陈庆贺
广东省佛山市三水区三水中学
摘要：上了高一以后，学生普遍感觉高中物理难学、难做，往往是"课上一听就懂、课后一做就懵"。究其原因，是因为学生不懂得如何把物理问题归类，还没有自觉建立起"物理模型"的意识。特别是高一的力学知识，是整个高中物理的出发点和归宿，掌握好力学模型就能为接下来热学、电磁学等模块知识的学习打下良好的基矗那么，力学阶段包括哪些常见模型？加强对学生建模能力培养的意义何在？本文尝试对以上问题作出回答，并提出在力学学习中有效培养学生的建模能力的几点策略。
关键词：高中力学建模能力培养策略
与初中物理相比，不少上了高中的学生都会抱怨物理难学，简直是一个在天堂、一个在地狱。究其原因，是因为学生不懂得如何把物理问题归类，还没有自觉建立起"物理模型"的意识。
一、物理模型的界定与分类
什么是物理模型？物理模型是一种理想化的物理形态。在研究物理问题过程中，我们常常利用抽象化、理想化、简化、类比等方法把研究对象的物理学本质特征突显出来，形成不同的物理概念或不同的类型体系，即为物理模型。每一个（种）物理模型都会对应着一种或一套相应的物理规律。从本质上讲，解决物理问题的过程，就是要把表面看起来纷繁复杂的问题通过分析、判断、比较，建立起合适的物理图景，然后与已有的物理模型相匹配，再利用熟悉的物理模型去解决不熟悉的物理问题的过程。
在高中阶段，我们可以把物理模型分为两大类：一类是关于研究对象、装置或条件的理想模型（可称之为"概念模型"），如质点、弹簧振子、单摆、理想气体、点电荷、匀强电尝理想变压器等；另一类是关于运动过程的理想模型（可称之为"规则模型"），如匀速直线运动、匀变速直线运动、平抛运动、匀速圆周运动、简谐运动、弹性碰撞、等温过程、绝热过程等。从上面的分析还可以发现，关于运动过程的理想模型大多数都是力学阶段所学的模型。这就意味着，在电学、磁学、声学、原子物理等知识模块中所涉及到模型实际上还是力学模型。
二、物理建模的目的与意义
切实加强对学生的建模能力的培养具有非常重要的意义，具体表现在：
（一）培养学生的建模能力是高中新课程标准的要求。《普通高中物理课程标准》（2017年版）明确指出：高中物理的学科核心素养主要包括"物理观念""科学思维""科学探究""科学态度与责任"四个方面，而"科学思维"主要包括模型建构、科学推理、科学谁、质疑创新等要素。在课程目标中也明确指出，通过高中物理课程的学习，学生应具有建构模型的意识和能力。
（二）培养学生的建模能力是提高学生分析问题和解决问题能力的重要切入点。学生在学习过程中建立起恰当的物理模型，从心理学的知识来说，就相当于形成了"定势"。定势也叫心向，是指在原有知识经验的影响下，心理活动所形成的准备状态，它使后继的心理活动具有一定的倾向性。这种积极的倾向性，能够为学生提供方便、快捷的思考角度，从而为解决问题提供了行之有效的思路。特别是在现行考试的特定环境下，不仅考察学生会不会做题，更考察了学生熟不熟练解题。这时，学生面对陌生的具体物理问题时，会不会建模、能不能把已有的物理模型进行灵活的知识迁移，将会对他的成绩起着决定性的作用。
三、力学建模能力的培养策略
正因为"建模"能力对学生是如此重要，我们在日常的教学过程中就应该有意识、有目的地培养学生的建模能力。物理模型可分为两类，一类是概念模型，一类是规则模型，这两种模型的建模能力的培养策略既有共同之处，亦有各自独特的地方。具体培养策略包括有：
（一）提供多种例证，运用"从例子到规则"的发现学习的方法，帮助学生正确建立物理模型。
在一般的教学过程中，先向学生呈现"物理模型"的若干典型例子，引导学生进行辨别，然后进行概括，最终得出这种模型的共同本质特征。在此过程中，要特别注意以下几方面：1.要突出关键特征，控制无关要素。关键特征越明显，学生学习起来就越容易；如果涉及到的无关要素越多，学习起来就越困难。2.加强正例和反例辨别。正例有利于学生进行特征概括，而反例则有助于学生辨别，使"概念模型"精确化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆3.要进行适当的"变式"训练。变式训练是指通过保持"概念模型"的关键特征，而对非关键特征进行变化，从而构成表现形式不同的例证。
例如，在学习"质点"这一物理模型时，可先向学生呈现以下实例：1.在确定茫茫大海上的一艘船的位置时，可忽略船的形状和大小，把它当成一个点来看待。 2. 研究火车从广州到北京所需的时间，也可把火车看成一个点。3.研究"神舟一号"从地球到月球的飞行轨迹时，可把"神州一号"看作一个点。通过对这三组实例进行讨论，学生初步可得出"质点"这一概念模型的本质特征：物体的形状和大小在所研究问题中可以忽略，就可以把这个物体简化为一个只有质量的点。接着，再给出两组实例让学生分析、判断：1.同一个乒乓球，在不同的人（运动员、教练、观众、裁判）眼里，它能否看作质点？2.地球绕太阳不断运动，地球可否看作质点？最后，再给出一系统形的练习让学生巩固，那学生就能牢固建立起"质点"这一概念模型。
（二）提高学生的概括水平，帮助学生巩固已有的物理模型，并建立起相应的模型范式。
物理模型的建立并不是一天就可以达成，而是需要在不同阶段进行渗透、培养。高中三年中，力学模型都会在后继的学习过程中不断重复出现。然而，这种重复出现不应该只是单纯的、机械的重复，而应该通过在不同场景、不同知识模块中的反复练习和体会，达到提升学生能力层次的目的。因此，在教学中有意识地提高学生的概括水平，可以帮助学生有效巩固、加深对物理模型的理解。
例如，学习"圆周运动"这一运动模型就经历了这样一种过程。在必修2的第二章刚学习"圆周运动"时，主要学习了圆周运动的向心力公式，要求能够运用"向心力公式"解决简单的圆周运动问题，包括要求知道做圆周运动物体在最高点时的临界条件，但只限于解决"已知物体在某点的速度"时的受力问题。接着，在第三章学习了"动能定理"，这时解决圆周运动的问题内容较之前丰富了，要求"能运用动能定理求解物体在某点的速度"，从而进一步解决受力问题。再接下来，选修3－1的"电场"中，带电粒子在相关约束条件下，受电场力与重力的共同作用而做"圆周运动"，这时就要求学生有"等效场"的思维，并且要充分运用圆周运动的知识来解决问题。通过这一系列知识的学习，学生对"圆周运动"这一物理模型的理解逐步深入，解决问题的能力也呈螺旋式上升，最终可以概括出处理"圆周运动"这一物理模型的解题范式：1.向心力公式；2.动能定律；3.最高点的临界条件（轻绳模型和轻杆模型）。
（三）多方面应用概括出来的模型范式，促进学生建模能力的迁移。
建模能力的培养，不仅仅限于建立起物理模型，更重要的是能够把物理模型用于解决问题之中，即在具体的物理情景中能正确识别出某个（某些）物理模型，能适当选择相应的模型范式来灵活处理新的物理问题。而这种知识和能力的迁移并不是自动的，而是需要对其进行多方面的应用，才能做到熟能生巧，从而产生真正的知识迁移。这就需要老师充分提供学生应用物理模型的机会。例如，教师可以设计不同的问题情境，并通过大量不同问题情境的练习，鼓励学生运用所学的策略和模型范式去解决新问题。
（四）注重提高学生的元认知能力，帮助学生学会调控自身的学习，提升模型运用能力。
元认知又称为反省认知，就是对自己的认知过程及结果的有效监视及控制。研究结果表明，如果学生的元认知能力越强，则他在学习过程中就越能够调控自己的学习状态和进程。因此，教师在教学过程中有意识地向学生传授一些元认知策略、提高学生的元认知能力，就可以帮助学生在解决物理问题过程中，有意识地运用物理模型去进行分析，促进学生知识的迁移，从而能够在有限的时间内选择更加合适的方法去解决问题，从而提高学生的学习能力。
综上所述，培养学生的力学建模能力是一个长期的、综合性的过程，需要师生双方都要有意识地加强训练，才能使学生实现从"解题"到"解决问题"的转变，从而不断地促进和培养学生的物理学科素养。
参考文献
[1]普通高中物理课程标准（2017年版）[M].人民教育出版社.2018
[2]顾明远 孟繁华.国际教育新理念[M].海南出版社.2006
[3]韦洪涛.学习心理学[M].化学工业出版社.2011
论文作者:陈庆贺
论文发表刊物:《中国教工》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/26
标签：模型论文; 物理论文; 学生论文; 能力论文; 建模论文; 圆周运动论文; 力学论文; 《中国教工》2019年第7期论文;