初中科學中模型教學的理論與實踐

徐曉威

【摘要】本文討論了初中科學教學中引入模型教學的必要性，并對中學生建模過程中的思維障礙進行分析，認為學生缺乏對物理對象和物理場景做理想化處理的方法和能力。為了解決學生在建模環節存在的思維障礙，引導學生學會建立模型的一般方法，在教學中提出了具體的對策。

【關鍵詞】模型 模型教學 初中教學 思維障礙

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）28-0170-01

一、模型

所謂模型，就是人們為了研究物理問題的方便和探討物理事物的本質而對研究對象所作的一種簡化的描述和模擬。在物理教學中，最關鍵的兩個環節是：第一，要明確學習和研究的對象是什么？第二，要明確學習和研究的對象是如何運動變化的、遵循什么樣的規律。按照這兩個環節將物理模型分類，我們發現中學物理教學中涉及到的常見的物理模型包括：對象模型、過程模型和理論模型。

1.對象模型

對象模型是根據研究對象的特點，舍棄次要的、非本質的因素，抓住主要的、本質的因素，從而建立的一個易于研究的、能反映研究對象主要特征的新形象。理想模型是科學抽象與概括的結果，在物理學中到處可見，如質點、彈簧振子、單擺、理想氣體、點電荷、理想變壓器、薄透鏡等。

2.過程模型

過程模型是為了研究復雜問題，建立在物體運動變化過程的基礎上，根據研究問題的性質和需要，在包含多種復雜因素的物理過程中，找出主要因素，略去次要因素，建立能夠揭示事物本質的理想過程。

3.理論模型

理論模型是在觀察、實驗的基礎上，經過物理思維，對某一物理客體和研究對象的結構、相互作用、運動規律等所作的一種簡化的描述由于物理事物的復雜性，某些物理事物的本質、組成、結構、規律等比較隱含，人們當時還搞不清楚，這時就要在實驗事實和物理思維的基礎上提出假說，建立起理論模型。在物理學研究過程中有許多這樣的模型，如哥白尼的太陽系模型是對天體運行的一種簡化描述；盧瑟福原子的有核模型是對原子結構的一種簡化描述。

二、初中科學中模型教學的意義與教學模式

1.模型教學的教學目標

主要有知識與技能目標、過程與方法目標、情感、態度與價值觀目標。

2.模型教學的教學原則

學生的主體能動性與教師的引導性相結合的原則、學性、藝術性、思想性相統一的原則、STS教育相結合的原則、展性原則、實驗優先原則、多媒體輔助原則、綜合效果最佳原則。

3.模型教學的教學環節

在初中科學課堂教學中開展模型教學的基本教學程序應由以下五個教學環節組成：創設情境—建模準備—建立模型—應用模型—反饋評價。

4.模型教學的教學措施

在教學中強化滲透模型意識。研究物理問題離不開模型，是否能熟練地建立和運用模型來處理具體問題，仍是教學和學習中的一個重要任務。只有加強模型意識，領會物理學研究問題的思維方法，才能使學生做到學有所獲。

三、初中生建模過程中的思維障礙分析

1.學生缺乏準確的物理模型

在實際問題的眾多對象中，思維容易受到問題表象的干擾，很難抓住對象本質特征，因而難以從實際問題中抽象出物理圖景和物理模型，形成認識上的思維障礙。

2.學生缺乏程序化的思維訓練

由于現行教材、教科書中應用性的生活事例很少，學生在學習新知識時，缺少該環節的思維訓練，在問題的應用上，學生仍然習慣于傳統的認識經驗和思維習慣，久而久之，就認為物理就是代代公式的數學運算而已，因而淡化了物理思維的訓練，形成方法上的思維障礙。

四、對策

1.充分展示物理知識發生發展的過程，幫助學生建立準確的模型

傳統的教材安排的教學內容都是已經選擇、壓縮過的，具有典型化、簡約化和抽象性的特征。可以充分利用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等現代教育技術手段再現知識發生發展的變化過程，用圖文并茂的方式向學生提供信息。這樣就可以降低學生學習的難度，并將物理學研究問題的方法和思想寓于情景的建立和分析過程中，促進學生開展分析問題的思維活動，自然地悟出其中的道理和規律。在潛移默化的過程中，學生逐漸掌握分析過程、建立正確物理情景和模型的一般方法，從而建立出準確的模型。

2.重視解決實際問題的思維程序訓練和學生學習習慣的培養

學生遇到問題時的困難，還表現為思緒的混亂、缺乏思維的程序化。因此在教學中更要重視思維程序的建立和訓練，解決實際問題的思維程序大體可分六步，即審題—提取文字信息、排除干擾因素—抽象出物理對象和物理情景—尋找問題所滿足的定量和定性的規律—建立數學模型—求解。首先從實際問題中提取與問題有關的文字信息，并用相應的圖形或符號表示，使復雜的變化過程代碼化。然后確定對象、建立情景，運用示意圖幫助理解題意，尋找變化規律，建立各物理量的聯系。邊審題、邊畫圖，并一一把條件和問題用字母符號注在圖上，使問題能在腦中形成完整的表象，同時示意圖能使解答問題所必須的條件同時呈現在視野內，圖像成為思維的載體，視圖凝思實際上是視覺思維參與了解解題的過程。最后將物理模型轉化為數學模型，用數學方法立式求解。

3.重視示意圖在解題中的作用

示意圖是學生對對象、過程分析的結果，它反映了學生的物理水平。蘇霍姆林斯基說過教會學生把應用題畫出來，其用意就在于保證由形象思維向抽象思維的過渡。實際上在上面對策二中的第二步，由文字到示意圖的思維跨度非常大，有時學生問問題時，教師可能會無意中畫出示意圖，而此時學生的問題已經得到解決，關鍵就在于學生不會畫圖。在教學中，要引導學生養成讀圖釋義、審題畫圖的習慣，最終能從靜態圖中聯想到動態變化的過程，由動態圖中能看到瞬時的狀態圖景。

參考文獻：

[1]閻金鐸，田世昆.中學物理教學概論，高等教育出版社，1991年5月第一版

[2]曹雪蓮.物理模型在中學物理教學中的意義，滄州師范專科學校學報，2004，（1）