高中物理模型建构中科学思维素养培养方法分析

本文系2024年平顶山市教育科学规划课题《  利用物理模型建构提升科学素养的实践研究》研究成果。（立项编号：      2024-GHYB-120  ）

摘要：为进一步提升高中物理的教学质量，在当前教学环境越来越完善的背景下，以模型建构作为物理知识的具象体现，培养学生科学思维素养。文章围绕素质教育环境下高中物理教学中模型建构的必要性，结合高中物理模型建构教学实践，为培养学生科学思维素养提出深化概念理解、转化问题情境、习题总结反思等建议，旨在优化高中物理模型建构教学设计，提高学生物理核心素养。

关键词：高中物理；模型建构；科学思维素养；培养方法

引言：在现阶段高中物理教学实践中，通常将其作为学生接触高阶物理现象的基础课程，特别是在当前素质教育与新课程改革的持续发展中，除了为学生讲解物理知识外，还要以提升学生核心素养为关键，注重其科学思维素养的有效培养。基于此，教师可将高中物理模型建构作为培养科学思维素养的重要渠道。

一、高中物理教学中模型建构的必要性

基于自然界物质的复杂性，以探索自然界中广泛存在的物质结构与运动形态作为物理学习的终极目标，通过模型建构可实现对抽象概念的具象呈现，为电磁感应、光电效应等物理规律和理论提供支撑，对物理研究提供便利。结合物理研究过程来看，模型建构可实现对具体事物的简化处理，借助物理模型即可对常见事物作出解释，还可根据科学规律作出科学预言[1]。此外，深入探究高中物理模型建构对教学活动发挥的辅助作用，发现其本质就是学生物理思维成果的体现，能使学生创造性思维得到有效培养，通过物理模型作为具有独创性和一定研究价值的思维成果。

二、高中物理模型建构中培养科学思维素养的方法

（一）深化概念理解

高中物理与其他学科内容相比，其知识内容具有显著的抽象性特征，对学生思维能力提出较高要求。而在教学实施中，教师通常会借助物理模型建构，促使学生将已有知识储备与新知识概念关联起来，为学生消化理解新知识提供帮助。而科学思维作为学生运用所学知识深入探究事物本质与规律所形成的思维内容，可通过物理模型建构体现出来。基于物理模型建构与科学思维素养之间的联系，在培养科学思维素养的高中物理模型建构中，可先从深化物理知识概念理解着手，以物理模型作为物体属性与本质的直接反映，以学生真正理解物理知识概念内涵为前提，将抽象的物理知识内容与事物发展过程或者具体的物理现象衔接起来。深入探究物理知识与概念，发现有一部分知识概念本身以物理模型为前提，如摩擦力等，教师可结合这一特征，在物理模型建构中推动学生科学思维素养的高阶发展，通过对基础知识概念的理解与整合，完成对物理模型建构的深度思考与分析，促进其科学思维水平不断提升。

比如，在人教版必修三《静电场及其应用》的章节知识教学中，教师可引导学生结合已有知识从微观视角出发，对静电场的本质进行深度思考，结合静电场中电荷受力的影响深入探究静电场对电荷力的效应。在此期间，为促使学生深化对静电场这一物理概念的认知与理解，可鼓励学生完成点电荷模型的建构，探究静电场的性质，而后深入分析场源电荷与试探电荷受力影响，最终对电场强度这一物理概念产生正确认识。通过对物理模型从建构到转化这一过程，不仅可以为学生完善知识体系、强化知识关联提供帮助，还可促使学生在实现知识迁移运用中加强对类比法、放大法、控制变量法等研究方法，在模型建构与运用中推动自身科学思维水平不断提升，保证课堂教学质量。

（二）问题情境转化

物理知识通常可以通过直接读取文字获得，但科学思维素养则需要经过发现、思考、猜想、验证等一系列认知学习过程才能完成知识加工。基于此，在高中物理教学中，教师可围绕模型建构过程中用到的分析、概括、抽象、论证、推理等思维方法，引导学生从现实生活中的真实情境着手，激发其学习兴趣，而后将生活情境转化为物理情境，探究生活现象中的物理知识，运用抽象思维将问题简化成基本的物理要素，而后结合物理理论和规律完成模型建构，通过理论分析与实验验证，保证物理模型可靠、准确[2]。在此期间，教师应引导学生完成发现问题、思考问题、探究问题、解决问题的认知学习过程，促进学生科学思维素养发展。

基于此，在以培养科学思维素养为导向的高中物理模型建构中，教师应以创设问题情境为关键，让学生在真实的问题情境中主动运用所学知识抽取学习研究对象，明确界定物理模型建构的主体。比如，在人教版必修三《带电粒子在电场中的运动》“带电粒子在电场中的偏转”一节中，教师可引导学生将这一问题简化成带电粒子在平行电场线中受力与在竖直电场线中不受力，但均做匀速直线运动两种情况。在具体的教学实施中，可先引导学生正确认识带电粒子在电场中的偏转，运用所学知识将其分解为两个不同的理想模型，通过这一问题情境的转化，不仅可以降低学生对这一物理现象的理解难度，还可为学生深化相关物理规律、物理知识、物理概念的理解提供帮助，运用科学思维构建物理模型，同时在分析物理模型的过程中，促进学生科学思维的形成与发展，提高学生科学素养。

（三）习题总结反思

结合现阶段高中生学习过程与学习效果来看，习题训练是最适合大多数学生且学习效果较为明显的一种手段，而在高中物理模型建构中培养学生科学思维素养时，教师可充分发挥自身的引导作用，帮助学生在习题训练中对各类习题的考察规律进行总结，将不同题目转化为一个个具体的物理模型，并在思考问题时运用物理模型快速完成找出解题逻辑，在高中生涯的复习阶段与考场发挥中均可为学生解题提供有效帮助。随着学生习题训练的积累，在持续性的习题总结归纳与反思中，促使学生物理思维水平与科学思维能力得到有效发展。

基于习题训练总结对科学思维素养培养产生的重要作用，在组织学生开展习题训练时，引导学生按照题目类型和题目考查知识对习题进行分类整体，对题目条件与求解内容进行总结，梳理同类问题的解题思路，构建具体的物理模型。随着新高考制度的持续深入，面对丰富多样的物理题目内容和形式，教师在培养学生科学思维素养的过程中，可帮助学生形成“万变不离其宗”的解题思路，把握物理模型这一解题核心，在面对复杂物理题目时对题目的已知条件进行分析整理，将其转化为不同的物理模型，进而快速找到解题思路，提高学生复习效率与解题能力，运用模型建构思想对身边的物理现象进行观察，运用科学思维审视现实生活。

结论：综上所述，在新高考背景下的高中物理教学中，相较于让学生掌握物理概念、规律等基础知识，还不如让学生在物理学习中深入探究物理本质，将知识内容转化为自身的思想认知，以知识概念理解为基础，在问题情境中运用科学思维完成物理模型建构，并在习题训练中总结归纳，提高学生科学思维与物理素养。

参考文献：

[1]许妙杰.高中物理碰撞中几个典型问题的深入分析与拓展——基于科学思维的培养与模型建构[J].数理化解题研究，2024（34）：101-103.

[2]张友千.高中物理教学中学生科学思维能力的培养路径分析[J].成长，2024（19）：76-78.