基于物理模型思想的初中物理課堂探索

摘" 要：物理模型可以分為對象模型、過程模型、條件模型等類型，在初中教材中雖然沒有明確要求物理模型思想的教學要求，但事實上，脫離了模型的思想，許多初中物理問題是無法討論的。因此，為了幫助學生明白教材中各種“理想狀態”的含義，更好地利用所學物理知識分析生活實例，有必要通過設計一節以物理模型為主題的物理課提升學生的思維層次。

關鍵詞：物理模型；教學設計；思維層次；初中物理課堂

一、問題提出

在初中物理核心素養中，物理思維是其中一環。培養學生對物理模型的建構、理解與應用能力是培養學生物理核心素養的重要方面。在《物理課程標準（２０１１）》中提到“增強學生從實踐中聯系理論的意識。在學生建立概念和認知規律之后，應及時引導學生用掌握的知識來分析解決生活和社會中的實際問題，強化理論的應用意識?！蔽锢砟Ｐ退枷刖褪且粋€很好的切入點。

物理模型在初中教學中不是一個常規的教學內容。而事實上，以上海教育出版社出版的物理教材為例，從八年級開始，學生已經在不經意間接觸到了散落在各處的物理模型。學生經常會在課上產生疑問：光在同種均勻介質中會不會有一點點彎曲？勻速直線運動真的存在嗎？為什么老師總喜歡畫一個方塊？作為教師，通常的處理方式只是告訴學生：這是理想狀態，這是物理模型。這僅僅回答了學生物理模型“是什么”，而其中更重要的“為什么”“怎么做”學生并不了解。因此，出于提高學生思維層次為目的，可以通過設計一節非典型的物理課，帶領學生從另一個視角閱讀我們的物理教材，從中找到靈感，進而嘗試用物理模型的思想分析生活實際問題。

二、設計依據

（一）物理模型思想的分類

模型是人們對客觀存在的對象進行抽象加工后形成的反映客觀對象本身特征的物件或心理產物。通常可以分為“對象模型、過程模型、條件模型”等。對象模型可以保留事物的本質特性，忽略次要的影響因素，例如：課本中各種忽略體積的木塊、光線的模型、忽略了厚度的薄透鏡、質點等。建立過程模型是為了突出重要的物理過程，忽略了影響這一過程的次要因素，例如：勻速直線運動、自由落體等；條件模型是對實際問題的某些條件理想化、抽象化后形成的問題條件，例如：光滑水平面、均勻介質、豎直方向、輕質容器等。在這些示例中，許多模型都已經出現在了初中８年級的物理教材中，幫助學生比較系統地去梳理這些模型就顯得很有價值了。

（二）基于學情的設計思路

物理模型思想對初中生而言，由于他們的科學素養還相對薄弱，所以難度較大。因此，需要從學生的已有知識體系中去提煉，從生活中選擇實例，盡可能降低學生理解的難度。所以在這堂課上，學生首先將光線、勻速直線運動、力等這些已經習得的相關知識串聯起來，從物理模型的角度重新審視這些知識點，并最終達成“經歷過程、感悟模型”的目標。之后，再以學生都有切實體驗的生活實例為載體，讓學生能夠根據研究對象的不同，判斷主要因素和次要因素，并最終嘗試建立簡單的物理模型。

基于以上學習目標，本節課以“下落的水滴”作為貫穿課堂的主線，在創設情境之后，將課堂分成對象模型和過程模型兩個主要教學環節，從不同角度對水滴進行分析，最終構建合理的物理模型。在這兩個環節中，都將先從實例到模型，由實際情境中逐步抽象與概括來獲得物理模型；再由模型到實例，將書本上抽象、簡化后的模型與研究對象的實際情形做對比。通過正向和反向兩次思維過程培養學生思維的靈活性，提升思維層次。

三、教學示例

環節１ 情境引入，引發思考

活動１：播放視頻１

雨滴下落過程中的慢動作視頻，然后由視頻引發相關思考。

提問１：根據力和運動的相關知識，請嘗試分析一下雨滴在下落過程中的運動狀態和受力情況。

活動２：播放視頻２

將雨滴下落的畫面放大，看到雨滴下落過程中并非完美的球形，也并非直線下落。

提問２：是否需要對剛才的分析進行修正？

環節２ 建立對象模型

活動３：知識介紹

介紹如何將汽車從一個現實中的研究對象簡化為二維平面的物理模型。經歷分析研究對象的主要因素和次要因素的學習過程。

活動４：閱讀書本并討論

觀察書本中的許多光學元件如：平面鏡、凸透鏡，水面等，從物理對象模型的角度思考建立的方法。

提問３：在研究這些光學元件的特點時，主要因素是什么，次要因素是什么，為什么要做這樣的簡化？

環節３ 建立過程模型

活動５：知識介紹

用帶箭頭的線段表示運動員某個時間段內經過的路程，箭頭表示運動的方向，線段的長短表示路程的大小。從而可以直觀地將一個連續的物理過程用一張圖表示出來。這也是一種物理過程模型的思想。

活動６：閱讀書本并討論

通過兩個描述聲音傳播情況的示例：一是倒相式音箱的工作原理；二是《楓橋夜泊》中描繪的聲學現象。學生從物理過程模型的角度再次思考圖示所要表達的信息，從中找到主要因素。

提問４：在這兩個解釋聲音現象的物理模型中，對物理過程做了怎樣的簡化？

環節４ 鞏固能力

回到情境引入時雨滴下落的實例，分別對雨滴建立對象模型，對下落過程建立過程模型。

提問５：當以２００米高空下落的一滴水為研究對象，它的主要因素是什么？次要因素是什么？

提問６：當以一滴水從２００米高空下落的過程為研究對象，它的主要因素是什么？次要因素是什么？

提問７：如果是一滴從０．１米高的位置落向桌面的水滴，我們建立起來的物理模型會有什么不同？

四、課后反思

物理模型思想除了這節課中涉及的對象模型、過程模型、條件模型之外，也可以嘗試對物理學的概念和規律進行模型化的理解。例如：速度的定義式是“路程與時間的比值”；密度的定義式是“質量與體積的比值”。拓展開去，如：磁場強度的定義式是“磁感線數量與橫截面積的比值”，ＢＭＩ是“質量與身高２的比值”等等。日常生活中還有各種有趣的定義，都使用了這種形式。物理模型可以認為是對同類問題的模式表達，這種表達就是模型從無到有的建構過程。是一種具有普遍意義的科學思想。

參考文獻：

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（責任編輯：羅" 欣）