堂环境,我们就一定能培养出一代具有核心素养和创新能力的新人才!

参考文献:

[1]孙全元.加强初中物理教学培养学生核心素养的研究[J].成才之路,2021,(02):58-59.

[2]张继.如何在物理复习课教学中培养学生的核心素养——以“动量和能量的综合问题:物块+滑板模型”为例[J].西部素质教育,2017,3(21):74-75.DOI:10.16681/j.cnki.wcqe.201721044.

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