依托多样化建模方式发展学生科学思维

摘要：物理模型的建构是形成科学思维的重要基础和有效方法，而高中物理教材中建模方法十分丰富，应深入建模方式方法，采取合理的策略，才能让学生更好地体验建模过程，掌握建模方法，逐步形成建模思想，发展学科思维能力。

关键词：物理模型；建模意义；建模方法；建模策略

高中物理模型建构，是教学的重要内容，更是发展学科思维的重要途径。要把握建模策略，让学生了解建模的意义与作用，体验建模的思维角度和思维过程，领会建模思想方法，逐步培养思维能力。

一、还原物理史本色，挖掘建模的作用与意义

（一）从物理学史入手，了解模型作用

光学中，从光束抽象出“光线”模型后，为量化研究光现象奠定了基础，才能通过实验、借助几何手段来描述反射、折射等一些列规律，从而诞生了几何光学。学生了解光线的历史地位和作用，会很好地把握这种思维的方式，从而建好用好光学模型。这样的史实在物理学中十分丰富，作用显著。

（二）从问题入手，挖掘建模意义

“质点”模型的建立，是通常物体都有一定的形状与体积，在坐标系中描述物体位置时，出现了“困难”。可以引导学生思考：“能否将物体看做一个几何点”等问题，学生会发现，很多情况下物体的体积和形状是无关或次要因素，完全可以把它看成有一定质量的“几何点”，就可以简单地描述其在坐标系中的具体位置；再经过研究质点的位置变化、位置变化快慢等问题，而认识到质点的建立是量化研究高中运动学的基础，使学生较好地把握以质点为起点，研究位置、位移、速度、加速度等概念的路径，不仅有利于该运动模型的建立，更有利于运动学知识体系的建构。

（三）从矛盾入手，挖掘建模价值

原子的核核结构模型，汤姆生的猜想与实验结果大相径庭。这个突出的矛盾引发人们深入思考。通过对α粒子的在通过金箔时的“行为”特点分析，得出核式结构模型。使学生了解研究微观世界的方式与方法，领悟模型的价值。

（四）从科技发展入手，挖掘深远影响

通过回旋加速器的发明历史的研究，使学生领会到：用人工的方式打开了研究微观物质世界的大门，将人类认识世界的手段提高到新的境界，有著其深远的意义和影响。

二、多视角、多方法建模，提高学生思维能力

教学中，要以多视角切入，根据模型特点，采用不同的方式、方法进行建模并丰富的建模方法。

（一）从理论出发，抽象模型

比较典型的是平抛运动模型。教材是从水平和竖直方向的受力特点出发得出的结论。这不仅有利于模型的建立、体现“变曲为直”的思想方法；再经过验证验证，使分解与合成的思想的建立更加严谨，同时，也渗透了力的独立作用原理。

（二）从体验出发，感知模型

体验是认知起点，如横波模型。让学生手牵手（各质点）站成一排“模拟”横波传播过程，体验后一个质点“模仿”前一个质点的“行为”，而质点并不迁移，使学生得到初步的感性认识；以此为基础，再利用“绳波”和横波演示仪、教学视频等的演示及研究，建立起波动在时间和空间上表现出周期性，并传递运动形式与传播能量的清晰模型。

（三）从实验出发，探究或验证模型

这是建模的最根本的方法之一，很多模型都是在实验探究的基础上形成的。再如平抛运动，教材先用平抛竖落仪进行验证，但该实验只能粗略地证明平抛运动的竖直分运动与自由落体运动的关系，由此得出的结论显然说服力不够充分，所以教材又设计了对平抛运动频闪照相的照片进行分析，搞清楚两个分运动的性质，让教学更严谨和有说服力。

（四）从实际出发，归纳模型

如弹簧模型。在教材设计的实验探索中，学生得出F=kx的规律并不困难，教师还必须引导学生：竖直悬挂弹簧实验时，若弹簧的自重较大，上述规律是否成立？学生会发现弹簧自重的影响，认清“轻弹簧”的条件，从而将弹簧分为“轻弹簧”和“重弹簧”两类模型；还可以就重弹簧进行深入研究，使学生的认知更加完整和深入；这样拓展学生思维的视角，有利于学科思维能力的提高。

（五）从方法出发，形成模型

就拿匀速直线运动来说，在采用实验探究法的基础上，还用了多样的数据处理、微分、积分等方法，才能建立起完整的“匀变速直线运动”模型，对刚刚入学的学生来说，掌握起来既复杂又困难。要充分考虑学生认识水平和基础，注意多采用类比、比拟等方法帮助学生理解，并分阶段逐步完成。

（六）从表述出发，描述模型

理想气体，是状态模型。在实验的基础上，得出的结论可以用文字、公式以及图像表述，其中，公式和图像描述方式又有多种。学生完全熟练把握多种描述方法并不容易，要分类、分步研究；另外，解题应用中要突出方法选择的意识培养，等等。

（七）从模拟出发，建构模型

有很多模型，难于或无法直接观察，教材就采用模拟的方法帮助学生建立模型。如原子核式结构、电场、磁场和分子热运动等各类模型，突出了直观性、形象性，便于学生掌握，在解决教学疑难问题时均可借鉴。

（八）从迁移出发，拓展模型

带电粒子在电场中的“类平抛运动”。经过电场力与重力大小的比较，抽象出带电粒子重力可以不计的实物模型后，随即可将平抛运动的经验进行迁移，建立起类平抛运动模型，实现模型的进一步拓展，并且使学生领会到“类化”方法处理问题、记忆规律的优越性。

三、把握操作策略，增强建模的实效性

教学中，尽管建模的方式方法有所不同，但都采取了以下几个操作策略。

（1）体验性策略。学生对模型建构要有最基本的切身体验。利用学生的感知觉、亲身经历和实践经验，作为建模的基础；以物理思维过程的体验为核心的建模才有实效。（2）事实性策略。尊重物理学史原貌，“还原”真实发现过程并体现建模学科思维价值和思想价值。（3）实验性策略。物理学的基石在于实验，又是培养学科能力和科学态度基本途径，要发挥发挥探究和验证实验的作用。（4）问题性策略。要进行问题情境创设，以问题驱动思维进行建模，在问题解决中提高学科思维能力。（5）深刻性策略。就是引导学生认识物理模型本质。学生体验、实验和思维的基础上把握内在联系，深刻领会学科特点和实质。

总之，教师需要依托教材，采取必要的操作策略，研究建模方法、挖掘建模思想，以提高自身的水平和学生的学科核心素养。

参考文献：

[1]张恩德.论科学历史任务的学科核心素养价值[J].中学物理教学参考，2018（5）：510.

[2]王鹏.物理模型在课堂教学中的作用与实施策略[J].中学物理，2017（3）：1415.

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