高中物理模型建构驱动科学思维培养策略

科学思维是物理核心素养的重要组成部分，包含分析能力、综合能力、比较能力、推理能力和论证能力等关键能力。这些能力对学生而言特别关键，是他们在物理学习过程中必须具备的核心素养。物理模型建构是物理学研究里一个很重要的方法。学生碰到复杂的实际问题时，物理模型建构能发挥作用，帮他们把问题简化，抓住那些关键因素，学生就能更透彻地理解物理规律了。高中物理课本里的内容丰富多样，这些内容给物理模型建构和科学思维培养提供了大量素材。

一、创设生活情境模型建构，培养分析与综合能力

对于高中物理课程内容，与真实生活的实际结合可以提升学生的学习质量和效率，还可以锻炼学生本身的科学思维，教师可以从实际生活中的问题为学生分析和讲解相应的物理概念模型，激发学生学习兴趣。

以“运动的描述”这部分内容为例。教师先抛出问题：“我们该如何准确描述一辆正在行驶的汽车的运动呢？”这一问题能迅速引发学生的思考。接着，教师让学生分析汽车行驶过程中位置和速度的变化。例如，汽车从A 地出发，一段时间后到达B 地，这表明汽车的位置发生了改变。而且，汽车在行驶过程中，可能先从静止开始加速，加速到一定程度后匀速行驶，最后又要减速直至停下，这说明汽车的速度也在变化。通过这样的分析，学生能初步明白，描述物体的运动需要关注多个因素。

等学生了解了这一生活情境，教师便引导他们深入分析，找出影响汽车运动的主要因素和次要因素。以汽车刹车问题为例，教师提问：“哪些因素对汽车刹车距离的影响最大呢？”学生们经过讨论，得出汽车的初速度和刹车加速度是主要因素，而汽车的颜色、形状等因素则可以忽略不计。

之后，教师指导学生将这些主要因素抽象出来，构建质点模型。即把汽车看作一个有质量的点，不考虑其大小和形状。然后，再运用牛顿第二定律等物理知识建立数学模型。我们知道，汽车刹车时，是摩擦力提供了加速度。根据公式（其中是末速度，是初速度，是加速度，是位移），就可以计算出刹车距离。整个过程中，学生需要运用分析和综合能力，将实际问题转化为物理模型。

二、开展实验探究模型构建，锻炼推理与论证能力

实验作为高中物理教学的重要一环，是沟通高中物理理论与实践之间的桥梁，而且在课堂教学中学生通过开展探究实验来构建理想的物理模型可以帮助学生更好的理解物理概念以及物理规律，增强学生的抽象思维能力。

例如“探究平抛运动的规律”这个实验，教师引导学生亲自做实验，观察小球平抛运动的轨迹。

但是现实实验中会受到各种因素的影响，空气阻力主要就是干扰实验中带球的运动情况，使得实验中带球的运动情况复杂，学生对小球的运动无法做出准确的分析。

为了更好地研究平抛运动的规律，教师引入学生建立“理想平抛运动”模型，将小球在实际运动中受到的空气阻力忽略，仅保留重力作用。即从观察到的实验中提炼出符合理想情况的因素，让学生知道建立理想化物理模型对实际问题是一种合理的简化。

学生在掌握了上述抽象思想方法后，在以后的学习中就会运用该方法自主建构其他的理想化物理模型，如“光滑斜面”“轻杆”等，运用这些理想化物理模型将现实因素中次要的、对分析问题起干扰作用的成分排除在外，有利于学生研究物理现象的本质规律。

这种从具体到抽象、从现实到理想的过程训练了学生的抽象思维能力，学生加深了对物理概念、物理规律的理解，提高了对物理本质的认识，也对以后对物理更深层次的学理研究提供了帮助和便利。

三、组织小组协作模型构建，发展比较与分类能力

高中物理的教学时，教师开展小组协作模型活动，能够发展学生的比较及分类能力。教师结合课本中的内容，挑选具有可比性的物理模型，并对学生进行合理分组，组织开展探讨。

以电磁学为例，教师可以选匀强磁场模型和点电荷电场模型。匀强磁场模型中，磁感应强度的大小和方向都不变，通电螺线管内部就是典型的匀强磁场区域。点电荷电场模型就不一样了，电场强度会随着距离点电荷的位置变化而变化，还遵循平方反比规律。这两种模型在场的产生方式、分布特点，还有相关物理量的计算方法上，都有明显差异。不过呢，它们都和电磁场的基本性质关系紧密，所以特别适合放在一起比较。

分组的时候，教师需要综合考虑学生的知识基础、学习能力和性格特点。可以把知识掌握得扎实、表达能力强的学生，和基础稍微弱点但思维活跃的学生分到一组。这样每个小组实力就比较均衡，小组成员之间能互相启发，一起进步。

研讨过程中，教师要引导学生从不同角度比较。先比较这两种模型中场分布的规律，匀强磁场和点电荷电场的分布规律差别很大。接着比较相关物理量的计算公式，它们的计算方法也不一样。还可以比较在实际问题中的应用场景，应用情况也不一样。学生们交流讨论后，能发现匀强磁场中带电粒子的运动轨迹大多是直线或者抛物线，而点电荷电场中带电粒子的运动轨迹相对于较为复杂多。

最后，教师鼓励学生进行分类总结。将具有相似场分布特点或物理量计算方法的模型归为一类，如将描述直线型场和类平抛型场的模型归为一组，将涉及平方反比规律的模型归为另一组。通过这样的研讨活动，学生们不仅加深了对电磁学模型的理解，更在潜移默化中提升了比较与分类能力，为后续的物理学习奠定了坚实基础。

结论：

运用相关策略，对高中生科学思维的培养能起到有效的推动作用。教师在实施这些策略的过程中，要密切留意学生的学习过程，关注他们思维的发展状况。在学生学习期间，一旦察觉到问题，就要及时给予指导和反馈。另外，教师要积极鼓励学生参与到各项活动中，引导学生主动思考问题。让学生投身到物理模型建构的过程里，通过不断实践，锻炼并提升自身的科学思维能力。

参考文献：

[1] 王致玲. 发展科学思维的高中物理模型建构教学策略[J]. 物理之友,2024, 40(8):54-57.

[2] 苏晋芸 . 高中物理模型建构中培养学生科学思维的实践研究 [J]. 中文科技期刊数据库 ( 全文版 ) 教育科学 , 2021(10):2.