初中物理模型教学设计理论与实践分析

2022-11-25马黎春

新课程 2022年23期

马黎春

（甘肃天水市武山县榆盘初级中学，甘肃天水）

随着社会的发展，科学技术水平不断提升，社会的竞争变得越来越激烈，想要在激烈的市场竞争中站稳脚跟，需要有全面科学的知识武装。初中阶段作为我国教育体系的重要阶段，肩负着培养人才的重担，初中物理是初中阶段重要的学科之一，其比较抽象复杂，因此在教学过程中需要采用合理的教学方法提升教学质量。物理模型设计是初中物理必要的教学手段。物理模型既是教学内容又是良好的教学方法，从物理学的特点和学生学习情况来看，物理模型教学对培养学生创新精神和提升学生学习兴趣具有重要作用。物理学科的特点决定了学生需要在学习过程中不断提升创新能力以及解决实际物理问题的能力，这不仅是时代的需要，也是学生自身发展的需要。所以在初中物理教学过程中需要加强模型教学。

物理模型的建立是初中物理教学方法的核心内容之一，是抽象性和形象性、科学性与假定性、简洁性与美学性的统一。初中物理教学课堂上，构建物理模型让学生建立起良好的知识结构体系，用来解决实际问题及探索性的工作，并体会到科学的物理思维方式。促进物理模型的建立不仅需要教师在开展物理教学的时候充分利用建模带来的优势提升物理教学质量，还需要让学生有建立模型的思维，只有这样学生在遇到比较复杂的物理问题时才能积极主动地建模，将复杂的问题变得简单，将抽象的问题变得形象生动，从而将问题顺利解决，不断促进学生物理意识的形成。

一、初中物理模型教学设计的必要性

传统的物理课堂教学中，教师只注重对理论知识的传授，然而有关学生对知识的领悟水平却不重视，当学生面对实际难题时，往往会感到无从下手。物理模型是初中物理课堂上教师传递知识和学生获取知识的桥梁，好的物理模型教学不仅能简化教学过程，更能激发学生对物理知识学习的兴趣，提高教师课堂教学效益，提高学生对物理知识的学习能力，培养学生的独立思考能力、实践能力、探究能力和创新能力，并有助于学生掌握模型方法。因此，初中物理模型教学设计十分重要。

二、初中物理教学中模型建立存在的问题

分析现阶段初中物理教学，在建立模型方面还是存在诸多问题，即使在物理教学中教师也有模型教学设计，但是仅仅是偏重于物理概念的形成、物理规律的掌握以及物理问题的解决等，如在建立物理模型的时候，教师往往是直接给出物理模型的定义和表达的数学公式，然后采用“题海战略”，让学生大量进行习题练习，从而起到巩固知识点的作用，这个过程将学生对于物理模型的认识以及模型的建立过程忽略了，而在物理模型建立之后开始应用物理模型，教师也只是将应用重点放在了对大量习题的练习方面，过分强调物理学科中考试经常涉及的所谓的“题型”，从而让学生局限化地大量练习，就是在遇到什么样的题型时应该采用什么样的公式和什么样的方法进行结合，整个过程就像“比着葫芦画瓢”，就是对所学习到的物理公式的简单应用和推导，整个练习过程是非常不科学的，这就导致学生无法感受到所建立的物理模型的真正作用，头脑中也不会形成物理学科的知识体系，即使他们将内容流利无误地背诵出来，一旦题型发生变化就不会解答。很多中学生普遍存在的问题就是缺乏建模意识，将客观实际与物理模型的建立混淆，不明确在什么情况下建立物理模型，将不同问题的物理模型混淆，导致模型提取困难，即使建立了，也不知道如何应用，这与学生的学习方法有关，还与教师的引导有关，所以在讲课过程中需要结合物理学科的特点以及规律和学生的全面发展需要进行教学，明确物理模型建立的重要性。

三、初中物理模型教学设计的理论依据

（一）建构主义学习理论

人与周围环境相互作用的过程中，经过“同化”和“顺应”的过程会逐步构建出知识体系，从而发展自身的认知结构，这是建构主义学者皮亚杰的观点。也就是说，学生对知识的记忆并非是生搬硬套地“放入”脑中，而是以已有的知识为基础，加上他人的帮助（例如教师的教授及学习资料等），通过与外界的相互作用而产生新的理解。因此，建构主义学习理论下的物理模型教学设计重点强调以下几点：（1）模型创建前要创设好相关物理问题的物理情景；（2）模型创建时要围绕模型组织模型活动并针对学生进行模型教学；（3）模型创建后与学生及时讨论评价模型的优缺点及了解学生学习情况。

（二）产生式迁移理论

奥苏贝尔认为：没有迁移的学习就无所谓有意义的学习。产生式迁移理论认为当两个情形相互叠加时，便能够发生迁移，并且每个迁移式动作都包含一个情景，如若想完成一个复杂过程，则需要连续完成多个单一的产生式活动。物理模型是初中学生学习物理知识最好也是最直接的研究模型，根据不同的物理知识和应用理论选取相应的物理模型，可以帮助学生有效地解决物理问题。因此，教师应当在物理教学中，将物理模型表现出产生式规则，引导学生完成完整的理论理解和记忆，向正向迁移方向前进。

（三）活动式教学理论

众所周知，人在活动中的记忆能力和学习能力是最好的。因为通过活动内容能够将学习的理论知识实践化、操作化，经过“做中学，学中做”的过程，提高学生对物理知识学习的浓厚兴趣并产生重要的交流经验。因此，教师在进行物理模型的教学过程中首先应了解学生实际学习情况，掌握教学目标和应用的物理模型，然后以活动元为位点通过活动教学将理论知识连贯扩展，形成生动的课堂教学。

四、初中物理模型教学设计的实践分析

（一）利用问题情景建立物理模型教学设计实践

情景教学是新课程改革的重要理念之一。问题情景则是根据生活中原有问题通过图片或者实验等方式建立的引导学生思考学习的问题线索。物理模型的构建目的就是简化教学，根据问题情景，教师可引导学生构建出相应的物理模型。一般来说，建模过程可总结为四个阶段：模型引入，模型建立，模型深化，模型验证。本文以圆周运动为案例：

（1）模型引入：生活中常见的自行车都有两个大小不一的齿轮，如何比较两齿轮运动快慢。

（2）模型建立：齿轮的运动与平时运动不同，不仅仅是线速度，圆周运动与线速度、角速度及半径相关，分析线速度方向、单位等因素。

（3）模型深化：分析圆周速度中其他因素如转速、周期、频率等相关关系。

（4）模型验证：生活中与此相似的案例比比皆是，例如电风扇的扇叶上不同两点的角速度，火车外轨高度高于火车内轨。

（二）利用科学史建立物理模型教学设计实践

物理史不仅为我们展现了物理学的发展历程，带给我们更多的是前人在物理学中的研究方法和研究思路。因此，教师在教学中通过历史重演的方式让学生体会物理学探究的过程，并尽可能地还原历史探究轨迹。利用科学史建立物理教学模型一般分为三个阶段：史料搜集、重演建模、讨论评价。本文以伽利略的自由落体运动为例：

（1）史料搜集：教师发动学生自主搜集亚里士多德及伽利略的自由落体的实验探究历史。

（2）重演建模：重演经典的小球下落实验，通过小球下落时间测量下落速度，并进行思考提出相应的假设，学会忽略空气阻力，懂得在科学研究中哪些应当忽略，哪些细节应当重视。

（3）讨论评价：讨论收集资料后或者模拟实验过后的启发与感想。

（三）利用物理锻炼思维能力

在初中物理教学时，建构物理模型对学生学习物理而言具有重大作用。物理模型可锻炼学生思维能力，物理课程教学时，教师指导学生建构物理学习模型，实则是在训练学生对物理知识的掌握能力，并且可以进一步培养学生思维灵敏性以及灵活性。若学生具有较强的思维能力，则较易吸收物理知识点。在解决各类物理实际问题时，也会保持敏锐的想象能力及反应能力，轻松化解物理学习问题。通过模型掌握物理知识点，最终吸收物理内容。为此，在锻炼学生思维能力时，培养学生建构物理模型的能力尤为关键。

比如，在讲解“磁场”相关知识过程中，因学生并未了解过“场”的内涵，而磁场又难以看得见、摸得着，所以学生无法透彻理解磁场意义及其特性。此时，教师就可以带领学生建构物理模型，通过碎铁屑规则排列方法显示磁场，引导学生用眼观察，从而促使学生意识到磁体的周围存在磁场，结合磁场模型画出磁感线。通过此种训练方式，即可在物理知识和物理模型之间架起桥梁，有效训练学生思维能力及问题分析能力、理解能力。

（1）建构模型：先引导学生观察碎铁屑的规则排列情况，试分析后期铁屑可能出现的变化。

（2）演示模型：令学生在观察后画出磁感线，保障学生逐步接受这一部分知识，在模拟磁场过程中迅速运转思维，提升物理学习素养。

（3）讨论评价：教师通过物理模型，锻炼学生思维能力，实则是一个高效的教学方式，可令学生以物理模型为参照，理解抽象的物理知识，从而发散学生物理思维能力，令学生在头脑中建构物理知识桥梁。