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
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