核心素养视角下运用物理模型教学法解决初高中物理衔接难题

摘 要：在核心素养的视角下，文章探讨了如何通过物理模型教学法解决初高中物理教学衔接的难题。文章以高中物理运动学章节为研究对象，分析了初高中物理在知识内容、学习方法以及思维要求等方面的差异性，并详细阐述了物理模型教学法在提升学生物理核心素养、促进初高中物理教学衔接方面所发挥的关键作用。此外，文章还提出了具体的教学策略和方法，并通过实例分析，展示了物理模型教学法在高中物理运动学教学中的应用效果，为解决初高中物理教学衔接问题提供了有益的参考。

关键词：核心素养；物理模型教学法；初高中物理衔接；运动学章节

教育改革强调培养学生核心素养，物理学领域的核心素养包括物理观念、科学思维、探究和态度责任。初高中物理教学衔接是教育工作者关注的问题。物理模型教学法通过构建模型简化复杂问题，帮助学生理解并提升科学思维和问题解决能力。文章以高中运动学为例，探讨物理模型教学法在初高中物理衔接中的应用，旨在提升物理教学质量。

一、初高中物理学科衔接的困境分析

（一）知识内容的异质性

分析教学内容，初高中物理知识体系差异明显。初中物理知识结构简单直观，侧重日常物理现象，知识深度广度要求低，多用具象描述，少抽象逻辑。高中物理体系更系统深入，强调概念规律理解与应用，抽象逻辑思维成分多。以下通过初高中物理运动学章节基础概念阐述，展示知识点掌握要求的差异。

1. 运动物体的描述

在初级中学教育阶段，运动物体的描述往往以具体化的实体为原型，例如飞机、火车等。而在高级中学教育阶段，运动物体的描述则被抽象化为质点，采用一种暂时忽略个别非本质因素，以突出主要因素的处理策略。这一过程是基于经验事实对物理模型进行建构的抽象概括。此外，它也体现了物理学中忽略次要因素、专注于主要问题的思想方法。通过这一过程，学生能够体验到构建物理模型的思维模式。

2. 长度的测量

在初级中学教育阶段，学生必须掌握长度单位的基础理论、长度测量工具及其误差分析的基础知识，以及如何准确运用毫米刻度尺进行测量和读数。进入高级中学教育阶段，学生应能精确描述物体的位置及其变化，掌握位移矢量的概念，并能够区分位移与路程的差异。此外，学生还需学会利用位置坐标轴精确表示物体的位置和位移。

3. 时间的基本单位及测量

在初级中学教育阶段，学生必须掌握时间的基本单位及其测量的常规工具，并能进行基础的读数操作。至高级中学教育阶段，学生需进一步辨析时间与时刻的概念，并掌握运用实验方法进行时间测量的技能。例如，通过打点计时器、光电计时器、频闪照相技术以及超声波测速仪等设备进行精确测量。此外，学生应能够运用时间坐标轴精确描述时间相关概念。

4. 参照物

在初级中学教育阶段，引入了参照物的概念，该概念用于判定物体是否处于运动状态。进入高级中学教育阶段，教材对参照物概念进行了拓展，其应用不再局限于单一物体，而是扩展至由多个物体组成的系统。这一概念的深化，旨在为后续坐标系构建奠定坚实的理论基础。

5. 速度的概念

在初级中学教育阶段，学生必须掌握速度的基本概念，即路程与时间的比率，并熟悉速度的度量单位，以便于理解物体运动的速率。进入高级中学教育阶段后，学生需要进一步深化对平均速度定义的理解，即位移与时间的比率，并借助极限理论与微积分原理，精确掌握瞬时速度的内涵。同样的方式和方法定义了加速度的概念。

（二）学习方法的差异

在初级中学阶段，物理学的学习侧重于观察与实验，强调对物理现象的直观理解。学生在此阶段的学习策略相对单一，主要依赖于记忆与模仿。进入高级中学阶段，物理学的学习则要求学生拥有更为发达的抽象思维与逻辑推理能力，学习策略更为多元化，涵盖了自主学习、合作学习、探究学习等多种方式。

（三）思维要求的差异

初级中学阶段，物理学学习侧重形象思维，通过观察现象构建直观概念。高中阶段，要求学生发展抽象、逻辑和创新思维。例如，运动学中速度变化需矢量运算理解，平均速度到瞬时速度的推导用微积分，解决运动学问题则依赖数学图像等工具。

二、物理模型教学法在提升学生物理核心素养中的作用

（一）培养物理观念

通过构建物理模型，学生能够更深入地领会物理概念与定律，从而形成准确的物理认知。例如，在运动学领域，构建质点模型有助于学生理解物体运动状态的实质，而建立匀变速直线运动模型有助于学生掌握运动学的基础定律。

（二）发展科学思维

物理模型教学法通过科学思维方法，如抽象思维、逻辑推理和分析综合，帮助学生构建和应用物理模型，促进科学思维能力的发展。例如，速度概念的形成展示了科学思维的严谨性：在一定时间内，位移越长，速度越快；在一定位移下，时间越短，速度也越快。比较不同时间和位移下物体运动的快慢，需要使用控制变量法和逻辑推理来定义速度。

（三）提高科学探究能力

在物理学的教学过程中，学生必须借助观察、实验以及数据分析等科学探究手段，验证并完善物理模型，从而提升其科学探究能力。以自由落体运动的研究为例，学生可实施实验以测定物体下落的时间与高度，进而构建自由落体运动模型，并利用实验数据对模型的准确性进行检验。

（四）增强科学态度与责任

物理模型教学法旨在培养学生的科学态度和创新精神，理解物理知识解决现实问题的重要性，提高科学素养和责任感。例如，通过自由落体运动模型的构建，回顾伽利略的研究，加深对科学态度和责任感的理解。在实验中，学生应严谨分析数据，避免主观臆断；在应用模型时，考虑其局限性和适用性，培养科学思维。

三、运用物理模型教学法突破初高中物理衔接困境的策略

（一）在高中物理教学中强化物理模型教学

在高中物理教学过程中，教师应指导学生依据物理问题的特性构建恰当的物理模型。以质点模型为例，教师需使学生理解该模型为一种理想化的抽象，仅适用于物体的形状与尺寸对研究问题的影响可被忽略的情形。例如，在探讨物体运动的描述过程中，可采用以下四种方法进行阐述：首先是时间坐标轴法；其次是位置坐标轴法；再次是位置—时间坐标系法；最后是速度—时间坐标系法。

（二）结合运动学章节进行具体教学实践

采用匀变速直线运动模型，解决实际问题。匀变速直线运动作为高中物理运动学的核心内容，教师应通过分析和解决实际问题，使学生掌握匀变速直线运动的规律和方法。例如，在探讨汽车制动问题时，教师可引导学生构建匀减速直线运动模型，并应用速度公式及位移公式进行计算。

四、实例分析

以自由落体运动为例，新课程标准对自由落体运动的描述为：“通过实验探究，掌握自由落体运动的规律。结合物理学史的相关内容，理解物理实验与科学推理在物理学研究中的重要性。”构建自由落体运动模型，对于学生理解核心素养内涵具有积极的促进作用。

（一）基于特定情境提出研究问题

研究问题1：通过对日常生活中落体运动的观察，揭示实际运动过程中的复杂性特征。

研究问题2：探究运动的根本动因，尝试排除次要因素的干扰。

研究问题3：实验所需器材包括一个光盘，以及三张与光盘等大且厚度相同的A4白纸片，分别命名为纸片1和纸片2。

研究问题4：如果没有空气阻力，运动情况如何？

（二）分析问题，展开探究

实验一：进行以下实验观察：

实验现象1：在相同高度同时释放纸片1与纸片2，记录观察结果。

实验现象2：在相同高度同时释放纸片1与光盘，记录观察结果。

实验现象3：在相同高度同时释放纸片1与揉成纸团的纸片2，记录观察结果。

学生可初步得出结论：空气阻力是影响物体运动现象的关键因素。

实验二：通过牛顿管实验，观察并记录现象，以验证在单一重力作用下物体的下落运动表现为自由落体运动。

实验三：采用打点计时器进行测量，探究自由落体的加速度。实验结果表明，自由落体运动是一种初速度为零，加速度等同于重力加速度的匀加速直线运动。

（三）意义建构，深刻理解

研究自由落体运动的规律性，深入理解其运动特性。

得出速度随时间的关系式：v＝gt

位移随时间的关系式：h＝[12]gt2

（四）学史回顾，情感提升

本研究通过文献综述，深入探讨了伽利略在自由落体运动研究中的实验方法与逻辑推理过程。研究目标在于细致解析伽利略如何利用科学证据构建论证的思维模式，以及其运用反证法等科学推理技巧。通过参与构建自由落体运动模型，研究者能够将该模型应用于解决现实生活中相关问题的实际操作。此外，本研究还旨在通过学习伽利略基于实证资料挑战传统权威的历史案例，培养研究者的批判性思维与创新意识。

五、结论

在核心素养的视角下，采用物理模型教学法能够显著解决初高中物理教学衔接中的难题。通过在初中阶段融入物理模型的理念，并在高中阶段加强物理模型的教学应用，结合运动学章节的具体教学实践，有助于学生深入理解物理概念与规律，提升其科学思维及问题解决能力，从而实现初高中物理教学的有效过渡。展望未来，物理教学领域应持续致力于物理模型教学法的探索与创新，以期为学生物理核心素养的培养及物理教学质量的提升做出更显著的贡献。