基于科學思維的初中物理模型建構能力培養策略

摘 要：文章通過對科學思維和模型建構內涵的闡述，分析了初中物理教學中培養學生模型建構能力的重要性。筆者結合教學實踐，提出了一系列具體的培養策略，包括創設問題情境、引導實驗探究、運用類比方法、開展小組合作和注重反思評價等，以提高學生的科學思維水平和模型建構能力，為初中物理教學提供有益參考。

關鍵詞：初中物理；科學思維；模型建構

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2025）14-0100-03

收稿日期：2025-02-15

作者簡介：黃潔，本科，二級教師，從事初中物理教學研究。

科學思維是指學習者在認識和解決問題的過程中所運用的思維方式，包括分析、綜合、抽象、概括、推理、判斷等[1]。模型建構是科學思維的重要組成部分，指學習者根據研究對象的特征和規律，建立起一種簡化的、抽象的模型，以便更好地理解和研究對象。初中物理教學中，教師通過培養學生的模型建構能力，可以幫助學生更好地理解物理概念和規律，提高學生的科學思維水平和解決問題能力。

1 科學思維與模型建構的內涵

在初中物理學習中，科學思維與模型建構具有深刻的內涵，對學生的成長和發展起著至關重要的作用。科學思維是探索物理世界的關鍵工具，它包含分析與綜合的能力，使學生能夠將復雜的物理現象拆解成各個要素進行分析，再把這些要素綜合起來進行理解。比如，在學習電路時，分析電流、電壓、電阻等要素，然后綜合理解電路的工作原理。邏輯推理也是科學思維的重要組成部分，學生可以通過已知的物理規律和現象，推導未知的結果。例如，根據光的反射定律，可以推理出光線在不同介質中的傳播路徑。

模型建構是將抽象的物理世界具象化的有效手段。物理模型可以是實物模型，如用小球和彈簧構建的分子模型，幫助學生直觀地理解分子間的作用力，也可以是概念模型，比如用光線來表示光的傳播路徑，簡化對光現象的理解。通過建立模型，學生能夠抓住物理現象的本質特征，忽略次要因素，從而高效研究和解決問題。

初中物理教學中的科學思維與模型建構相輔相成。科學思維能夠為模型建構提供方法和思路，在構建模型的過程中，需要運用分析、推理等科學思維能力。模型建構為科學思維提供了具體的對象和載體，通過對模型的分析和研究，進一步鍛煉科學思維，它們共同助力學生打開物理世界的大門，培養探索精神和創新能力。

2 初中物理教學中培養學生模型建構能力的重要性

2.1 有助于學生理解物理概念和規律

物理概念和規律是物理學的核心內容，它們通常比較抽象和復雜，學生難以理解。教師通過建立物理模型，可以將抽象的物理概念和規律轉化為具體的、形象的模型，幫助學生更好地理解物理概念和規律的本質特征和內在聯系。

2.2 有助于提高學生的科學思維水平

模型建構是科學思維的重要組成部分，要求學生運用分析、綜合、抽象、概括、推理、判斷等思維方法，對研究對象進行深入思考和研究，進而建立一種簡化的、抽象的模型。學生通過模型建構，可以提高科學思維水平，培養創新能力和實踐能力[2]。

2.3 有助于培養學生的問題解決能力

在實際問題中，往往存在許多復雜的因素和條件，學生難以直接運用物理概念和規律進行求解。學生通過建立物理模型，可以將實際問題簡化為一個或幾個物理問題，然后運用物理概念和規律進行求解。模型建構的訓練可以培養學生的問題解決能力，提高學生的學習興趣和學習積極性。

3 基于科學思維的初中物理模型建構能力培養策略

3.1 創設問題情境，激發學生建模興趣

問題情境是指在教學過程中，教師根據教學內容和學生的實際情況，創設出一種具有一定難度和挑戰性的問題情境，激發學生的學習興趣和求知欲望[3]。在初中物理教學中，教師可以通過創設問題情境，引導學生發現問題、提出問題，激發學生的建模興趣。例如，在“光的折射”教學時，教師可以創設這樣一個問題情境：在一個裝滿水的水槽中，插入一根筷子，觀察筷子的變化。學生通過觀察發現，筷子在水中好像“折斷”了。教師可以引導學生思考：為什么筷子在水中會“折斷”呢？這個現象與光的折射有什么關系呢？通過創設問題情境，教師能夠激發學生的建模興趣，為學生的模型建構奠定基礎。

3.2 引導實驗探究，培養學生建模能力

實驗探究是物理教學的重要方法之一，它可以幫助學生更好地理解物理概念和規律，培養學生的科學思維和實踐能力。在初中物理教學中，教師可以通過引導實驗探究，讓學生親身體驗物理現象的發生過程，建立物理模型。例如，在“浮力”教學時，教師可以引導學生進行實驗探究，將一個物體放入水中，觀察物體的浮沉情況；改變物體的形狀、體積和密度等因素，觀察物體的浮沉情況有什么變化。通過實驗探究，學生可以建立起浮力的物理模型，即物體在液體中受到的浮力等于物體排開液體的重力。

3.3 運用類比方法，幫助學生建立物理模型

類比方法是一種科學方法，它是指根據兩個或兩類對象之間某些方面的相似性，得出它們在其他方面也可能存在相似的一種推理方法。在初中物理教學中，教師可以運用類比方法，幫助學生建立物理模型。例如，在“電流”教學時，教師可以將電流與水流進行類比，水流是水分子的定向運動形成的，電流是電荷的定向運動形成的；水流的形成需要有水位差，電流的形成需要有電勢差（電壓）；水流的大小用流量來表示，電流的大小用電流強度來表示。通過類比，學生可以建立起電流的物理模型，即電流是電荷的定向移動形成的，電流的大小等于單位時間內通過導體橫截面的電荷量。

3.4 開展小組合作，提高學生建模效率

小組合作是一種有效的教學方法，它可以培養學生的合作意識和團隊精神，提高學生的學習效率和學習質量。在初中物理教學中，教師可以開展小組合作，讓學生在小組中共同討論、共同探究，建立物理模型。例如，在“電路”教學時，教師可以將學生分組，讓學生在小組中共同設計電路、連接電路，并觀察電路的工作情況。通過小組合作，學生可以互相交流、互相啟發，進而提高建模效率和建模質量。

3.5 注重反思評價，幫助學生完善模型

反思評價是教學過程中的一個重要環節，它可以幫助學生總結經驗教訓，發現問題和不足，及時調整學習策略和方法，提高學習效率和學習質量。在初中物理教學中，教師要注重反思評價，引導學生對自己建立的物理模型進行反思，發現問題和不足，及時進行調整和完善。例如，在“牛頓第一定律”教學時，教師可以引導學生對自己建立的牛頓第一定律的物理模型進行反思評價：這個模型是否能夠準確地描述物體的運動規律？這個模型是否存在局限性？如果存在局限性，應該如何進行改進和完善？教師通過反思評價，幫助學生完善模型，提高學生的科學思維水平和問題解決能力。

4 初中物理模型建構能力培養的教學案例

4.1 案例背景

在學習“浮力”時，教師引導學生通過實驗探究和理論分析來構建浮力物理模型。

4.2 教學過程

4.2.1 創設情境

教師通過展示一些生活中與浮力有關的現象，如輪船在海上航行、木塊漂浮在水面上、人在游泳池中游泳等，激發學生的學習興趣和好奇心。學生看到這些現象后，紛紛提出問題：為什么輪船能浮在水面上？木塊為什么不會下沉？人在水中為什么會感覺輕了很多？

4.2.2 實驗探究

教師組織學生進行實驗探究，首先，讓學生將一個木塊放入水中，觀察木塊的狀態。接著，逐漸增加木塊上的重物的質量，觀察木塊什么時候開始下沉。通過這個實驗，學生直觀地感受到了浮力的存在，認識到浮力的大小與物體排開液體的體積有關。最后，教師讓學生用彈簧測力計分別測量一個鐵塊在空氣和在水中的重力，通過比較兩次測量的結果，學生發現鐵塊在水中受到了一個向上的力，這個力就是浮力。

4.2.3 理論分析

在實驗探究的基礎上，教師引導學生進行理論分析。教師講解阿基米德原理，即物體所受浮力等于物體排開液體的重力。接著，讓學生根據阿基米德原理來分析實驗中得到的結論，進一步加深學生對浮力的理解。

4.2.4 模型建構

在學生對浮力有了一定認識后，教師引導學生構建浮力物理模型。教師首先讓學生回憶實驗過程中觀察到的現象和得到的結論，然后讓學生用圖形和文字來表示浮力的產生原因和大小。學生經過討論和思考，畫出浮力物理模型：一個物體浸沒在液體中，受到液體對它向上的浮力，浮力的大小等于物體排開液體的重力。

4.3 案例分析

4.3.1 培養學生的觀察能力

在這個案例中，教師通過展示生活中的現象和組織學生進行實驗探究，培養學生的觀察能力。學生通過觀察現象和實驗過程，能夠發現問題、提出問題，為后續的學習和模型建構奠定基礎。

4.3.2 提高學生的實驗探究能力

實驗探究是物理學習的重要方法之一。在這個案例中，教師組織學生進行兩個實驗，讓學生通過實驗探究來認識浮力的存在和大小。通過實驗探究，學生不僅提高了實驗操作能力，還培養了科學探究的精神和方法。

4.3.3 增強學生的理論分析能力

在實驗探究的基礎上，教師引導學生進行理論分析，讓學生運用所學的物理知識來解釋實驗現象和結論。學生通過理論分析，能夠加深對物理知識的理解，提高理論分析能力。

4.3.4 培養學生的模型建構能力

模型建構是物理學習的重要目標之一。在這個案例中，教師引導學生構建浮力物理模型，讓學生用圖形和文字來表示浮力的產生原因和大小。通過模型建構，學生能夠更好地理解浮力的本質特征，提高解決實際問題的能力。

5 結束語

在初中物理教學中，培養學生的模型建構能力是重要的教學目標之一。教師通過創設問題情境、引導實驗探究、運用類比方法、開展小組合作和注重反思評價等策略，可以有效提高學生的科學思維水平和模型建構能力，為學生的未來發展奠定堅實的基礎。在教學過程中，教師要不斷探索和創新教學方法，提高教學質量和教學效果，進而為培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才作出貢獻。

參考文獻：

［1］張定而。指向科學思維素養培育的初中物理模型建構策略[J]。數理化解題研究，2024（23）：94-96。

[2] 安小娜。初中物理模型建構能力的培養[J]。教育實踐與研究（B），2023（09）：40-43。

[3] 張巖鷹。基于學習進階理論的初中物理模型建構的教學實踐與思考[J]。讀寫算，2024（16）：152-154。

［責任編輯：李 璟］