基于科學(xué)思維的初中物理模型建構(gòu)能力培養(yǎng)策略

摘 要：文章通過(guò)對(duì)科學(xué)思維和模型建構(gòu)內(nèi)涵的闡述，分析了初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力的重要性。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，提出了一系列具體的培養(yǎng)策略，包括創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究、運(yùn)用類(lèi)比方法、開(kāi)展小組合作和注重反思評(píng)價(jià)等，以提高學(xué)生的科學(xué)思維水平和模型建構(gòu)能力，為初中物理教學(xué)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：初中物理；科學(xué)思維；模型建構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：1008-0333（2025）14-0100-03

收稿日期：2025-02-15

作者簡(jiǎn)介：黃潔，本科，二級(jí)教師，從事初中物理教學(xué)研究。

科學(xué)思維是指學(xué)習(xí)者在認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題的過(guò)程中所運(yùn)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(gòu)是科學(xué)思維的重要組成部分，指學(xué)習(xí)者根據(jù)研究對(duì)象的特征和規(guī)律，建立起一種簡(jiǎn)化的、抽象的模型，以便更好地理解和研究對(duì)象。初中物理教學(xué)中，教師通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力，可以幫助學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律，提高學(xué)生的科學(xué)思維水平和解決問(wèn)題能力。

1 科學(xué)思維與模型建構(gòu)的內(nèi)涵

在初中物理學(xué)習(xí)中，科學(xué)思維與模型建構(gòu)具有深刻的內(nèi)涵，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用?？茖W(xué)思維是探索物理世界的關(guān)鍵工具，它包含分析與綜合的能力，使學(xué)生能夠?qū)?fù)雜的物理現(xiàn)象拆解成各個(gè)要素進(jìn)行分析，再把這些要素綜合起來(lái)進(jìn)行理解。比如，在學(xué)習(xí)電路時(shí)，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(xué)思維的重要組成部分，學(xué)生可以通過(guò)已知的物理規(guī)律和現(xiàn)象，推導(dǎo)未知的結(jié)果。例如，根據(jù)光的反射定律，可以推理出光線在不同介質(zhì)中的傳播路徑。

模型建構(gòu)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(shí)物模型，如用小球和彈簧構(gòu)建的分子模型，幫助學(xué)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(lái)表示光的傳播路徑，簡(jiǎn)化對(duì)光現(xiàn)象的理解。通過(guò)建立模型，學(xué)生能夠抓住物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征，忽略次要因素，從而高效研究和解決問(wèn)題。

初中物理教學(xué)中的科學(xué)思維與模型建構(gòu)相輔相成。科學(xué)思維能夠?yàn)槟Ｐ徒?gòu)提供方法和思路，在構(gòu)建模型的過(guò)程中，需要運(yùn)用分析、推理等科學(xué)思維能力。模型建構(gòu)為科學(xué)思維提供了具體的對(duì)象和載體，通過(guò)對(duì)模型的分析和研究，進(jìn)一步鍛煉科學(xué)思維，它們共同助力學(xué)生打開(kāi)物理世界的大門(mén)，培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)新能力。

2 初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力的重要性

2.1 有助于學(xué)生理解物理概念和規(guī)律

物理概念和規(guī)律是物理學(xué)的核心內(nèi)容，它們通常比較抽象和復(fù)雜，學(xué)生難以理解。教師通過(guò)建立物理模型，可以將抽象的物理概念和規(guī)律轉(zhuǎn)化為具體的、形象的模型，幫助學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系。

2.2 有助于提高學(xué)生的科學(xué)思維水平

模型建構(gòu)是科學(xué)思維的重要組成部分，要求學(xué)生運(yùn)用分析、綜合、抽象、概括、推理、判斷等思維方法，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行深入思考和研究，進(jìn)而建立一種簡(jiǎn)化的、抽象的模型。學(xué)生通過(guò)模型建構(gòu)，可以提高科學(xué)思維水平，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[2]。

2.3 有助于培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力

在實(shí)際問(wèn)題中，往往存在許多復(fù)雜的因素和條件，學(xué)生難以直接運(yùn)用物理概念和規(guī)律進(jìn)行求解。學(xué)生通過(guò)建立物理模型，可以將實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化為一個(gè)或幾個(gè)物理問(wèn)題，然后運(yùn)用物理概念和規(guī)律進(jìn)行求解。模型建構(gòu)的訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。

3 基于科學(xué)思維的初中物理模型建構(gòu)能力培養(yǎng)策略

3.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生建模興趣

問(wèn)題情境是指在教學(xué)過(guò)程中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，創(chuàng)設(shè)出一種具有一定難度和挑戰(zhàn)性的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望[3]。在初中物理教學(xué)中，教師可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的建模興趣。例如，在“光的折射”教學(xué)時(shí)，教師可以創(chuàng)設(shè)這樣一個(gè)問(wèn)題情境：在一個(gè)裝滿水的水槽中，插入一根筷子，觀察筷子的變化。學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，筷子在水中好像“折斷”了。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么筷子在水中會(huì)“折斷”呢？這個(gè)現(xiàn)象與光的折射有什么關(guān)系呢？通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，教師能夠激發(fā)學(xué)生的建模興趣，為學(xué)生的模型建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

3.2 引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生建模能力

實(shí)驗(yàn)探究是物理教學(xué)的重要方法之一，它可以幫助學(xué)生更好地理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)踐能力。在初中物理教學(xué)中，教師可以通過(guò)引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生親身體驗(yàn)物理現(xiàn)象的發(fā)生過(guò)程，建立物理模型。例如，在“浮力”教學(xué)時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，將一個(gè)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(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)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(kāi)液體的重力。

3.3 運(yùn)用類(lèi)比方法，幫助學(xué)生建立物理模型

類(lèi)比方法是一種科學(xué)方法，它是指根據(jù)兩個(gè)或兩類(lèi)對(duì)象之間某些方面的相似性，得出它們?cè)谄渌矫嬉部赡艽嬖谙嗨频囊环N推理方法。在初中物理教學(xué)中，教師可以運(yùn)用類(lèi)比方法，幫助學(xué)生建立物理模型。例如，在“電流”教學(xué)時(shí)，教師可以將電流與水流進(jìn)行類(lèi)比，水流是水分子的定向運(yùn)動(dòng)形成的，電流是電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成的；水流的形成需要有水位差，電流的形成需要有電勢(shì)差（電壓）；水流的大小用流量來(lái)表示，電流的大小用電流強(qiáng)度來(lái)表示。通過(guò)類(lèi)比，學(xué)生可以建立起電流的物理模型，即電流是電荷的定向移動(dòng)形成的，電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。

3.4 開(kāi)展小組合作，提高學(xué)生建模效率

小組合作是一種有效的教學(xué)方法，它可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在初中物理教學(xué)中，教師可以開(kāi)展小組合作，讓學(xué)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(xué)時(shí)，教師可以將學(xué)生分組，讓學(xué)生在小組中共同設(shè)計(jì)電路、連接電路，并觀察電路的工作情況。通過(guò)小組合作，學(xué)生可以互相交流、互相啟發(fā)，進(jìn)而提高建模效率和建模質(zhì)量。

3.5 注重反思評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生完善模型

反思評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它可以幫助學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和不足，及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)策略和方法，提高學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量。在初中物理教學(xué)中，教師要注重反思評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己建立的物理模型進(jìn)行反思，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和不足，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和完善。例如，在“牛頓第一定律”教學(xué)時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己建立的牛頓第一定律的物理模型進(jìn)行反思評(píng)價(jià)：這個(gè)模型是否能夠準(zhǔn)確地描述物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律？這個(gè)模型是否存在局限性？如果存在局限性，應(yīng)該如何進(jìn)行改進(jìn)和完善？教師通過(guò)反思評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生完善模型，提高學(xué)生的科學(xué)思維水平和問(wèn)題解決能力。

4 初中物理模型建構(gòu)能力培養(yǎng)的教學(xué)案例

4.1 案例背景

在學(xué)習(xí)“浮力”時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論分析來(lái)構(gòu)建浮力物理模型。

4.2 教學(xué)過(guò)程

4.2.1 創(chuàng)設(shè)情境

教師通過(guò)展示一些生活中與浮力有關(guān)的現(xiàn)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(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心。學(xué)生看到這些現(xiàn)象后，紛紛提出問(wèn)題：為什么輪船能浮在水面上？木塊為什么不會(huì)下沉？人在水中為什么會(huì)感覺(jué)輕了很多？

4.2.2 實(shí)驗(yàn)探究

教師組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，首先，讓學(xué)生將一個(gè)木塊放入水中，觀察木塊的狀態(tài)。接著，逐漸增加木塊上的重物的質(zhì)量，觀察木塊什么時(shí)候開(kāi)始下沉。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀地感受到了浮力的存在，認(rèn)識(shí)到浮力的大小與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)。最后，教師讓學(xué)生用彈簧測(cè)力計(jì)分別測(cè)量一個(gè)鐵塊在空氣和在水中的重力，通過(guò)比較兩次測(cè)量的結(jié)果，學(xué)生發(fā)現(xiàn)鐵塊在水中受到了一個(gè)向上的力，這個(gè)力就是浮力。

4.2.3 理論分析

在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)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(kāi)液體的重力。接著，讓學(xué)生根據(jù)阿基米德原理來(lái)分析實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)浮力的理解。

4.2.4 模型建構(gòu)

在學(xué)生對(duì)浮力有了一定認(rèn)識(shí)后，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建浮力物理模型。教師首先讓學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象和得到的結(jié)論，然后讓學(xué)生用圖形和文字來(lái)表示浮力的產(chǎn)生原因和大小。學(xué)生經(jīng)過(guò)討論和思考，畫(huà)出浮力物理模型：一個(gè)物體浸沒(méi)在液體中，受到液體對(duì)它向上的浮力，浮力的大小等于物體排開(kāi)液體的重力。

4.3 案例分析

4.3.1 培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

在這個(gè)案例中，教師通過(guò)展示生活中的現(xiàn)象和組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。學(xué)生通過(guò)觀察現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和模型建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

4.3.2 提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力

實(shí)驗(yàn)探究是物理學(xué)習(xí)的重要方法之一。在這個(gè)案例中，教師組織學(xué)生進(jìn)行兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究來(lái)認(rèn)識(shí)浮力的存在和大小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生不僅提高了實(shí)驗(yàn)操作能力，還培養(yǎng)了科學(xué)探究的精神和方法。

4.3.3 增強(qiáng)學(xué)生的理論分析能力

在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。學(xué)生通過(guò)理論分析，能夠加深對(duì)物理知識(shí)的理解，提高理論分析能力。

4.3.4 培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力

模型建構(gòu)是物理學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)之一。在這個(gè)案例中，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建浮力物理模型，讓學(xué)生用圖形和文字來(lái)表示浮力的產(chǎn)生原因和大小。通過(guò)模型建構(gòu)，學(xué)生能夠更好地理解浮力的本質(zhì)特征，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

在初中物理教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一。教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究、運(yùn)用類(lèi)比方法、開(kāi)展小組合作和注重反思評(píng)價(jià)等策略，可以有效提高學(xué)生的科學(xué)思維水平和模型建構(gòu)能力，為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中，教師要不斷探索和創(chuàng)新教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，進(jìn)而為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3] 張巖鷹。基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的初中物理模型建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐與思考[J]。讀寫(xiě)算，2024（16）：152-154。

［責(zé)任編輯：李 璟］