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? 前言 ? 物理模型是物理學(xué)科的特征，《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》明確提出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中就包涵“模型建構(gòu)”這一要素。關(guān)于物理模型教學(xué)，號主有多年的思考研究，也發(fā)表了若干篇論文，近期將連續(xù)分享，敬請同仁批評斧正，也歡迎大家引用、轉(zhuǎn)載。轉(zhuǎn)載請注明出處，引用格式如下： ??江秀梅，劉大明. 物理建模與物理解模教學(xué)探究——以“輕物”模型教學(xué)為 例【J】.課程教學(xué)研究，2018（09）：76—80 一、物理模型概述 ( 一) 物理模型的內(nèi)涵 物理模型是反映原物 ( 物體或事物) 某方面本質(zhì)特征的理想物質(zhì) ( 過程) 或假設(shè)結(jié)構(gòu)，是對實際問題進行科學(xué)地抽象化處理結(jié)果，運用了忽略次要因素，突出主要因素的簡化方法，有利于對實際問題的分析和研究。物理模型始于原物 ( 對原物的結(jié)構(gòu)特征、運動狀態(tài)觀察、分析和抽 象) 而有別于原物，最終又歸宿于原物 ( 基本與原物的某方面的結(jié)構(gòu)特征、運動狀態(tài)相吻合) ，有利于對原物的認(rèn)識和研究。物理模型有廣義和狹義之分，廣義的物理模型對應(yīng)于某種理論，包含基本概念、基本規(guī)律在內(nèi)的系統(tǒng)性的科學(xué)知識體系; 狹義的物理模型是反映特定問題的理想化模型。狹義的物理模型又分為對象模型、條件模型和過程模型。［3］ ( 二) 物理模型的思維特點 物理模型最核心的思維方法是，忽略次要因素突出主要因素的簡化方法。對原物的認(rèn)識和研究是十分復(fù)雜的，具有眾多的因素，哪些因素是主要因素，哪些因素又是次要因素呢? 這取決于所要研究的問題。研究問題不同，這些眾多因素的地位也就不同，某個因素在這個問題中原本為主要因素，但在另一個問題中可能變?yōu)榇我蛩?。反之亦然?？梢?，物理模型不是原情境的全部?/span>是為了順利研究某個特定問題而純化了的理想模型。根據(jù)所研究的問題確定各因素地位時，往往還要使用直接法、抽象法、類比法、理想法和等效替代法等思維方法。［4］ ( 三) 物理模型的意義 物理模型是現(xiàn)象與理論的中介，以解決問題為目的，以發(fā)展物理概念，演繹推理形成物理理論為歸宿，是物理學(xué)家開展科學(xué)研究的普遍性思維方法，是科學(xué)知識發(fā)展的重要驅(qū)動力。物理模型的價值對于物理學(xué)家而言是十分明確的，但物理學(xué)家的模型與學(xué)生理解的模型是不一樣的，通過模型的建構(gòu)教學(xué)可以幫助學(xué)生聚焦問題、建構(gòu)知識，在學(xué)科的范疇下進行問題解決。［5］在中學(xué)階段，開展物理模型建構(gòu)教學(xué)也具有重要的教育教學(xué)價值?；蛟S正是基于此，模型建構(gòu)定位為高中物理核心素養(yǎng)中的一個重要要素。 作為高中物理核心素養(yǎng)之一的科學(xué)思維，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，其中模型建構(gòu)是最核心的要素，因為在模型建構(gòu)的過程中需要科學(xué)推理和科學(xué)論證等要素的參與，建構(gòu)模型后還需要針對實際問題進行反饋性批判，又需要質(zhì)疑創(chuàng)新要素的參與。雖然反對學(xué)科核心素養(yǎng)和中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)簡單對應(yīng)，但從某種比較意義上而言，物理學(xué)科核心素養(yǎng)無疑在培養(yǎng)科學(xué)精神方面的素養(yǎng)最為密切和重要。 綜上所述，物理模型教學(xué)在培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)和中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)方面具有重要的作用，中學(xué)物理教師應(yīng)當(dāng)高度重視物理模型教學(xué)，這也是物理教師的使命。 二、物理模型的建構(gòu) ( 一) 物理建模定義 物理模型的建構(gòu)，簡稱為物理建模。所謂物理建模，就是為了解決實際問題，從原物中提取主要因素、忽略次要因素，對原物進行簡單化、純粹化和理想化，最終構(gòu)建一個代替原物的理想物質(zhì) ( 過程) 或假設(shè)結(jié)構(gòu)的過程。 ( 二) 物理建模思維程序 物理建模過程是一個有規(guī)律可循的思維過程，它是以實物原型為研究對象，以實際問題為研究內(nèi)容的科學(xué)探究過程?？捎脠D 1 思維模型來說明這一過程。 四、輕物模型教學(xué)案例 ( 一) 教學(xué)內(nèi)容分析 輕物模型是高中物理試題中經(jīng)常出現(xiàn)的理想化模型，如輕桿、輕繩、輕彈簧、輕板 ( 質(zhì)量忽略不計的小車) 等。很遺憾，教材并沒有介紹此類模型，導(dǎo)致不少教師對這一模型缺乏深入研究，存在理解有偏差、講授不到位等現(xiàn)象。在講解習(xí)題時，表現(xiàn)出重記憶、輕理解的強勢灌輸現(xiàn)象。其根本原因是，教師模型意識淡薄、建模和解模能力很薄弱。輕物模型如此常見，教師應(yīng)當(dāng)借此機會，通過對輕物模型的深度教學(xué)，深入理解輕物模型的動力學(xué)規(guī)律，促進師生物理建模和解模能力的提高。 ( 二) 教學(xué)過程簡述 1． 親身實驗，形成初步形象 把教學(xué)用細繩、彈簧、桿發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生用手托舉，問問學(xué)生的感受: 絕大多數(shù)學(xué)生用詞會含糊，回答說: “輕?！痹僖龑?dǎo)學(xué)生，你們說的 “輕”是指什么小呢? 有些學(xué)生會說，重力小，有學(xué)生會說質(zhì)量小。 設(shè)計意圖: 形成模型的初步的具體的形象，啟動學(xué)生思維 ( 結(jié)論對錯，無關(guān)緊要) 。 2． 以繩為例，體驗建模過程 準(zhǔn)備器材: 柔軟的細繩 ( 質(zhì)量小) 和金屬鏈條 ( 質(zhì)量大) 各一條，拉力傳感器兩個，小物塊一個。 定性探究: 要求學(xué)生拿著兩端拉直，雙手高度相同和不同兩種情境下感受雙手拉力的大小。 拉繩時，兩種情境下，雙手拉力大小都相等; 拉金屬鏈條時，等高情境雙手拉力大小相等，不等高情境雙手拉力大小不等，高處拉力大，低處拉力小。引導(dǎo)學(xué)生分析導(dǎo)致結(jié)論差異的原因: 有學(xué)生會說質(zhì)量一大一小不同，有學(xué)生會說重力一大一小不同。再問: 以上兩個原因有本質(zhì)區(qū)別嗎? 在什么樣的情境下可能區(qū)分兩者的差異? 設(shè)計意圖: 建立 “兩端拉力” 的目標(biāo)形象， 啟動定量探究愿望，確立探究方向。定量探究: 兩端都掛上拉力傳感器，一端拴接物塊，另一端用手拉著，使得物塊在水平面上勻速運動和加速運動。拉繩時，兩種運動情境兩個拉力傳感器拉力總是相等; 拉金屬鏈條時，勻速運動情境，兩個拉力傳感器拉力相等，加速運 動情境，手側(cè)端拉力傳感器示數(shù)大于物塊端拉力傳感器的示數(shù)。引導(dǎo)學(xué)生分析，兩端拉力傳感器大小相同與否跟什么因素有關(guān)? 加速度不同時， 導(dǎo)致拉力傳感器大小是否總相同的因素是什么? 最終結(jié)論是，柔軟繩兩端拉力總相同的原因是其質(zhì)量很小，可以忽略不計; 質(zhì)量不可忽略時，兩端拉力在變速運動時，拉力大小不相等。 師生互動: 無論在什么運動情境下，繩兩端的拉力大小總相等或者其微小差異可以忽略，這樣的繩稱之為輕繩。這里的 “輕”是指什么小且小到可以忽略? 答: 質(zhì)量小到可以忽略。我們把質(zhì)量可以忽略的物體，稱之為輕質(zhì)物體模型，簡稱輕物模型。例如，輕彈簧、輕桿、輕木板等， 都是理想化的輕物模型。 設(shè)計意圖: 引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷輕物模型的建構(gòu)思維過程，幫助學(xué)生體驗物理建模過程，提高建模意識和能力。 3． 理論分析，提高解模能力 輕繩兩端拉力大小為什么總相等? 輕物模型具有什么共同特點? 質(zhì)量可以忽略，還會導(dǎo)致其他物理量可以忽略嗎? 輕繩、輕彈簧、輕桿還有各自獨特的特點嗎? 分析產(chǎn)生這些獨特特點的原因。 設(shè)計意圖: 進一步拓展實例，提高學(xué)生物理解模能力。 4． 運用舉例，提高用模能力 |
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