初中物理建模能力培養(yǎng)教學策略分析

物理模型是物理知識的重要組成部分，而建模是認識真實世界的過程，可以用來建構(gòu)和使用物理知識。在物理建模活動中，學習者必須根據(jù)已有的物理知識和生活經(jīng)驗，運用提供的材料和工具探究面對的情境，建構(gòu)起對當前情境的理解，并將自己的這種理解表達出來。模型建構(gòu)可以在很大程度上降低學生學習的難度，幫助學生把握物理知識的本質(zhì)內(nèi)涵。在此視域下，作為物理學科教師，要積極樹立創(chuàng)新思維，運用科學路徑，探索教學實踐中滲透建模思維的有效路徑，引導學生對物理問題進行深入探索，實現(xiàn)實踐應用能力與創(chuàng)新能力的綜合發(fā)展。

一、基于實踐經(jīng)驗，聯(lián)通理論實際，促進學生思維發(fā)展層次化

物理學科與學生的生活實踐密切相關，其寬泛的研究對象與復雜的物理現(xiàn)象給學生的學習活動帶來了不小的挑戰(zhàn)。通過對物理教材的深入分析與解讀，我們發(fā)現(xiàn)，初中階段的物理教學內(nèi)容與學生的生活聯(lián)系密切，從學生的實踐經(jīng)驗出發(fā)，提煉出指向現(xiàn)實生活的“真問題”，有利于強化學生的理解能力，讓學生經(jīng)歷由具體到抽象的思維發(fā)展過程，為后續(xù)物理學習體系的合理構(gòu)建打下堅實基礎。以初中物理“功和功率”的教學為例，這一節(jié)內(nèi)容具有較強的抽象性，特別是在理解功率的物理含義方面，不少學生存在困難。基于這一教學難點，通過對學生日常學習生活的觀察，教師找到了功率與學生實踐經(jīng)驗的連接點一一大課間后，學生需要上樓回到教室上課，雖然樓層是相同的，但是爬得快的學生氣喘呼呼，爬得慢的學生則悠然自得，學生所做的功差異不大，但時間、速度以及學生的感受卻截然不同。教師可以此為基礎設計教學活動，引導學生展開科學探究，并在此過程中發(fā)展模型構(gòu)建能力。

以下是一個基于“功率物理意義\"的物理模型構(gòu)建教學設計。

（一）聯(lián)系實際，課堂導入

首先，創(chuàng)設生活情境，結(jié)合課間上樓回班級的具體情況，引導學生就“做功是否相同”“做功速度如何”等問題進行思考，讓學生圍繞“如何粗略估測爬三樓所做功的大小以及快慢”的具體問題設計實驗。引入真實案例，基于真實情境，設置相關問題。

（二）設計實驗，構(gòu)建模型，引導探究

將問題抽象化，引導學生簡化生活情境：假設一個人勻速上樓且受到了與重力平衡的力，對這個人進行受力分析，得出克服重力做功的具體方法。

教師提問，引導學生分析實驗中需要測量的物理量及所需要的測量工具，鼓勵學生設計簡便的實驗方法，并以此為基礎設計表格（如表1所示）。

設計意圖：將具體的生活情境進行抽象建模，提取解決問題所需的必要因素，建立物理模型，并在此基礎上設計實驗、記錄數(shù)據(jù)、展開分析。

（三）交流與評估，優(yōu)化實驗

基于實驗過程中存在的問題，鼓勵學生交流并提出促進實驗數(shù)據(jù)測量簡化、精準化的方法，探索優(yōu)化實驗過程的實驗方法。鼓勵學生樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的高階思維。

（四）構(gòu)建模型，理解新知

基于實驗結(jié)果，類比速度公式比值定義法的物理內(nèi)涵與生成過程，引出功率是表示單位時間所做的功的物理意義及定義公式。把握物理本質(zhì)，理解物理內(nèi)涵，掌握物理新知。鼓勵學生樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的高階思維，對傳統(tǒng)實驗設計進行優(yōu)化。調(diào)動學生的已有經(jīng)驗，讓學生通過類比，構(gòu)建物理概念，從本質(zhì)上理解物理的意義。

在上述教學設計中，教師從學生具體的實踐活動出發(fā)，引導學生將真實的生活情境進行簡化與抽象，讓學生自行設計實驗，經(jīng)歷完整的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、建構(gòu)模型、解決問題的學習過程，滲透科學思維，促進學生物理建模能力的提升。

二、創(chuàng)設教學情境，鼓勵自主探究，提高學生的抽象建模能力

上述教學設計更強調(diào)學生物理建模能力的發(fā)展。讓學生真正將該科學思維內(nèi)化于心、為我所用、深人理解，教師就要適當給學生創(chuàng)設實踐情境，讓學生基于生活實踐，充分運用物理建模能力解決問題。為實現(xiàn)這一目標，教師的教學設計就要具備一定的開放性。同時，教師要格外重視課堂問題的設計，避免無效問題，防止學生被問題“牽著鼻子走”。此外，教師還要引導學生以小組為單位積極進行討論、思考，讓學生在教師的引導與自主分析下選擇合適的物理量，運用恰當?shù)奈锢硪?guī)律與方法，在交流合作中解決問題，在小組交流匯報中展示成果，實現(xiàn)建模能力與綜合能力的全面提升。

以初中物理教學中“利用浮力測量固體密度”的教學為例。在教學設計中，教師可以結(jié)合社會新聞中關于“假黃金\"的報道，出示背景信息：假黃金從外形上看與真黃金無異，但其中卻蘊藏著大量的致癌物質(zhì)“鎘”，對人體傷害巨大，請你設計出物理實驗，判斷某金鐲子是真黃金還是假黃金。在此基礎上，教師可以設計如下教學活動（如表2所示）。

在教學實踐中，引導學生從真實的生活中體驗問題的復雜性和豐富性，構(gòu)建從情境中學習知識的認知途徑。教師所創(chuàng)設的真實問題情境為學生的思維發(fā)散提供了更多的可能。在教學實踐中，教師鼓勵學生依照不同的思路展開分析與討論，從不同角度建立相應的物理模型，并通過問題鏈的設計引導學生進行合理假設，不斷完善物理模型的設計，修正其中的物理量，最終解決具體問題。

三、結(jié)語

隨著新課程改革的縱深發(fā)展，以核心素養(yǎng)為導向構(gòu)建物理課堂已然成為物理教師關注的熱點，物理建模能力作為核心素養(yǎng)維度中科學思維的重要構(gòu)成要素，對學生的物理學習有著不容忽視的重要影響。教師要樹立創(chuàng)新意識，運用科學路徑，落實教育目標，積極構(gòu)建物理課堂新樣態(tài)。

注：本文系福建省泉州市教育科學“十四五”規(guī)劃（第二批）立項課題《基于核心素養(yǎng)視域的中學物理建模能力培養(yǎng)路徑研究》（立項號：QG1452-07）的研究成果。