構(gòu)建模型 發(fā)展物理核心素養(yǎng)

張 煜

（江蘇省栟茶高級(jí)中學(xué)，江蘇南通 226406）

引 言

搭建物理模型可以將物理知識(shí)變得十分具象，幫助學(xué)生加深對(duì)于物理知識(shí)的理解，完成知識(shí)遷移做到學(xué)以致用，避免學(xué)生畏懼物理知識(shí)的心理。物理模型的搭建思路主要是在某種特定情況下，根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)以及做題的方向提出理想性的假設(shè)，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象分析，提煉問(wèn)題的本質(zhì)特征，辨別矛盾的主次因素，從而完成物理模型的構(gòu)建，之后再實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所建模型是否準(zhǔn)確，將知識(shí)進(jìn)行遷移[1]。

一、理想抽象，把握本質(zhì)特征

高中物理的各種物理定律或者物理概念的定義含混難懂，學(xué)生不能很熟練地把握住知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)特征，這就令很多學(xué)生感到畏懼。因此，為了使其理解起來(lái)更加容易，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該合理地搭建物理模型，對(duì)知識(shí)進(jìn)行理想的抽象，透過(guò)表象抓住物理現(xiàn)象或者物理概念的本質(zhì)，借此搭建相關(guān)的物理模型，幫助學(xué)生理解記憶。

在講到圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)的知識(shí)概念時(shí)，學(xué)生對(duì)書中關(guān)于圓周運(yùn)動(dòng)具有的各項(xiàng)性質(zhì)及各個(gè)概念的定義十分難理解。比如，角速度ω即做圓周運(yùn)動(dòng)的物體在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的角度，即速度v為該物體單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)的距離即。教師在講課時(shí)可以借助圓規(guī)的原理構(gòu)建圓周運(yùn)動(dòng)的物理模型。在使用圓規(guī)畫圖的過(guò)程中，一秒的時(shí)間內(nèi)鉛筆在紙上畫出的圓弧長(zhǎng)度即是圓周運(yùn)動(dòng)的線速度，而鉛筆與中心針的連線所走過(guò)的角度就是圓周運(yùn)動(dòng)的角速度。在搭建了這一物理模型之后，學(xué)生再遇到有關(guān)角速度與線速度的問(wèn)題就能迎刃而解了。題目如下：判斷由一個(gè)傳送帶連接起來(lái)的兩個(gè)不同半徑的滑輪上的兩點(diǎn)的線速度的大小關(guān)系。根據(jù)這一模型，學(xué)生就能夠迅速地想到兩個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的單位時(shí)間內(nèi)畫的線的長(zhǎng)度相同，因?yàn)閮蓚€(gè)滑輪是通過(guò)同一條傳送帶相連接，所以傳送帶的運(yùn)動(dòng)速度跟兩個(gè)滑輪各點(diǎn)上的線速度一致。而兩個(gè)滑輪的半徑R不同,所以兩點(diǎn)的角速度不同，并且得出ω和v以及半徑R的關(guān)系：V=ω*R。

可見，在圓周運(yùn)動(dòng)教學(xué)中通過(guò)圓規(guī)模型的構(gòu)建對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)的概念和性質(zhì)進(jìn)行理想抽象，能夠使物理知識(shí)變得十分生動(dòng)形象，并且將該知識(shí)點(diǎn)所涉及的物理本質(zhì)揭示出來(lái)，易于學(xué)生的理解吸收，幫助學(xué)生靈活掌握，做到舉一反三，真正地將圓周運(yùn)動(dòng)這一節(jié)所要學(xué)會(huì)的內(nèi)容學(xué)會(huì)學(xué)透，從而達(dá)到十分顯著的教學(xué)效果。

二、抓住矛盾，分清主次因素

物理這門課程所要講授的就是各種各樣的物理現(xiàn)象的基本原理以及事物之間的關(guān)系，然而因?yàn)楦鱾€(gè)事物之間所具有的復(fù)雜的聯(lián)系，導(dǎo)致對(duì)物理現(xiàn)象的分析變得十分困難，使物理模型構(gòu)建變得復(fù)雜混亂[2]。因此，想要正確清晰地分析物理現(xiàn)象就一定要分清主次，抽取某一現(xiàn)象中的主要信息，忽視次要的因素，從而合理構(gòu)建物理模型。

比如，在進(jìn)行物體的受力分析這一專題總結(jié)時(shí)，需要學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)透對(duì)于幾種物體之間的力的相互作用關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地畫出受力分析圖。因?yàn)楦鱾€(gè)物體的受力情況十分復(fù)雜，因此在分析時(shí)一定得分清主次，提取主要的信息進(jìn)行分析。在分析過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)：要分析的物體既受到了其他物體施加的力，又向其他物體施加作用力。此時(shí)，一定要弄明白在分析的是哪個(gè)物體的受力情況，只要對(duì)該物體的受力進(jìn)行分析即可，而不用管它是否給其他物體作用力，然后分別對(duì)每個(gè)物體畫出其受力分析情況。又如，若要求分析一個(gè)放置在斜坡上的矩形物體的受力情況，就不用考慮該物體對(duì)斜坡表面的壓力，只需分析其所受的重力G=m*g、斜坡給的彈力T=m*g/cosθ，以及斜坡表面的靜摩擦力f=K*T，并且這三個(gè)力在以斜坡表面為橫軸的坐標(biāo)系中分配后，會(huì)發(fā)現(xiàn)物體所受合力恰好為零。

通過(guò)幫助學(xué)生搭建這樣一個(gè)快速的、對(duì)物體進(jìn)行受力分析的物理模型，能夠幫助學(xué)生加深對(duì)于物體受力情況分析的理解，在以后的做題中靈活應(yīng)用它將提高自己的解題效率?？梢?，對(duì)于一些情況比較復(fù)雜、物體之間的關(guān)系較煩瑣的問(wèn)題，要辨別問(wèn)題的主要矛盾，抓住主要因素進(jìn)行分析，就可以簡(jiǎn)單地建立起物理模型。

三、提出假設(shè)，應(yīng)用已有知識(shí)

在高中物理的學(xué)習(xí)中，我們往往只是學(xué)習(xí)了某種特殊情況下的理論知識(shí)，因此，在做題中遇到一些問(wèn)題時(shí)就需要我們自己提出假設(shè)，假定題目中的物理現(xiàn)象就處于我們所學(xué)過(guò)的某一種特定情況，從而運(yùn)用所學(xué)過(guò)的知識(shí)搭建相關(guān)的物理模型，然后可以快速地解答[3]。

例如，在做到有關(guān)彈簧彈力的問(wèn)題時(shí)，題目如下：有一彈簧上端固定，下端連接一個(gè)質(zhì)量為mkg的物體，此時(shí)伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，若用手往下拉一段彈簧，使其總的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度為L(zhǎng)+ΔL，然后突然松手，問(wèn)松手瞬間彈簧對(duì)物體的彈力為多少？遇到這種問(wèn)題我們很自然地就會(huì)想到胡克定律這一物理知識(shí)模型，不過(guò)胡克定律是建立在彈簧的彈力系數(shù)為一固定值的情況下才適用的，因此我們必須假設(shè)，該彈簧的彈力系數(shù)固定，然后才可以作答。在手突然松開的瞬間，彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度依然為L(zhǎng)+ΔL，并且在彈簧只掛一重量為m的物體時(shí)拉長(zhǎng)L，由此條件根據(jù)胡克定律可以求出該彈簧的系數(shù)K=mg/L，所以可得此時(shí)彈力大小為

教師在進(jìn)行物理模型的搭建時(shí)，結(jié)合已學(xué)過(guò)的知識(shí)提出理想性的假設(shè)，可以很好地簡(jiǎn)化問(wèn)題的難度，使其適應(yīng)學(xué)生所掌握的知識(shí)水平，這樣可以幫助學(xué)生更快和更好地掌握相關(guān)知識(shí)的結(jié)構(gòu)框架，迅速了解這一物理模型的構(gòu)建方法，以及該模型在具體做題過(guò)程中的使用方法。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，培養(yǎng)遷移能力

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科發(fā)展的核心，因此物理的教學(xué)也不能離開物理實(shí)驗(yàn)的支持。在課堂上引導(dǎo)學(xué)生開展一些簡(jiǎn)單的自主實(shí)驗(yàn)，在完成實(shí)驗(yàn)的同時(shí)完成對(duì)某一物理知識(shí)點(diǎn)的模型搭建，并且在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中使學(xué)生們領(lǐng)會(huì)所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)其中所存在的物理規(guī)律，從而做到更好的掌握，完成知識(shí)的遷移，進(jìn)而做到學(xué)以致用。

比如，在講授有關(guān)光的波粒二象性時(shí)，學(xué)生大多是第一次接觸到有關(guān)光的知識(shí)，尤其是新接觸偏振這一現(xiàn)象，學(xué)生往往不能夠迅速地理解。這時(shí)，教師可以通過(guò)使用兩塊偏振片，借助簡(jiǎn)單的自主實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生們搭建有關(guān)光的偏振現(xiàn)象的物理模型，使學(xué)生理解光是一種橫波的概念。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：自然光是在各個(gè)方向上振動(dòng)強(qiáng)度相等的光，首先通過(guò)一片偏振片使其只具有一種方向上的振動(dòng)，然后把另一塊偏振片放在前一塊的后面，緩慢地旋轉(zhuǎn)第二塊偏振片，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)后面一塊偏振片的偏振方向與前一塊夾角α=90°或者α=270°時(shí)，I=0,光強(qiáng)最弱；當(dāng)慢慢地轉(zhuǎn)向與前一塊夾角α=0°時(shí)，光強(qiáng)逐漸增加，直到I1=I2，從而驗(yàn)證了光是一種橫波，體現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象搭建出了偏振光的物理模型。

通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生深入地了解光的偏振現(xiàn)象是十分有效的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)光的波動(dòng)性有了更深層次的理解。借助光的偏振這一實(shí)驗(yàn)學(xué)生搭建了有關(guān)光的波動(dòng)性的物理模型，從而完善了對(duì)整個(gè)光的波動(dòng)性的原理以及性質(zhì)規(guī)律的理解。

結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，物理模型的搭建對(duì)學(xué)生快速地掌握物理知識(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中靈活地運(yùn)用物理知識(shí)有著很大的好處。讓學(xué)生們?cè)谖锢砟Ｐ偷臉?gòu)建過(guò)程中去體驗(yàn)物理學(xué)科的知識(shí)體系架構(gòu)，在應(yīng)用模型解答問(wèn)題中去感受該知識(shí)點(diǎn)的本質(zhì)特征，從而潛移默化地提升其物理水平，發(fā)展其物理核心素養(yǎng)。

[1]殷玉.物理模型在高中物理解題中的應(yīng)用探討[J].數(shù)理化解題研究,2017,(25):81-82.

[2]查旸.淺議高中物理模型的建立與應(yīng)用[J].高中數(shù)理化,2017,(14):28-29.

[3]李境祎.物理模型在高中物理解題中的作用探討[J].數(shù)理化解題研究,2016,(31):64.