深耕物理規律教學，培養學生建模能力

■浙江省寧波市北侖區顧國和外國語學校 焦 越

學生在學習初中物理的時候，普遍感到物理問題的棘手。究其原因，是學生對物理問題的解決缺乏系統的過程方法認識。物理問題的解決一般包括以下四個思考階段。

首先，要根據問題所描述的物理情境建立或選用合理的物理模型；其次，在物理模型中分析存在的物理概念和滿足的物理規律，選擇和應用它們；再次，利用題中所提供的有關物理條件，把情境中要求的解答作為物理問題目標轉化為一種數學關系；最后，通過數學運算將獲得的結果再回放到物理模型中檢驗、討論。若結果具有物理意義，則稱物理問題得到了解決，即物理習題獲得解答。顯然，建立模型階段是物理問題解決過程中最重要的一步。模型正確與否或合理與否，直接關系到物理問題解決的質量好壞，物理問題解決過程中的各操作階段對應學生的相應學習能力，這些能力有序地構成了學生的問題解決能力。在整個初中物理知識體系中，物理規律占據其中很大篇幅，物理規律教學也是初中物理教學的重要組成部分。物理規律反映了物理現象中的事物之間的內在聯系，是科學知識的核心，也是物理知識結構的骨架。在物理教學中，許多教學內容需要學生從科學現象中去發現科學規律，然后運用科學規律去解釋科學現象，從而揭示現象本質。

從模型思維上講，這個過程即為從現象出發，根據某一特定目的，抓住現象的本質特征，對現象進行抽象，把復雜的現象加以簡化和純化，建構一個能反映現象本質聯系的模型，進而通過對模型的研究獲取現象的信息，為形成規律建立基礎。同時，還能將模型應用于同類現象的研究。因此，物理模型不僅僅是對物理規律簡單、生動的描述，也是物理規律應用的工具。在物理規律教學中，對學生進行物理建模能力培養，能真正提升學生的科學素養，為學生后續發展提供持久的動力。因此，在規律教學中培育學生的物理建模能力，對學生科學素養的發展有舉足輕重的作用。

一、物理規律教學中滲透物理建模的思想

物理模型的建立，需要授課教師有清晰的目標意識，相關的教學環節設計要簡潔高效地圍繞目標展開。以“光的反射”為例，該課是一節典型的研究物理規律的課。通過教學，學生要知道反射的規律，并能用反射規律來解釋一些現象。而反射規律主要體現在以下三個方面：一是入射光線、反射光線和法線在同一平面內；二是入射光線、反射光線分居法線兩側；三是反射角等于入射角。分析教學的重點可以看出，教學的首要目標是建立一個對象模型，即光反射的模型。由于物理規律在一定條件下有普遍性的特點，因此僅僅通過這個相對靜態的對象模型，學生還是無法清晰得出光的反射規律。如果讓這個對象模型在一定條件下“動”起來，學生是非常容易總結出規律的。因此，教學的第二目標是將對象模型轉變為過程模型。

（一）純化科學現象，建立模型

將指星筆定位好，在講臺上展示光反射光路。請學生觀察現象，畫出它的光路圖。之后，請一位學生在黑板上畫光路圖，建立光反射的物理模型圖。學生上臺展示，并自主命名“入射角”“法線”“反射角”等名稱。建立光反射的物理模型圖，對學生的思維要求很高，傳統做法是教師建立，學生認知。然而，這樣無法體現學生學習科學的主體性。對此，教師要用實驗現象做臺階，用已掌握的模型做扶手，順利突破難點，使學生收獲成功建立物理模型的樂趣。

（二）動手實驗探究，升華模型

將科學現象中的研究對象模型化，建立對象模型，僅僅是研究問題的開始，更重要的是找出研究對象運動過程、變化過程所遵循的規律。因此，教師要將對象模型進行升華，形成過程模型。這個過程是學生由科學現象生成科學規律至關重要的一個環節。教師在教學中容易把這個環節簡單化：將對象模型進行重點剖析，將對象模型的特點強化為科學規律。這種教學本身是缺乏科學性的。以本課為例，建立反射的對象模型時，用實驗純化的科學現象是靜態的，只能說明光在這個角度反射時有這樣的特點。如果改變一下入射角，是不是還有這樣的特點？這個問題不經過探究實驗是不能輕易下結論的，畢竟物理是一門實證學科。讓對象模型“動”起來，讓學生在“動”中對反射光路的連續變化情況有深入體驗，由此可以建立過程模型，從而自然生成反射規律。

第一，引導學生對光反射規律進行猜想。師生討論并確立探究的三個方向：入射光線、反射光線和法線是否共面；入射光線、反射光線是否在法線兩側；反射角是否等于入射角。

第二，教師引導學生結合實驗臺上的實驗器材，小組合作，設計探究方案。師生討論，形成最終實驗方案：用入射光線和反射光線是否在偏折的白板上顯現來探究三線是否共面；觀察入射光線和反射光線的位置來探究入射光線、反射光線是否在法線兩側；有規律地改變入射光線的射入方向，用白板上的量角器測量反射角和入射角，由此來探究反射角是否等于入射角。

第三，進行實驗：學生兩人一組進行探究實驗，兩人分工明確，一人執激光筆進行操作，一人觀察并記錄實驗現象、數據。實驗結束后，兩人對實驗現象和數據進行分析，歸納結論。最后全班討論總結光的反射規律：入射光線、反射光線和法線共面；入射光線、反射光線在法線兩側；反射角等于入射角。

第四，讓學生用反射規律與光反射的模型進行相互印證，加深對光反射現象的認識。引導學生對“光從另一側射向鏡子”的反射現象大膽猜想，并組織學生對實驗方案進行設計。

第五，進行實驗。由于這個實驗是前一個實驗的延續，學生兩人一組非常順利地完成了探究實驗。實驗結束后，兩人對實驗現象和數據進行分析，歸納結論。最后得出光從另一側射入也符合光的反射規律，從而得出光路可逆的結論。

（三）多樣模型融合和應用，加深對規律的理解

通過文字、圖像或者寫出數學表達式等方法，對模型進行描述。無論哪種方式，都能客觀反映出規律模型的基本特征。因此，可將物理規律用多樣化的物理模型表達，增進學生對物理規律的理解。以本課為例，通過作圖，反射規律就一目了然了。之后，教師繼續鼓勵學生對光的反射規律用文字表述，將光的反射模型應用在具體的物理情景中，加深學生對光反射規律的認識。

二、物理規律教學中物理建模能力培養的注意點

廣義的物理規律包含了物理定律、物理定理或原理以及假說等。物理規律具有物理知識的幾個基本屬性，其中就包括近似性。這種近似性表現在規律對實際運動過程的描述具有近似性，即任何物理規律都是以實際的物理現象和客觀實際為基本背景，又在實際的基礎上通過嚴密的邏輯推理和抽象思維歸納總結出的，適用于一定的物理模型和條件。應用時必須明確研究對象是否符合定律所要求的模型條件。以本課為例，光的反射規律只適用于同一均勻介質。此外，物理模型的實際應用中，同樣應注意實際情況的特殊性，對物理模型總結性表述的理解非常重要。以本課為例，光垂直射向鏡面和漫反射現象均屬于光反射現象中的特殊情況，在建立物理模型中要進行說明。

總之，每一名教師要有模型意識，深思物理，深耕教學，加強對學生建模能力的培養，讓學生掌握探索物理規律的基本方法，提升學生分析和解決實際問題的能力，從而讓學生的科學素養有質的飛躍。