核心素養(yǎng)下的高中物理建模能力的培養(yǎng)策略

王文英

高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，而“科學(xué)思維”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)一個重要的關(guān)鍵能力，科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，其中建構(gòu)物理模型是關(guān)鍵要素。

一、建構(gòu)物理模型的基本方法

構(gòu)建物理模型的抽象概括過程，就是要求學(xué)生學(xué)會從物理學(xué)的視角發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，每一個具體物理問題所描述的物理現(xiàn)象或過程，都對應(yīng)著一定的物理模型，通過對研究對象的受力情況、狀態(tài)特征以及運(yùn)動變化過程的分析，結(jié)合物理規(guī)律，才能選擇出一個合適的模型。

建立物理模型可以以形象思維為切入口，把物理語言轉(zhuǎn)變?yōu)閳D形，使抽象問題形象化，借助于想象建立物理模型。想象是一種高級的形象思維活動，是在頭腦中把新舊知識和科學(xué)概念進(jìn)行加工和重新組合，建立新形象的過程。圖形和想象的通力配合及綜合運(yùn)用是建模的一個關(guān)鍵點(diǎn)，它可以使物理模型建立最佳。物理建模的另一關(guān)鍵點(diǎn)是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，把復(fù)雜的物理語言轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)基礎(chǔ)語言，能夠使物理變得形象化和簡單化。

二、建構(gòu)物理模型的基本策略

策略一：確定研究對象、提煉問題條件

中學(xué)物理問題一般是由文字、圖表等形式加以呈現(xiàn)的，準(zhǔn)確地理解題意，抓住題干中的關(guān)鍵詞句，明確研究對象；接著發(fā)掘問題中已知或隱含的條件，對問題展開定性的分析；再采用適當(dāng)?shù)姆绞疆嫵鍪疽鈭D，并標(biāo)注出各已知量。

策略二：轉(zhuǎn)化物理問題、建構(gòu)物理模型、形成解題思路

根據(jù)研究對象的物理狀態(tài)及其變化過程的分析，建立與之相對應(yīng)的過程模型或系統(tǒng)模型，抓住問題的已知或隱含的條件，形成明確的解題思路，找到解決問題的相應(yīng)規(guī)律。

策略三：應(yīng)用物理規(guī)律、確立數(shù)量關(guān)系

運(yùn)用與該物理模型相應(yīng)的物理原理、規(guī)律、公式等，建立物理量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，依據(jù)問題要求解相關(guān)物理量即可。

三、建構(gòu)物理模型的具體應(yīng)用

例1.（2018年新課標(biāo)全國I卷18）如圖，abc是豎直面內(nèi)的光滑固定軌道，ab水平，長度為2R；bc是半徑為R的四分之一圓弧，與ab相切于b點(diǎn)。一質(zhì)量為m的小球，始終受到與重力大小相等的水平外力的作用，自a點(diǎn)從靜止開始向右運(yùn)動，重力加速度大小為g。小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動到其軌跡最高點(diǎn)，機(jī)械能的增量為 （ ）

首先分析文字信息，抓關(guān)鍵字詞句，試題的問題是“小球從a點(diǎn)開始運(yùn)動到其軌跡最高點(diǎn)”和“機(jī)械能的增量”。 前提條件是“最高點(diǎn)”，必須確定運(yùn)動過程找到軌跡的最高點(diǎn)，核心問題是求“機(jī)械能的增量”，即必須求除重力以外其他力做的功，而其他力即為水平外力，這是已知的，所以找到該力方向上的位移， 則問題得以解決。

其次確定研究對象，分析物理運(yùn)動過程及其受力情況，構(gòu)建物理情境，畫示意圖。小球在光滑水平面上受水平的恒定外力做勻加速直線運(yùn)動，外力做正功，然后繼續(xù)在水平恒力的作用下滑上圓弧，此過程水平外力做正功，重力做負(fù)功，且兩者數(shù)值相等，b和c兩點(diǎn)速率相等。小球離開c點(diǎn)后，豎直方向做豎直上拋運(yùn)動，水平做勻加速直線運(yùn)動，兩個方向的運(yùn)動具有獨(dú)立性和等時性，因此可以找到“軌跡最高點(diǎn)”，也可以找到“該力方向上的位移”。這些模型都是學(xué)生常見的典型模型，找出判別條件建立模型，借助數(shù)學(xué)運(yùn)算，得出結(jié)果。因此物理情境是建模過程中思維轉(zhuǎn)化的核心，建模是得出正確結(jié)果的保證。

例2.（2014年新課標(biāo)全國I卷17）如圖，用橡皮筋將一小球懸掛在小車的架子上，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)使小車從靜止開始向左加速，加速度從零開始逐漸增大到某一值，然后保持此值，小球穩(wěn)定地偏離豎直方向某一角度（橡皮筋在彈性限度內(nèi)）。與穩(wěn)定在豎直位置時相比，小球的高度（ ）

A.一定升高 B.一定降低 C.保持不變

D.升高或降低由橡皮筋的勁度系數(shù)決定

首先分析文字信息，抓關(guān)鍵字詞句，試題的問題是“與穩(wěn)定在豎直位置時相比”和“小球的高度”。

其次確定研究對象，分析物理運(yùn)動過程及其受力，構(gòu)建物理情境，畫示意圖。小球初始時“系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)”， 穩(wěn)定在豎直位置即彈力等于重力，后來“加速度保持此值，小球穩(wěn)定地偏離豎直方向某一角度”，水平方向是因?yàn)樾∏螂S小車一起水平加速的原因，但豎直方向依然靜止，因此彈力的豎直分量依然等于重力，即橡皮筋伸長量的豎直分量不變，這樣可以不用計(jì)算就可以判定選擇答案A。

“一核四層四翼”是高考命題的指導(dǎo)思想題，關(guān)鍵能力和學(xué)科素養(yǎng)是重要的評價體系。我們通過建構(gòu)物理模型地不斷訓(xùn)練，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，從基本的收集有效信息能力，正確讀懂題意，爭取把思維的每一步都清晰化，提升大腦的概念轉(zhuǎn)化速度與概念分辨能力，達(dá)到運(yùn)用能力和分析綜合能力的提升，最終實(shí)現(xiàn)“科學(xué)思維”關(guān)鍵能力的提升。

（作者單位：江西省南昌市第三中學(xué)）