淺談物理模型建構思維能力的培養

蔣清云

【摘? 要】物理教學圍繞客觀存在的物理知識與人類的抽象認知特點展開，將具象化的物理現象加工為理論，促使學生掌握獲取科學知識的基本技能。要提升初中物理教學質量，必須加強對學生思維的訓練，使其正確認識、應用物理知識。物理模型構建從物理教學本身的科學性與綜合性入手，依靠多元化模型框架幫助學生認知物理知識。培養學生的物理模型建構思維，應該從直觀認知、理論探索、抽象思考等多角度入手，認知、理解、探究，為物理教學的高效實施提供新的支持。

【關鍵詞】初中物理；模型建構思維；培養

模型建構思維不僅包括建立物理模型的基本能力，還包含物理認知、物理辨析等多方面的內容，在初中物理教學活動中，具備出色的模型建構思維的學生的信息搜集能力、邏輯分析能力、抽象建模能力都較為出色。從初中物理教學的宏觀視角來看，物理建模是一個應用物理知識、轉化抽象概念的學習過程，可以引導學生物理素養的進一步發展，能從基礎建模與概念分析等多元視角引導學生展開物理學習活動，提升學生的物理學習效率。

一、初中物理模型建構思維的核心概念論述

模型建構思維的概念并不復雜，其屬于一種結合客觀存在的物理知識引導學生建構物理模型的思維意識，鼓勵學生結合既有的物理模型解答相關學習問題，嘗試完成從抽象到具象的思維轉換，直觀認知物理知識。在進行模型建構思維培養工作的過程中，要重視模型建構思維與其他思維意識之間的關系，建立完善的物理思維培養體系。第一，模型建構思維是學生基于已經掌握的物理知識建立物理模型的一種思維意識，其受到學生信息儲備與學習經驗的直接影響。培養學生的模型建構思維，必須強調學生物理信息搜集能力、信息應用能力的綜合應用，教師應建立更為完善的物理教學指導模式，帶動學生物理技能的進一步發展。第二，模型建構思維強調學生對基礎物理知識的認知、應用，在物理課堂上，教師要重視學生分析信息、建構模型等關鍵技能的培養，將教學活動轉化為系統完善的教學指導體系，帶動學生物理思維的進一步發展。第三，模型建構思維包含實踐模塊，教師需允許學生借由實踐活動積累物理學習經驗，建構物理模型。模型建構思維是一種帶有綜合性特點的思維能力，強調學生物理認知能力與理性思維能力的協調發展，教師要不斷完善初中物理教學模式，才能為學生模型建構思維的成型提供新的支持。

二、初中物理模型建構思維的培養原則

部分教師將模型建構思維理解為一種建立物理模型、分析物理知識的思維能力，僅強調學生的學習成果，并不關注學生思維發展的特點，盲目引入模型建構任務，導致學生無法適應教學要求。對初中生來說，物理教學活動成型于現實科學中，教學工作本身帶有綜合性、教育性的一般特點，基于單純認知的物理教學模式很難發揮出價值。在培養學生的物理學習能力的過程中，教師必須基于思維發展視角開展教學工作。一方面，堅持過渡性原則，為學生提供發展思維的必要空間，設計循序漸進的教學模式，控制教學難度；另一方面，要強調教育的綜合性原則，對學生的物理認知能力、信息搜集能力、課堂實踐能力展開訓練，建立綜合育人的全新教育模塊。初中物理教學的實施不能單純考慮教學目標，還要堅持以生為本的教育思想，為學生的后續學習做好準備。

三、初中物理教學中學生模型建構思維的培養策略分析

（一）挖掘基礎物理知識，培養模型建構思維

模型建構思維是基于理論知識演化而來的一種思維能力，在初中物理教學活動中，其將單元化物理知識與教學元素串聯起來，提高學生的物理學習能力。教師要不斷發展學生的模型建構思維，重視其基礎理論知識的應用，培養學生結合抽象物理知識建立物理模型的基本學習技能，拓展教學寬度，投放理論資源，為學生的物理學習打下堅實的基礎。

以滬科版八年級教材《平面鏡成像》的教學為例，可以在開展物理教學活動的同時對學生提出物理問題，使學生對物理知識進行整合、應用。在課堂教學中，教師以鏡子為教學工具，幫助學生培養模型建構思維。在鏡子前，教師放置了粉筆盒、黑板擦等材料，要求學生進行觀察。學生借由實踐活動與教師展開互動：平面鏡所形成的像與物體保持一致。但部分學生提出了新觀點：鏡子里的像僅包含一個平面，我們看見的黑板擦卻是立體的。該環節教學以幫助學生認知為第一任務，重視物理知識與物理生活經驗的整合應用。教師在隨后的教學活動中導入物理分析問題，引導學生展開思考：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？鼓勵學生基于抽象的想象過程展開思考，了解平面鏡的成像特點。在培養學生的建模技能的過程中，教師基于“平面鏡”與“物體”建立模型，培養學生的抽象想象能力。在建立物理模型的過程中，教師要求學生基于生活經驗和基礎物理知識展開思考，鍛煉學生的邏輯推理技能與實踐技能，分享物理學習方法。模型建構思維的培養可從“建立完善的物理實用模型”這一角度入手，對物理知識與生活經驗進行匯總，幫助學生掌握建立物理模型的有效方法。

（二）整合關鍵教學資源，培養模型建構思維

初中生模型建構思維的開發不能單純依靠理論知識，在課堂教學中，教師必須為學生提供切實的觀察對象與實踐素材，基于宏觀的認知視角培養學生的模型建構思維，才能使其掌握關鍵物理知識。教師要加快學生模型建構思維的成型速度，必須做好教學資源的投放工作，用多元資源滿足學生的物理學習需求，使其在培養學習興趣的同時形成優秀的建模素養。

做好教學資源的投放工作，可以幫助學生完成信息搜集、物理現象歸納等多元學習任務，及時整合學習資源。以滬科版八年級教材《認識浮力》的教學為例，可嘗試從物理概念、生活常識等角度引導學生分析物理知識。在建模指導環節，設計資源開發、數學實踐等多板塊結合的教學方案，為學生物理建模能力的發展提供新的環境。在課堂上，學生準備了鐵塊、塑料方塊、橡皮泥等材料，基于生活經驗視角構建不同的物理模型，并作出假設，具體內容如下：

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

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。

每一個實驗都是一個獨立的物理模型，學生在投放實驗資源之后進行主動探究。教師鼓勵學生根據實驗過程做出假設，對所掌握的物理資源進行深度應用，從而提升學生的物理建模能力。當學生完成物理實踐任務之后，教師引導學生設計更科學的實驗過程，深度應用物理模型，從“浮在海水上的人”這一模型中探究浮力與液體密度的關系；將生活中“鋼鐵會沉入水中，而由鋼鐵制成的輪船卻可以浮在水面上”的現象證實浮力與排開水的體積之間的關系。建立多元模型分析物理問題，才能帶動學生建模思維的發展。教師要基于學生的直觀認知需求開展教學活動，依靠具體、清晰的物理實踐活動幫助學生梳理學習思路，完成物理知識的創新加工，促進學生物理學習能力的進一步發展。

（三）開發多元實驗活動，培養模型建構思維

設計多元化實驗活動，可以將抽象的物理知識轉化為直觀的實驗現象，引導學生探究物理原理，掌握事物的本質特點。在培養學生的模型建構思維的過程中，教師要重視實驗教學模塊的創新應用：為學生展示具體的實驗現象，培養學生的物理分析與認知能力，加快其模型建構思維的成型速度。教師必須降低對學生能力與學習過程的要求，鼓勵學生結合既有的物理知識自由探索，使其形成模型建構思維。

以滬科版九年級物理教材《串聯電路和并聯電路》的教學為例，教師可引導學生展開物理實驗，借由切實存在的實驗活動培養學生的模型建構思維。教師在幫助學生掌握物理概念之后，引導學生開展物理實驗，為學生提供實驗器材、提出實驗任務，借由切實的實驗活動培養學生的模型建構思維。在課堂教學中，教師設置物理探究任務：某工廠現要安裝一條電路，要求其中一個開關可以控制整個電路的運行，剩余多個分開關獨立作業，不受到其他開關的影響。當教師提出問題之后，學生便會帶入串聯電路與并聯電路的有關概念，在課堂上對其進行設計。在培養學生的模型建構思維的過程中，要求學習者展示物理知識，將自己所設計的實驗方案呈現出來，分析建模過程。其他開關互不影響，要根據開關數量建立多個并聯電路；某開關控制整個電路，則其處于干路位置。在分析物理問題的過程中，培養學生的物理學習能力與探究技能，幫助引導學生展開新一輪的物理探究活動，促使學生掌握獨立建立物理模型的有效方法，帶動學生物理建模思維的進一步發展。教師要強調實驗模塊的優化設計，利用實際實驗過程為學生提供對應的學習對象，加快學習者模型構建思維的發展。

（四）延伸課外教學模塊，培養模型建構思維

課堂教學與課外教學協同發力，共同為學生提供掌握物理知識、參與物理課堂的學習機會。教師重視課外教學模塊的開發，能夠幫助學生透徹掌握物理知識。在教學環節上，教師可嘗試基于教學要求開發課外的教學模塊，利用課外的物理知識展現物理原理，借由數學模型引導學生思考，帶動學生物理建模思維的進一步發展。

以滬科版初中物理教材《力的合成》的教學為例，在初中物理教學中，只需要掌握力的合成的基本特點即可，教師可幫助學生展開課外實踐，在實踐中培養學生的模型建構思維。在實踐環節設計互動任務，要求學生獨立開發實驗方案，證明“力的合成”這一知識點。教學過程包含了抽象建模與直觀建模兩個環節，學生要在建模的同時推導實驗現象，分析物理知識：選擇一個重物，在重物上施加兩個不同方向但大小相同的力，觀察重物的運動情況。如果重物只能沿著一個方向進行，則證明重物的運動僅受到力的大小的影響；如果重物沿著全新的方向移動，則證明力發生了合成。在獨立開展建模練習的過程中，學生也將學到有關于“力的合成”的物理知識，基于初高中銜接視角，可要求學生對自己所構建的虛擬模型進行重新加工，基于現實的角度培養學生的物理認知能力，向學生提出新的任務：結合你所做出的假設設計物理實驗，證明力的合成特點，掌握相關物理知識。指向課外的物理教學活動重視學生活動能力與物理思維的培養，教師要為學生提供自由探索的機會，將建模過程加工為學習過程，帶動學生物理學習能力的進一步發展。

四、結束語

模型建構思維的培養離不開多元教學板塊的支持，在開展教學活動的過程中，教師要對學生的物理理解能力、信息搜集能力、邏輯辨析能力等關鍵物理技能展開訓練，促使學生在客觀的物理知識中挖掘新的學習元素，提升學生的物理學習效率。教師不僅要指導學生進行建模，而且要引導學生對所建立的物理模型進行應用、解題、思考，逐步創新初中物理教學模式。

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