浅谈物理模型建构思维能力的培养

蒋清云

【摘  要】物理教学围绕客观存在的物理知识与人类的抽象认知特点展开，将具象化的物理现象加工为理论，促使学生掌握获取科学知识的基本技能。要提升初中物理教学质量，必须加强对学生思维的训练，使其正确认识、应用物理知识。物理模型构建从物理教学本身的科学性与综合性入手，依靠多元化模型框架帮助学生认知物理知识。培养学生的物理模型建构思维，应该从直观认知、理论探索、抽象思考等多角度入手，认知、理解、探究，为物理教学的高效实施提供新的支持。

【关键词】初中物理；模型建构思维；培养

模型建构思维不仅包括建立物理模型的基本能力，还包含物理认知、物理辨析等多方面的内容，在初中物理教学活动中，具备出色的模型建构思维的学生的信息搜集能力、逻辑分析能力、抽象建模能力都较为出色。从初中物理教学的宏观视角来看，物理建模是一个应用物理知识、转化抽象概念的学习过程，可以引导学生物理素养的进一步发展，能从基础建模与概念分析等多元视角引导学生展开物理学习活动，提升学生的物理学习效率。

一、初中物理模型建构思维的核心概念论述

模型建构思维的概念并不复杂，其属于一种结合客观存在的物理知识引导学生建构物理模型的思维意识，鼓励学生结合既有的物理模型解答相关学习问题，尝试完成从抽象到具象的思维转换，直观认知物理知识。在进行模型建构思维培养工作的过程中，要重视模型建构思维与其他思维意识之间的关系，建立完善的物理思维培养体系。第一，模型建构思维是学生基于已经掌握的物理知识建立物理模型的一种思维意识，其受到学生信息储备与学习经验的直接影响。培养学生的模型建构思维，必须强调学生物理信息搜集能力、信息应用能力的综合应用，教师应建立更为完善的物理教学指导模式，带动学生物理技能的进一步发展。第二，模型建构思维强调学生对基础物理知识的认知、应用，在物理课堂上，教师要重视学生分析信息、建构模型等关键技能的培养，将教学活动转化为系统完善的教学指导体系，带动学生物理思维的进一步发展。第三，模型建构思维包含实践模块，教师需允许学生借由实践活动积累物理学习经验，建构物理模型。模型建构思维是一种带有综合性特点的思维能力，强调学生物理认知能力与理性思维能力的协调发展，教师要不断完善初中物理教学模式，才能为学生模型建构思维的成型提供新的支持。

二、初中物理模型建构思维的培养原则

部分教师将模型建构思维理解为一种建立物理模型、分析物理知识的思维能力，仅强调学生的学习成果，并不关注学生思维发展的特点，盲目引入模型建构任务，导致学生无法适应教学要求。对初中生来说，物理教学活动成型于现实科学中，教学工作本身带有综合性、教育性的一般特点，基于单纯认知的物理教学模式很难发挥出价值。在培养学生的物理学习能力的过程中，教师必须基于思维发展视角开展教学工作。一方面，坚持过渡性原则，为学生提供发展思维的必要空间，设计循序渐进的教学模式，控制教学难度；另一方面，要强调教育的综合性原则，对学生的物理认知能力、信息搜集能力、课堂实践能力展开训练，建立综合育人的全新教育模块。初中物理教学的实施不能单纯考虑教学目标，还要坚持以生为本的教育思想，为学生的后续学习做好准备。

三、初中物理教学中学生模型建构思维的培养策略分析

（一）挖掘基础物理知识，培养模型建构思维

模型建构思维是基于理论知识演化而来的一种思维能力，在初中物理教学活动中，其将单元化物理知识与教学元素串联起来，提高学生的物理学习能力。教师要不断发展学生的模型建构思维，重视其基础理论知识的应用，培养学生结合抽象物理知识建立物理模型的基本学习技能，拓展教学宽度，投放理论资源，为学生的物理学习打下坚实的基础。

以沪科版八年级教材《平面镜成像》的教学为例，可以在开展物理教学活动的同时对学生提出物理问题，使学生对物理知识进行整合、应用。在课堂教学中，教师以镜子为教学工具，帮助学生培养模型建构思维。在镜子前，教师放置了粉笔盒、黑板擦等材料，要求學生进行观察。学生借由实践活动与教师展开互动：平面镜所形成的像与物体保持一致。但部分学生提出了新观点：镜子里的像仅包含一个平面，我们看见的黑板擦却是立体的。该环节教学以帮助学生认知为第一任务，重视物理知识与物理生活经验的整合应用。教师在随后的教学活动中导入物理分析问题，引导学生展开思考：如果在平面镜前放不同的物体，物体所成的像具有怎样的特征？鼓励学生基于抽象的想象过程展开思考，了解平面镜的成像特点。在培养学生的建模技能的过程中，教师基于“平面镜”与“物体”建立模型，培养学生的抽象想象能力。在建立物理模型的过程中，教师要求学生基于生活经验和基础物理知识展开思考，锻炼学生的逻辑推理技能与实践技能，分享物理学习方法。模型建构思维的培养可从“建立完善的物理实用模型”这一角度入手，对物理知识与生活经验进行汇总，帮助学生掌握建立物理模型的有效方法。

（二）整合关键教学资源，培养模型建构思维

初中生模型建构思维的开发不能单纯依靠理论知识，在课堂教学中，教师必须为学生提供切实的观察对象与实践素材，基于宏观的认知视角培养学生的模型建构思维，才能使其掌握关键物理知识。教师要加快学生模型建构思维的成型速度，必须做好教学资源的投放工作，用多元资源满足学生的物理学习需求，使其在培养学习兴趣的同时形成优秀的建模素养。

做好教学资源的投放工作，可以帮助学生完成信息搜集、物理现象归纳等多元学习任务，及时整合学习资源。以沪科版八年级教材《认识浮力》的教学为例，可尝试从物理概念、生活常识等角度引导学生分析物理知识。在建模指导环节，设计资源开发、数学实践等多板块结合的教学方案，为学生物理建模能力的发展提供新的环境。在课堂上，学生准备了铁块、塑料方块、橡皮泥等材料，基于生活经验视角构建不同的物理模型，并作出假设，具体内容如下：

1．同一块橡皮泥分别捏成实心和碗状放入水中，可见碗状橡皮泥可以浮在水面上，实心橡皮泥却会下沉，证明浮力的大小与物体排开液体的体积有关。

2．相同体积的铁块与塑料方块放在水中，铁块下沉，塑料方块浮在水上，证明浮力大小与物体的密度有关。

每一个实验都是一个独立的物理模型，学生在投放实验资源之后进行主动探究。教师鼓励学生根据实验过程做出假设，对所掌握的物理资源进行深度应用，从而提升学生的物理建模能力。当学生完成物理实践任务之后，教师引导学生设计更科学的实验过程，深度应用物理模型，从“浮在海水上的人”这一模型中探究浮力与液体密度的关系；将生活中“钢铁会沉入水中，而由钢铁制成的轮船却可以浮在水面上”的现象证实浮力与排开水的体积之间的关系。建立多元模型分析物理问题，才能带动学生建模思维的发展。教师要基于学生的直观认知需求开展教学活动，依靠具体、清晰的物理实践活动帮助学生梳理学习思路，完成物理知识的创新加工，促进学生物理学习能力的进一步发展。

（三）开发多元实验活动，培养模型建构思维

设计多元化实验活动，可以将抽象的物理知识转化为直观的实验现象，引导学生探究物理原理，掌握事物的本质特点。在培养学生的模型建构思维的过程中，教师要重视实验教学模块的创新应用：为学生展示具体的实验现象，培养学生的物理分析与认知能力，加快其模型建构思维的成型速度。教师必须降低对学生能力与学习过程的要求，鼓励学生结合既有的物理知识自由探索，使其形成模型建构思维。

以沪科版九年级物理教材《串联电路和并联电路》的教学为例，教师可引导学生展开物理实验，借由切实存在的实验活动培养学生的模型建构思维。教师在帮助学生掌握物理概念之后，引导学生开展物理实验，为学生提供实验器材、提出实验任务，借由切实的实验活动培养学生的模型建构思维。在课堂教学中，教师设置物理探究任务：某工厂现要安装一条电路，要求其中一个开关可以控制整个电路的运行，剩余多个分开关独立作业，不受到其他开关的影响。当教师提出问题之后，学生便会带入串联电路与并联电路的有关概念，在课堂上对其进行设计。在培养学生的模型建构思维的过程中，要求学习者展示物理知识，将自己所设计的实验方案呈现出来，分析建模过程。其他开关互不影响，要根据开关数量建立多个并联电路；某开关控制整个电路，则其处于干路位置。在分析物理问题的过程中，培养学生的物理学习能力与探究技能，帮助引导学生展开新一轮的物理探究活动，促使学生掌握独立建立物理模型的有效方法，带动学生物理建模思维的进一步发展。教师要强调实验模块的优化设计，利用实际实验过程为学生提供对应的学习对象，加快学习者模型构建思维的发展。

（四）延伸课外教学模块，培养模型建构思维

课堂教学与课外教学协同发力，共同为学生提供掌握物理知识、参与物理课堂的学习机会。教师重视课外教学模块的开发，能够帮助学生透彻掌握物理知识。在教学环节上，教师可尝试基于教学要求开发课外的教学模块，利用课外的物理知识展现物理原理，借由数学模型引导学生思考，带动学生物理建模思维的进一步发展。

以沪科版初中物理教材《力的合成》的教学为例，在初中物理教学中，只需要掌握力的合成的基本特点即可，教师可帮助学生展开课外实践，在实践中培养学生的模型建构思维。在实践环节设计互动任务，要求学生独立开发实验方案，证明“力的合成”这一知识点。教学过程包含了抽象建模与直观建模两个环节，学生要在建模的同时推导实验现象，分析物理知识：选擇一个重物，在重物上施加两个不同方向但大小相同的力，观察重物的运动情况。如果重物只能沿着一个方向进行，则证明重物的运动仅受到力的大小的影响；如果重物沿着全新的方向移动，则证明力发生了合成。在独立开展建模练习的过程中，学生也将学到有关于“力的合成”的物理知识，基于初高中衔接视角，可要求学生对自己所构建的虚拟模型进行重新加工，基于现实的角度培养学生的物理认知能力，向学生提出新的任务：结合你所做出的假设设计物理实验，证明力的合成特点，掌握相关物理知识。指向课外的物理教学活动重视学生活动能力与物理思维的培养，教师要为学生提供自由探索的机会，将建模过程加工为学习过程，带动学生物理学习能力的进一步发展。

四、结束语

模型建构思维的培养离不开多元教学板块的支持，在开展教学活动的过程中，教师要对学生的物理理解能力、信息搜集能力、逻辑辨析能力等关键物理技能展开训练，促使学生在客观的物理知识中挖掘新的学习元素，提升学生的物理学习效率。教师不仅要指导学生进行建模，而且要引导学生对所建立的物理模型进行应用、解题、思考，逐步创新初中物理教学模式。

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