浅谈高中物理教学中学生建模能力的有效培养策略研究
方敏
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方敏,. 浅谈高中物理教学中学生建模能力的有效培养策略研究[J]. 建模与系统仿真,2022.5. DOI:10.12721/ccn.2022.157041.
摘要: 核心素养理念的提出为高中教学指出了重要的发展方向,在信息化背景下,学科教学应充分认识到与信息技术深度融合的必要性。在新课程教育理念下,学校教育重在强调对学生进行以“能力与方法”为核心的“三维目标”综合素养的积极培养。作为基础教育中的一门基础学科,高中物理的传统教育方法已不能满足教育改革与发展过程中的实质性需要。正因为如此,在新课标理念和核心素养观下,高中物理课程强调了培养学生建模能力的重要性。以下简单地介绍高中物理教学过程中的几种常见模型,分析培养学生建模能力的价值和意义,并且探讨一些具体的培养策略,以期让学生掌握正确的建模方法,更好、更快地学习知识和解决问题。
关键词: 高中物理;课堂教学;建模能力;培养策略
DOI:10.12721/ccn.2022.157041
基金资助:河南省教育科学规划+一般课题+《高中生物理建模能力现状调查与培养策略研究》+课题批准号:2020YB0825

引言

高中物理教学不仅承担着夯实学生理论知识基础的重要职责,也具有培养并强化学生核心素养的关键作用,在接受学科教学的过程中,学生一方面需要逐步形成适应个人终身发展的能力,另一方面则应养成适应社会发展的必备品格,内化物理学科的知识内容,深入感受到带有物理学科特性的素养品质,将建模融合到物理教学中,对学科教学实效性的提升具有显著的促进作用。

一、时代要求和高中物理建模的意义

德国物理学家劳尔说“重要的不是获得知识,而是发展思维能力。教育无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候,所剩下的东西”,即是培养人的“核心素养”,这才是我们的教育真正的价值。

2017版课程标准从学科核心素养的角度提出课程目标,科学思维是物理学科的关键核心素养之一,它是对客观事物的本质属性、内在规律及相互联系的认识方式,主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新,模型建构是要求学生学会从物理学的视角发现问题和分析问题,解决问题。建模教学是亚利桑那州立大学理论物理学家David Hestenes创立的一种教学模式,“建模和用模就是物理思维。若想发展物理思维能力,就必须发展用模和建模能力”。物理学的研究对象是物理模型,物理学的思维方法是建模思维,物理学的发展史就是一部物理建模的历史,物理学离不开物理模型和物理建模。物理就是建模,学习物理就是学习物理建模。

二、对高中物理教学中学生建模能力培养策略的构建

(一)通过研究与简化问题,注重培养学生建模能力。

物理学科之所以难教难学,就是因为它具有很强的抽象性。学生在看到复杂的物理问题时,往往难以通过问题在脑海中建立相应的物理图景。鉴于此,在高中物理教学过程中,教师首先须要做的根本点就在于引导学习思路,帮助学生简化问题,从而为最后的解决问题打下基础、激发活力。具体而言,教师引导学生建模,利用物理模型来直观化、形象化地呈现原本抽象的物理问题。而许多教师在教授一些规律性知识时,为了片面地追求教学效率,他们没有为学生作出细致性讲解,导致学生只能通过“死记硬背”来进行应付,实际上并未真正地理解和吸收知识。在这种情况下做题,学生就会很容易出错,他们只记忆结果,却并不能够了解学科知识的真正形成过程。既然他们的知识结构并不完整,那么,所教与所学效果自然是不够理想的。

以“分子动理论”为例。该章的一个重要教学目标,就在于让学生理解“分子间的作用力”。如果教师只是照本宣科地告诉学生:“邻近分子间同时存在相互作用的引力和斥力。”“分子间的引力和斥力都跟分子间的距离有关系。”并且要求机械性记忆,那么学生的学习就只能是停留在表层,记忆力也是并不深刻的。而且一旦学习了其他与之相关或者相似的概念,同样会很容易发生混淆。鉴于此,教师可以提出“轻弹簧”模型,拿出一个两端分别连着一个小球的轻弹簧,让学生将小球看做相邻的分子,而弹簧的弹力就是二者的作用力。通过形象地展示并放大微观现象,帮助学生简化问题,让他们在认真观察模型的基础上,通过小组活动形式讨论分子间作用力的特点,归纳并总结规律,可较好地实现深度学习目标,并能提升学生探究能力。

(二)从科学思维方法入手,注重培养学生建模能力

“科学思维”是进行物理研究所必需具备的一项思想意识和行为能力,而且它与建模能力之间有着很大的关联。这是因为,大部分物理模型都是因科学思维而产生的,而人们在运用科学思维来研究问题的时候,往往需要通过构建物理模型来实际分析问题。所以说,在高中物理教学过程中,为了更好地培养学生建模能力,教师要引导他们渗透模型中的科学思想,让其掌握科学思维方法,这样才能在遇到物理问题后尽快思考并分析建模,以相应的物理模型来辅助解决问题。

例如,物理研究中经常会用到的一种思维方法,那就是“理想化处理”。因此也产生了许多相应的模型,在运用该思维方法时,研究者为了让主要因素对研究对象的影响更加合理化,往往会将次要因素忽略,使对象处于理想化状态。如在许多实验中,那细腻光滑的平面、质量可以忽略不计的轻绳、忽略了物体大小和形状的质点或质心、假设物体在运动中变形很小或忽略不计的刚体、运动中没有空气阻力的自由落体运动、不考虑阻尼振动的简谐运动等。物理学科中理想化处理的例子很多,这些都是运用理想化思维研究问题而得到的。教师要引导学生体会模型的构建过程,从而掌握构建方法,理解物理的本质。

结语

综上所述,物理学科由于抽象性较强,有史以来一直都是高中教育中的难点现象。而许多学生因为思维能力较差,难以理解较为复杂的物理知识和问题。针对这种情况,教师可以引导学生构建物理模型,降低学习难度,同时还可运用物理模型解决问题,培养学生的知识运用能力与问题解决能力。

参考文献

[1]黄月勇.基于学习进阶的高中物理课堂建模能力培养实践——以“超重和失重”为例[J].华夏教师,2020(11):72-73.

[2]雪飞虎.依托多样化建模方式 发展学生科学思维——高中物理多种建模方式的教学操作与策略[J].科技风,2018(29):38.

[3]朱燕明.高中物理教学中从实验到模型教学策略初探——以《了解电容器》为例[J].中国现代教育装备,2013(08):43-44.

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