与初级阶段的物理教材相较,高级阶段的物理教材更具有深奥性与复杂性,这对学生的逻辑推理技巧提出了极大的挑战。此外,由于高级阶段的教材内容较简单,而且文字较丰富,这不可避免地提升了学生对于物理概念的掌握困难,导致他们在学习过程中感到极其疲惫。在高三物理复习阶段,大量的综合问题频繁出现,这让许多学生感到束手无策。因此,通过建立模型,能够有效地辅助他们掌握物理知识,培养明确的物理思考,逐步简化复杂的物理概念,寻找解答物理问题的策略,进一步提升他们在学习过程中的自信,找到在物理学习中的有效途径,从而提升他们的学习效果和品质。这篇文章深入研究了如何提升学生的物理建模能力,并且期待能对高中物理教育的进步产生积极影响。
一、基于物理核心素养的学生物理建模能力的现状
物理核心素养是指学生掌握的在物理学科中最重要、最基础、最根本的、最具有一般意义的知识、技能和情感态度,它是学生物理学习过程中的基础和关键,也是物理学科质量评价的标准。而学生的物理建模能力则是指学生在物理学习中将所学的物理知识、物理模型以及物理实验技能等方面应用于具体的实际问题中去,通过建立、调整、分析和验证物理模型的过程,不断优化和提高自己的物理能力。
当前,由于教育部门的不断加强和改革,学生物理核心素养的水平在不断提高,相应的,学生的物理建模能力也有所提高。然而,在实际教学中,仍存在一些问题:
首先,学生物理核心素养的提高并不一定能够转化为学生的物理建模能力的提高。物理学科不仅涉及到具体的物理实验技能和物理理论知识,还需要学生自己去思考和发现问题。而这一点在传统的物理教学中往往没有得到很好的发挥。因此,教师需要采用更加灵活多样的教学方法,促进学生自主思考和发现问题,进而提高学生的物理建模能力。
其次,学生的物理建模能力在不同学生之间存在差异。由于学生的个体差异和学习环境的不同,有些学生的物理建模能力比其他学生更强。因此,教师应该采用个性化的教育方法,针对不同学生的特点,制定不同的教学计划,促进学生物理建模能力的提高。
最后,学生的物理建模能力需要不断地在实践中进行锤炼和提高。物理建模不是一蹴而就的,需要学生在不断地实践和尝试中进行积累和提高。因此,教师需要采用更加具有实际意义的教学方式,将物理学科与实际问题结合起来,让学生在实际中进行物理建模的实践,进而提高学生的物理建模能力。
总之,学生的物理建模能力是学生物理学习中的重要组成部分,其水平的提高需要教师采用多样化、个性化的教学方式和方法,让学生从实践中进行锤炼和提高,并将物理学科与实际问题结合起来,促进学生物理建模能力的提高。
二、物理建模能力的培养
1.对象模型———培养学生思考能力
物理对象是物理教学中的一个重要定位,通过建立对象模型,能够使所研究的物理对象简化,从而采用更加有效的方式提高学生对物理知识的理解能力。许多学生认为物理知识难以理解,这是由于他们缺乏将物理对象简化的能力,在听课过程中对物理知识的理解不够深入,在课下做题时仍然迷茫,无法通过有效的方式来提高自身对物理知识的掌握程度。因此,教师应该教会学生物理建模,通过建立对象模型来使物理知识变得更加清晰,使物理解题思路能够变得一目了然,使学生能够很容易找到解决问题的方法。
例1:有一定质量的理想气体,处在 A 状态时,温度为 tA = 57℃ , 气体从状态 A 等容变化到状态 M, 再等压变化到 状态 B, A、 M、 B 的 状态参量 求:
(1)状态 B 的温度;
(2)求 A 到 B 气体对外所做的功.
解析:由题目可知,本题需要应用到理想气体状态方程,因此需要学生们进行理想气体模型构建,使学生们能够在对象模型中找到解决问题的方式。从“理想气体”这几个字可以想到本题的解答忽视了分子自身的大小、分子之间的相互作用力以及分子势能,因此可以用理想气体状态方程完成对问题的解答。
(1)从 A 状态到 M 状态是等容变化, 所以不做功;从 M 状态到 B 状态是等压变化,所以做的功为
这道题如果学生仅仅凭文字描述,无法充分认识到气体对外做功的过程,因此也无法找到解题的思路和方法。因此,通过建立对象模型,学生可以培养出良好的物理思维能力,使其对物理解题思维更加清晰,从而有效地解决物理问题。
2.过程、状态模型——培养学生运用模型能力
物理学科中经常会涉及到很多过程和状态的分析,学生需要拥有这方面的抽象思维能力,从而能够在脑海中对过程和状态进行推理,找到解决问题的良好思路。但是很多学生并不具备这种能力,因此需要借助过程、状态模型来帮助学生进行分析和思考,使学生能够充分理解题目的含义,提高解决问题的速度。在高考的时候,解题的速度能够为学生节省大量的时间,从而更好地帮助学生取得良好的成绩。
例2:北京至成都的国道上,存在一段仅允许一辆车通行的山间小径。A、B 两辆车沿着此路线朝着相同的方向前进,A 车的时速是 10m/s, B 车的时速则是 30m/s,B车紧跟A车。因为空气中的雾霾较重,B车在前进的路上,一直走了600米,才意识到A车,因此立刻紧急刹车。然而,考虑B车的制动范围,只有等B车彻底停止,它还需继续前进1800米。假设A车并未察觉B车的存在,仍旧保持其原始的速度,B车与A车之间可能会出现碰撞呢?
分析表明,这是一道典型的运行追踪问题,解决这类问题的主要方法是对两辆车的运动特性进行深入分析。但是很多学生仅仅凭借对文字的思考,很难对整个过程进行分析,因此需要通过物理建模的方式,将两辆车简化成两个点,忽略车的大小和形状,从而建立起相应的物理模型。通过画图的方式将物理模型展现出来,学生就能够对整个物理过程一目了然,从而很容易找到解决问题的思路。在开展运动过程分析的时候,可以通过画如下示意图的方式找到问题的答案。
当B车减速到与A车的速度相同时,所需时间为:v'B=vB-aBt,则t=80s;在这段时间内A车的位移为:xA=vAt=800m,B车的位移为
所以,此时的xB=vBt-aBt2=1600m的关系为:xB=1600m>xA+x0=1400m,因此可以得出两车在速度相同前就已经相撞了。
通过此题,学生可以通过加强相同题型的训练,学会动态的建模过程,从而使学生能够学会分析过程、状态模型,更加高效地找到解题思路。
结束语
在开展物理核心素养培养的过程中,教师需要对学生进行科学思维的培养,通过加强学生建模能力,使学生能够在物理学习的过程中将物理知识化繁为简,从而提高学生进行物理学习的效率和质量。学生在开展物理学习的过程中要能够充分利用建模能力来提高自身对物理问题的解决能力,从而发现物理学习的乐趣。而在此过程中,用到最多的是建构主义理论,教师可以在建构主义理论的帮助下,完成对建立模型能力的提高,从而为学生物理建模能力的提高做出了贡献。学生在学习过程中,应当充分利用物理相关概念,提升自身的逻辑分析能力,锻炼物理思维,不断提高物理核心素养,以便在物理学习中更加熟练,并能够找到将复杂物理知识简化的思路,从而有效地提升学生物理学习能力和物理水平。
参考文献:
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