模型思維在初中物理教學(xué)過程中的實踐運(yùn)用

李凱

【摘要】模型思維就是運(yùn)用可視化思維模型理解抽象復(fù)雜的知識點(diǎn)，借此打通學(xué)生思維的“堵點(diǎn)”.這種以結(jié)構(gòu)思維為框架，揭示本質(zhì)和規(guī)律的思維方法，能夠幫助學(xué)生厘清結(jié)構(gòu)關(guān)系、簡化系統(tǒng)，教會學(xué)生分析問題，精準(zhǔn)地找到解決問題的方案，從而讓學(xué)生的思維在課堂飛揚(yáng).本文從初中物理教學(xué)過程中模型思維的價值及其實踐運(yùn)用方面進(jìn)行探討，旨在培養(yǎng)學(xué)生思維的綜合能力和品質(zhì)，不斷提升初中物理課堂教學(xué)質(zhì)量.

【關(guān)鍵詞】初中物理;課堂教學(xué);模型思維

隨著新課程改革的不斷深入，以實驗探究為手段、目標(biāo)為主線、問題為導(dǎo)向的高中物理課堂逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的“主陣地”.這種新型課堂的教與學(xué)不但有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，驅(qū)動學(xué)生主動參與物理實驗進(jìn)行自主探究，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行核心知識的深度學(xué)習(xí)，而且可以讓學(xué)生在自主合作研究的過程中學(xué)會物理研究的方法，掌握物理的知識技能，逐漸形成物理的概念，培養(yǎng)物理思維品質(zhì)，從而促使學(xué)生的碎片思維向系統(tǒng)思維蛻變.

因此，在教學(xué)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)生活化的學(xué)習(xí)情境、建構(gòu)物理模型化的思維模式，助力學(xué)生自主學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生尋找問題，并找到解決問題的方法，滲透物理學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)物理模型思維的方法，揭示物理規(guī)律和本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).筆者根據(jù)多年的初中物理教學(xué)實踐經(jīng)驗，從以下幾個方面開展物理模型進(jìn)行教學(xué)研究，取得了明顯的教學(xué)效果.

1 在生活場景問題中形成實物模型

教師在物理課堂教學(xué)中，常常可以設(shè)置熟悉的生活場景，讓學(xué)生能夠身臨其境，了解其所要學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和特征，并親身體驗，驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動力；同時可以讓學(xué)生直接觀察到實物模型，了解實物模型的價值以及意義.

例如 在進(jìn)行“杠桿”一課的教學(xué)時，筆者首先給學(xué)生呈現(xiàn)了“蹺蹺板”模型（見圖1），然后邀請了一位同學(xué)在左邊施力，筆者在右邊施力，在力不斷變化的過程中，“蹺蹺板”會出現(xiàn)兩種狀態(tài)：①一邊低一邊高，②左右兩邊大約一樣高.然后筆者提問學(xué)生：“我們都知道蹺蹺板左右.兩邊在同等高度的時候，處于平衡狀態(tài)，那么在一邊著地時，這時候還處于平衡嗎？”學(xué)生立馬搖了搖頭，筆者對學(xué)生說：“別著急回答，等學(xué)完本節(jié)課再回答也不遲.”然后引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容.

利用生活中的實物模型，設(shè)置物理問題，構(gòu)建沉浸式課堂，這樣不但更能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)新知的積極性和欲望，讓學(xué)生從自己的生活中去走近物理、學(xué)習(xí)物理，用實物模型真正體驗運(yùn)動方式的過程，引導(dǎo)學(xué)生厘清概念，理解掌握新知，尋找揭示物理現(xiàn)象的原因及其本質(zhì)特征，從而更好地學(xué)習(xí)物理.

2 在深度探究問題中建構(gòu)實驗?zāi)Ｐ?/p>

2.1 在探究物理實驗中理解物理規(guī)律

生活中的物理現(xiàn)象是錯綜復(fù)雜的，教師若想幫助學(xué)生尋找物理現(xiàn)象中的規(guī)律，剖析厘清物理概念，就需要把物理現(xiàn)象模型化，促使學(xué)生在生活中用相對應(yīng)的物理器具來重現(xiàn)物理現(xiàn)象，仔細(xì)觀察、研究、剖析，并找出規(guī)律.實驗的最終目的就是讓學(xué)生能物理實驗中尋找出物理規(guī)律，因此，建構(gòu)實驗?zāi)Ｐ途褪潜阌诓僮鳎グl(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律.

例如 在教學(xué)“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”時，筆者首先讓學(xué)生猜想：動能大小可能和哪些因素有關(guān)？學(xué)生初步猜想：動能和速度、質(zhì)量有關(guān).然后展開了實驗探究（見圖2）：（1）取一個小球從斜面的不同高度滾下，觀察和標(biāo)記小木塊被撞擊后所處的大概位置；（2）取質(zhì)量不同的小球分別從斜面的同一高度滾下，觀察和標(biāo)記出小木塊被撞擊后所處的大概位置.通過控制變量法（高度不變，質(zhì)量變；高度變，質(zhì)量不變），得出動能和速度、質(zhì)量的關(guān)系，從而明確了三者之間的變量關(guān)系.

本節(jié)課的教學(xué)，不但有利于培養(yǎng)學(xué)生自主動手能力，而且還能引導(dǎo)學(xué)生找出正確的變量關(guān)系，從而促使學(xué)生的物理學(xué)習(xí)能力得到提升.

2.2 在分析實驗數(shù)據(jù)中構(gòu)建數(shù)理模型

教師在進(jìn)行物理實驗教學(xué)時，要精心指導(dǎo)學(xué)生：在抽象的物理現(xiàn)象中深度思考，仔細(xì)觀察并記錄實驗過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用多種分析數(shù)據(jù)的方法，比如圖像法、控制變量法、EXCEL處理等，從多種角度構(gòu)建數(shù)理模型.

例如 在教學(xué)“電流與電壓、電阻的關(guān)系”時，通過探究實驗學(xué)生獲得了有關(guān)電流、電壓和電阻的數(shù)據(jù)（見圖3），然后筆者提問學(xué)生：“如何最直觀地看出這三者的關(guān)系呢？”話音剛落，就有學(xué)生回答：“可以運(yùn)用圖像法.”當(dāng)大家采用這一方法之后，發(fā)現(xiàn)無法得出三者之間的關(guān)系，于是筆者啟發(fā)性地說道：“大家還記得之前探究聲音高低的因素時所用的方法嗎？”學(xué)生立即反應(yīng)過來，可以運(yùn)用控制變量法：（1）控制電壓不變，探究電流與電阻的關(guān)系；（2）控制電阻不變，探究電流與電壓的關(guān)系；（3）控制電流不變，探究電壓與電阻的關(guān)系.從而得出結(jié)論：當(dāng)電流一定時，電壓與電阻成反比.

多種分析數(shù)據(jù)的方法，不但可以幫助學(xué)生掌握更多的實驗方案，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力和實事求是的科學(xué)態(tài)度，為以后學(xué)習(xí)高中物理奠定良好的基礎(chǔ).

2.3 在建立理想模型中建構(gòu)物理概念

物理概念的教學(xué)必須讓學(xué)生了解概念的內(nèi)涵、內(nèi)容和含義，并且知道概念的外延以及適用條件和范圍，掌握本質(zhì)特征，加深對概念的鞏固和升華，以此達(dá)到活學(xué)活用，學(xué)以致用.因此，教師在物理實驗教學(xué)過程中，通過對物理運(yùn)動現(xiàn)象的分析和探討，讓學(xué)生從物理現(xiàn)象學(xué)會和掌握物理概念，深度理解概念.

例如 在教學(xué)“升華與凝華”時，筆者首先給學(xué)生呈現(xiàn)了如下物理現(xiàn)象（見圖案和圖5）：將粉末狀的樟腦丸放入燒瓶中，用酒精燈微微加熱一段時間后停止加熱，幾分鐘后，放入燒瓶的松枝上出現(xiàn)了潔白的“人造雪景”，過了一會，“雪”消失了.然后筆者提問學(xué)生：“這消失的過程是什么？”學(xué)生依舊沉浸于之前的“景象”，對于筆者提出的問題有些許反應(yīng)滯后，筆者適時地提醒道：“樟腦丸的變化是怎么樣的呢？”學(xué)生想了想答道：“由固態(tài)變成了氣態(tài).”筆者反問道：“你們知道這一物理現(xiàn)象的術(shù)語叫什么嗎？”學(xué)生搖了搖頭，于是筆者在黑板上了寫下了“升華”這一物理概念.

給學(xué)生呈現(xiàn)生動形象的物理現(xiàn)象，不但有助于學(xué)生清晰地認(rèn)識概念，理解物理本質(zhì)，而且還可以促使學(xué)生對物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生極大的興趣.

3 在解決實際問題中巧用物理模型

深度學(xué)習(xí)的關(guān)鍵就是讓學(xué)生能夠運(yùn)用物理知識來解決生活實際問題，學(xué)生在分析問題和解決問題的過程中，不斷提升識別和還原物理模型.因此，教師在教學(xué)時從生活中的物理出發(fā)，運(yùn)用理想模型的方法，引導(dǎo)學(xué)生小組合作學(xué)習(xí)、探究問題、討論交流，加強(qiáng)知識的內(nèi)化，拓展遷移，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí).

例如 筆者給學(xué)生呈現(xiàn)了這樣一道題目（見圖6）：小船M被水沖走后，用一繩子把它拉回岸邊的A點(diǎn)，假定水流速度C1沿著河寬不變，而拉繩子的速度為C2，求小船的軌跡.讓學(xué)生先進(jìn)行小組討論，有的小組成員立馬拿起筆畫了起來.見此情景，筆者邀請這部分學(xué)生談一談他們的解題思路，然而他們以小船上各個點(diǎn)的軌跡為出發(fā)點(diǎn)，反倒將問題復(fù)雜化.于是筆者提示性地說道：“我們學(xué)過不少理想化的模型，在本題中，小船相對于河面來說，它的大小是不是可以忽略不計呢？”話還沒說完就有學(xué)生答道：“老師，可以運(yùn)用質(zhì)點(diǎn)模型來解這道題目，將小船看作一個整體（質(zhì)點(diǎn)）.”筆者聽了連連點(diǎn)頭，并鼓勵道：“那我們一起來解這道題目吧.”在正確方法的引導(dǎo)下，學(xué)生很快求出小船的運(yùn)行軌跡.

物理模型在解決問題過程中的應(yīng)用，不但可以幫助學(xué)生溫習(xí)已學(xué)的知識，還可以點(diǎn)燃學(xué)生的思維火花，讓學(xué)生的思維進(jìn)行碰撞，從而習(xí)得物理新知，形成批判性思維，掌握相應(yīng)的物理技能，積累更多的物理經(jīng)驗，走向探究物理真諦的路徑.

4 結(jié)語

總之，新課標(biāo)下的初中物理實驗課程，不再是單純的傳授知識和機(jī)械學(xué)習(xí)，而是需要教師貼近學(xué)生的生活，設(shè)置一定的物理任務(wù)情境，創(chuàng)建相應(yīng)的物理模型，引領(lǐng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究，從而促使學(xué)生質(zhì)疑思辨，找到解決問題的核心，快速解決實際問題.綜合分析物理模型的過程有利于學(xué)生由直觀形象思維向抽象邏輯思維過渡，不斷提升學(xué)生的思維梯度，鍛煉學(xué)生思維靈敏度，為其迅速抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)、解析物理概念、處理物理問題奠定良好的基礎(chǔ)，不斷提升學(xué)生的物理綜合素養(yǎng).

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