淺談物理模型建構(gòu)思維能力的培養(yǎng)

蔣清云

【摘? 要】物理教學(xué)圍繞客觀存在的物理知識(shí)與人類的抽象認(rèn)知特點(diǎn)展開(kāi)，將具象化的物理現(xiàn)象加工為理論，促使學(xué)生掌握獲取科學(xué)知識(shí)的基本技能。要提升初中物理教學(xué)質(zhì)量，必須加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維的訓(xùn)練，使其正確認(rèn)識(shí)、應(yīng)用物理知識(shí)。物理模型構(gòu)建從物理教學(xué)本身的科學(xué)性與綜合性入手，依靠多元化模型框架幫助學(xué)生認(rèn)知物理知識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生的物理模型建構(gòu)思維，應(yīng)該從直觀認(rèn)知、理論探索、抽象思考等多角度入手，認(rèn)知、理解、探究，為物理教學(xué)的高效實(shí)施提供新的支持。

【關(guān)鍵詞】初中物理；模型建構(gòu)思維；培養(yǎng)

模型建構(gòu)思維不僅包括建立物理模型的基本能力，還包含物理認(rèn)知、物理辨析等多方面的內(nèi)容，在初中物理教學(xué)活動(dòng)中，具備出色的模型建構(gòu)思維的學(xué)生的信息搜集能力、邏輯分析能力、抽象建模能力都較為出色。從初中物理教學(xué)的宏觀視角來(lái)看，物理建模是一個(gè)應(yīng)用物理知識(shí)、轉(zhuǎn)化抽象概念的學(xué)習(xí)過(guò)程，可以引導(dǎo)學(xué)生物理素養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，能從基礎(chǔ)建模與概念分析等多元視角引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)物理學(xué)習(xí)活動(dòng)，提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效率。

一、初中物理模型建構(gòu)思維的核心概念論述

模型建構(gòu)思維的概念并不復(fù)雜，其屬于一種結(jié)合客觀存在的物理知識(shí)引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型的思維意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合既有的物理模型解答相關(guān)學(xué)習(xí)問(wèn)題，嘗試完成從抽象到具象的思維轉(zhuǎn)換，直觀認(rèn)知物理知識(shí)。在進(jìn)行模型建構(gòu)思維培養(yǎng)工作的過(guò)程中，要重視模型建構(gòu)思維與其他思維意識(shí)之間的關(guān)系，建立完善的物理思維培養(yǎng)體系。第一，模型建構(gòu)思維是學(xué)生基于已經(jīng)掌握的物理知識(shí)建立物理模型的一種思維意識(shí)，其受到學(xué)生信息儲(chǔ)備與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的直接影響。培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維，必須強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理信息搜集能力、信息應(yīng)用能力的綜合應(yīng)用，教師應(yīng)建立更為完善的物理教學(xué)指導(dǎo)模式，帶動(dòng)學(xué)生物理技能的進(jìn)一步發(fā)展。第二，模型建構(gòu)思維強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理知識(shí)的認(rèn)知、應(yīng)用，在物理課堂上，教師要重視學(xué)生分析信息、建構(gòu)模型等關(guān)鍵技能的培養(yǎng)，將教學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)完善的教學(xué)指導(dǎo)體系，帶動(dòng)學(xué)生物理思維的進(jìn)一步發(fā)展。第三，模型建構(gòu)思維包含實(shí)踐模塊，教師需允許學(xué)生借由實(shí)踐活動(dòng)積累物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型。模型建構(gòu)思維是一種帶有綜合性特點(diǎn)的思維能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理認(rèn)知能力與理性思維能力的協(xié)調(diào)發(fā)展，教師要不斷完善初中物理教學(xué)模式，才能為學(xué)生模型建構(gòu)思維的成型提供新的支持。

二、初中物理模型建構(gòu)思維的培養(yǎng)原則

部分教師將模型建構(gòu)思維理解為一種建立物理模型、分析物理知識(shí)的思維能力，僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，并不關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)，盲目引入模型建構(gòu)任務(wù)，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法適應(yīng)教學(xué)要求。對(duì)初中生來(lái)說(shuō)，物理教學(xué)活動(dòng)成型于現(xiàn)實(shí)科學(xué)中，教學(xué)工作本身帶有綜合性、教育性的一般特點(diǎn)，基于單純認(rèn)知的物理教學(xué)模式很難發(fā)揮出價(jià)值。在培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力的過(guò)程中，教師必須基于思維發(fā)展視角開(kāi)展教學(xué)工作。一方面，堅(jiān)持過(guò)渡性原則，為學(xué)生提供發(fā)展思維的必要空間，設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)的教學(xué)模式，控制教學(xué)難度；另一方面，要強(qiáng)調(diào)教育的綜合性原則，對(duì)學(xué)生的物理認(rèn)知能力、信息搜集能力、課堂實(shí)踐能力展開(kāi)訓(xùn)練，建立綜合育人的全新教育模塊。初中物理教學(xué)的實(shí)施不能單純考慮教學(xué)目標(biāo)，還要堅(jiān)持以生為本的教育思想，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)做好準(zhǔn)備。

三、初中物理教學(xué)中學(xué)生模型建構(gòu)思維的培養(yǎng)策略分析

（一）挖掘基礎(chǔ)物理知識(shí)，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維

模型建構(gòu)思維是基于理論知識(shí)演化而來(lái)的一種思維能力，在初中物理教學(xué)活動(dòng)中，其將單元化物理知識(shí)與教學(xué)元素串聯(lián)起來(lái)，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力。教師要不斷發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)思維，重視其基礎(chǔ)理論知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)合抽象物理知識(shí)建立物理模型的基本學(xué)習(xí)技能，拓展教學(xué)寬度，投放理論資源，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

以滬科版八年級(jí)教材《平面鏡成像》的教學(xué)為例，可以在開(kāi)展物理教學(xué)活動(dòng)的同時(shí)對(duì)學(xué)生提出物理問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)進(jìn)行整合、應(yīng)用。在課堂教學(xué)中，教師以鏡子為教學(xué)工具，幫助學(xué)生培養(yǎng)模型建構(gòu)思維。在鏡子前，教師放置了粉筆盒、黑板擦等材料，要求學(xué)生進(jìn)行觀察。學(xué)生借由實(shí)踐活動(dòng)與教師展開(kāi)互動(dòng)：平面鏡所形成的像與物體保持一致。但部分學(xué)生提出了新觀點(diǎn)：鏡子里的像僅包含一個(gè)平面，我們看見(jiàn)的黑板擦卻是立體的。該環(huán)節(jié)教學(xué)以幫助學(xué)生認(rèn)知為第一任務(wù)，重視物理知識(shí)與物理生活經(jīng)驗(yàn)的整合應(yīng)用。教師在隨后的教學(xué)活動(dòng)中導(dǎo)入物理分析問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)思考：如果在平面鏡前放不同的物體，物體所成的像具有怎樣的特征？鼓勵(lì)學(xué)生基于抽象的想象過(guò)程展開(kāi)思考，了解平面鏡的成像特點(diǎn)。在培養(yǎng)學(xué)生的建模技能的過(guò)程中，教師基于“平面鏡”與“物體”建立模型，培養(yǎng)學(xué)生的抽象想象能力。在建立物理模型的過(guò)程中，教師要求學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)物理知識(shí)展開(kāi)思考，鍛煉學(xué)生的邏輯推理技能與實(shí)踐技能，分享物理學(xué)習(xí)方法。模型建構(gòu)思維的培養(yǎng)可從“建立完善的物理實(shí)用模型”這一角度入手，對(duì)物理知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匯總，幫助學(xué)生掌握建立物理模型的有效方法。

（二）整合關(guān)鍵教學(xué)資源，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維

初中生模型建構(gòu)思維的開(kāi)發(fā)不能單純依靠理論知識(shí)，在課堂教學(xué)中，教師必須為學(xué)生提供切實(shí)的觀察對(duì)象與實(shí)踐素材，基于宏觀的認(rèn)知視角培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維，才能使其掌握關(guān)鍵物理知識(shí)。教師要加快學(xué)生模型建構(gòu)思維的成型速度，必須做好教學(xué)資源的投放工作，用多元資源滿足學(xué)生的物理學(xué)習(xí)需求，使其在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)形成優(yōu)秀的建模素養(yǎng)。

做好教學(xué)資源的投放工作，可以幫助學(xué)生完成信息搜集、物理現(xiàn)象歸納等多元學(xué)習(xí)任務(wù)，及時(shí)整合學(xué)習(xí)資源。以滬科版八年級(jí)教材《認(rèn)識(shí)浮力》的教學(xué)為例，可嘗試從物理概念、生活常識(shí)等角度引導(dǎo)學(xué)生分析物理知識(shí)。在建模指導(dǎo)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)資源開(kāi)發(fā)、數(shù)學(xué)實(shí)踐等多板塊結(jié)合的教學(xué)方案，為學(xué)生物理建模能力的發(fā)展提供新的環(huán)境。在課堂上，學(xué)生準(zhǔn)備了鐵塊、塑料方塊、橡皮泥等材料，基于生活經(jīng)驗(yàn)視角構(gòu)建不同的物理模型，并作出假設(shè)，具體內(nèi)容如下：

1．同一塊橡皮泥分別捏成實(shí)心和碗狀放入水中，可見(jiàn)碗狀橡皮泥可以浮在水面上，實(shí)心橡皮泥卻會(huì)下沉，證明浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)。

2．相同體積的鐵塊與塑料方塊放在水中，鐵塊下沉，塑料方塊浮在水上，證明浮力大小與物體的密度有關(guān)。

每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)獨(dú)立的物理模型，學(xué)生在投放實(shí)驗(yàn)資源之后進(jìn)行主動(dòng)探究。教師鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程做出假設(shè)，對(duì)所掌握的物理資源進(jìn)行深度應(yīng)用，從而提升學(xué)生的物理建模能力。當(dāng)學(xué)生完成物理實(shí)踐任務(wù)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，深度應(yīng)用物理模型，從“浮在海水上的人”這一模型中探究浮力與液體密度的關(guān)系；將生活中“鋼鐵會(huì)沉入水中，而由鋼鐵制成的輪船卻可以浮在水面上”的現(xiàn)象證實(shí)浮力與排開(kāi)水的體積之間的關(guān)系。建立多元模型分析物理問(wèn)題，才能帶動(dòng)學(xué)生建模思維的發(fā)展。教師要基于學(xué)生的直觀認(rèn)知需求開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，依靠具體、清晰的物理實(shí)踐活動(dòng)幫助學(xué)生梳理學(xué)習(xí)思路，完成物理知識(shí)的創(chuàng)新加工，促進(jìn)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力的進(jìn)一步發(fā)展。

（三）開(kāi)發(fā)多元實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維

設(shè)計(jì)多元化實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可以將抽象的物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生探究物理原理，掌握事物的本質(zhì)特點(diǎn)。在培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維的過(guò)程中，教師要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的創(chuàng)新應(yīng)用：為學(xué)生展示具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的物理分析與認(rèn)知能力，加快其模型建構(gòu)思維的成型速度。教師必須降低對(duì)學(xué)生能力與學(xué)習(xí)過(guò)程的要求，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合既有的物理知識(shí)自由探索，使其形成模型建構(gòu)思維。

以滬科版九年級(jí)物理教材《串聯(lián)電路和并聯(lián)電路》的教學(xué)為例，教師可引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)，借由切實(shí)存在的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維。教師在幫助學(xué)生掌握物理概念之后，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)器材、提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，借由切實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維。在課堂教學(xué)中，教師設(shè)置物理探究任務(wù)：某工廠現(xiàn)要安裝一條電路，要求其中一個(gè)開(kāi)關(guān)可以控制整個(gè)電路的運(yùn)行，剩余多個(gè)分開(kāi)關(guān)獨(dú)立作業(yè)，不受到其他開(kāi)關(guān)的影響。當(dāng)教師提出問(wèn)題之后，學(xué)生便會(huì)帶入串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的有關(guān)概念，在課堂上對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。在培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維的過(guò)程中，要求學(xué)習(xí)者展示物理知識(shí)，將自己所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案呈現(xiàn)出來(lái)，分析建模過(guò)程。其他開(kāi)關(guān)互不影響，要根據(jù)開(kāi)關(guān)數(shù)量建立多個(gè)并聯(lián)電路；某開(kāi)關(guān)控制整個(gè)電路，則其處于干路位置。在分析物理問(wèn)題的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力與探究技能，幫助引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)新一輪的物理探究活動(dòng)，促使學(xué)生掌握獨(dú)立建立物理模型的有效方法，帶動(dòng)學(xué)生物理建模思維的進(jìn)一步發(fā)展。教師要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程為學(xué)生提供對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)對(duì)象，加快學(xué)習(xí)者模型構(gòu)建思維的發(fā)展。

（四）延伸課外教學(xué)模塊，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維

課堂教學(xué)與課外教學(xué)協(xié)同發(fā)力，共同為學(xué)生提供掌握物理知識(shí)、參與物理課堂的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。教師重視課外教學(xué)模塊的開(kāi)發(fā)，能夠幫助學(xué)生透徹掌握物理知識(shí)。在教學(xué)環(huán)節(jié)上，教師可嘗試基于教學(xué)要求開(kāi)發(fā)課外的教學(xué)模塊，利用課外的物理知識(shí)展現(xiàn)物理原理，借由數(shù)學(xué)模型引導(dǎo)學(xué)生思考，帶動(dòng)學(xué)生物理建模思維的進(jìn)一步發(fā)展。

以滬科版初中物理教材《力的合成》的教學(xué)為例，在初中物理教學(xué)中，只需要掌握力的合成的基本特點(diǎn)即可，教師可幫助學(xué)生展開(kāi)課外實(shí)踐，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維。在實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)互動(dòng)任務(wù)，要求學(xué)生獨(dú)立開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)方案，證明“力的合成”這一知識(shí)點(diǎn)。教學(xué)過(guò)程包含了抽象建模與直觀建模兩個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生要在建模的同時(shí)推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析物理知識(shí)：選擇一個(gè)重物，在重物上施加兩個(gè)不同方向但大小相同的力，觀察重物的運(yùn)動(dòng)情況。如果重物只能沿著一個(gè)方向進(jìn)行，則證明重物的運(yùn)動(dòng)僅受到力的大小的影響；如果重物沿著全新的方向移動(dòng)，則證明力發(fā)生了合成。在獨(dú)立開(kāi)展建模練習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生也將學(xué)到有關(guān)于“力的合成”的物理知識(shí)，基于初高中銜接視角，可要求學(xué)生對(duì)自己所構(gòu)建的虛擬模型進(jìn)行重新加工，基于現(xiàn)實(shí)的角度培養(yǎng)學(xué)生的物理認(rèn)知能力，向?qū)W生提出新的任務(wù)：結(jié)合你所做出的假設(shè)設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，證明力的合成特點(diǎn)，掌握相關(guān)物理知識(shí)。指向課外的物理教學(xué)活動(dòng)重視學(xué)生活動(dòng)能力與物理思維的培養(yǎng)，教師要為學(xué)生提供自由探索的機(jī)會(huì)，將建模過(guò)程加工為學(xué)習(xí)過(guò)程，帶動(dòng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)能力的進(jìn)一步發(fā)展。

四、結(jié)束語(yǔ)

模型建構(gòu)思維的培養(yǎng)離不開(kāi)多元教學(xué)板塊的支持，在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中，教師要對(duì)學(xué)生的物理理解能力、信息搜集能力、邏輯辨析能力等關(guān)鍵物理技能展開(kāi)訓(xùn)練，促使學(xué)生在客觀的物理知識(shí)中挖掘新的學(xué)習(xí)元素，提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效率。教師不僅要指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模，而且要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所建立的物理模型進(jìn)行應(yīng)用、解題、思考，逐步創(chuàng)新初中物理教學(xué)模式。

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