初中物理教学中培养建模思想的探讨

来源:中小学教育 作者:吕延杰

商河县新航实验学校  

摘要：物理教学本身就是对物理模型的教学，它对学生的思维培养有与生俱来的学科优势。本文遵循物理建模教学的原则，结合教学实践，探讨了如何从概念教学、物理规律教学、物理实验教学和习题教学等方面对学生进行建模思想的培养。

关键词：初中物理；建模思想；物理模型

一、物理建模教学的原则

（一）以学生为主体、以学生为中心学

有意义的学习是衡量课堂有效性的方法，搭建新知识与学生大脑里原有理论之间的联系才会促使有意义学习的发生。建模教学模式是以建构主义为基础的课堂教学，应以学生能力发展为中心，引导学生主动构建新旧知识的逻辑联系，应用所学物理知识解决相关联的同类问题。并且，还要在后续建模解题的过程中不断修正和优化。

（二）创设合适的物理情境

如果不提供形象生动的实际情境，单纯以口授为主，很难让学生对新知识以有意义的方式对新的内容进行同化和顺应，况且物理注重以实验为基础，更加少不了身临其境的探索过程，单纯的知识理论呈现形式会造成机械记忆的效果，难以发展能力、适应提倡创新的社会发展。所以，在某些意义上，功能场所的使用、教学器材的使用都可以实现情境的直观体验。例如直观的实验、图片视频的高清展示配上讲解、模型的展示与制作都让学生可以感知丰富的物理情境 。

（三）同伴的合作探究，教师的引导

在教師的巡视和引导下促进学生们积极发言，营造讨论的团体氛围。以建构主义理论为基础的学习方式指出，人与环境的交流，人与人的交流都能促进认知结构的变化，这也是形成有意义学习的关键点。组织中的每个个题在集体中共享群体思维和智慧，共同搭建起对新问题、新知识的有效学习和认知架构，而不是某个别、某几个同学的学习。

二、培养建模思想的教学实践

（一）概念教学中的建模

物理概念的教学过程就是物理模型的建构过程。梳理人教版初中物理三本教材后，笔者发现，属于理想模型概念的有光线、力的示意图、原子核式结构模型、磁感线等；属于借助数学方法构建出来的概念有速度、密度、压强、功率、机械效率、比热容、电功率等；属于借助图像加深理解的概念有S-t关系图像、v-t关系图像、晶体（非晶体）熔化（凝固）图像、重力与质量的关系图像、伏安特性曲线等。每一类概念都对应着的建模思想和方法。以理想模型为例，由于物理现象或过程抽象，为使其变得直观形象，需调用学生易于理解的经验或者感官感受，加以辅助，比如在学习“声波”这一传播形式，教师需演示（或大屏展示）水波向外传播的过程，再让学生讨论解释水波借助什么传出去的。接着演示（或大屏展示）震动在玩具弹簧中的传播过程，并找出相同点，进行类比。最后由学生用自己的话总结声音在空气中以声波形式传播，如此循序渐进，从旧认知里类比找出规律，发现新知，其乐无穷。

（二）规律教学中的建模

运用合适的模型将复杂的实际问题转化为纯物理问题，这就是物理规律的建模。初中物理规律教学的建模素材也很多，最为人熟知的理想实验模型当属牛顿第一定律，此处不再赘述。多数人认为其他规律教学就谈不上建模思想，其实若仔细分析，同样能发现其中大有宝藏。例如，“杠杆平衡条件”在生活中的应用，它也能体现建模思想中的“物理抽象”思维，即突出主要的、本质的特征，忽略次要的、非本质的因素。

初中物理规律教学中还有利用回声测距的匀速直线运动模型构建、利用受力分析的方法建立平衡方程来解决力学问题、等效电路的模型构建等，都需要教师在教学过程中不断加强模型构建的训练，让学生形成“从生活到物理，从具象到抽象，从复杂到简单”的思维模式和解决策略。

（三）实验教学中的建模

初中物理测量类、探究类实验居多，在实验过程中需要学生遵循一定的步骤，提出问题、做出假设、设计实验、获取数据、分析与总结等，这些环节都属于典型的建立模型过程。这个过程需要教师提出有价值、有针对性的问题，降低无关因素的干扰，设计科学的实验步骤与方法以及灵活运用数学工具处理实验数据。

通过实验数据对比、构建新的物理概念的典型是“比热容”的实验。教材实验先通过数据分析比较食用油和水升温相同的但用时不同，用时长的代表吸热能力强，再建构一个全新的概念“比热容”。然而笔者认为这样的安排缺少了具象素材作为思考的依据，“质量”、“温度”、“热量”这些概念都是没法直接视觉化的，这样的构建过程是从抽象到抽象，没法用旧认知与新概念产生关联或冲突，学生学起来还是感觉似懂非懂。突破之法是引入具象，数形结合。如图，将吸收的“热量”具象化为容器装水的“体积V”，將升高的“温度”类比为上升的“水位h”。同时用相同装置充水，B容器“水位”上升的慢是因为“底面积S”大（这是旧认知）；若给A、B两种物体用同一装置一起加热，升高“温度”慢的物体，是因为它“容纳热量的能力强”，这种能力给它新定义一个物理量叫做“比热容”，对应的是“容器”的“底面积”。如此一来，把比热容这一定义表达的更为准确，也有了新旧认知的连接，同时还能从根源解决很多学生无法理解“比热容大的物体升温慢”这一认知。

（四）对习题教学的建模

习题建模与新知识学习过程中的建模不同，需要教师从一类题目中提取共同点编制成一道基本的题型，让学生通过这种题型的训练，获得对这一类题目的共同理解，形成自己的解题套路，从而在学生的思维中形成一套“自建”的基本模型。其最终的目的是让学生“以不变应万变”，在各种新的题目情境中找到已建立的模型，然后进行拓展延伸，“做一题，会一题；会一题，会一类”从而实现新问题的高效解决。这对初三学生的迎考复习具有非常重要的意义，各类教辅资料中均有详细概括，值得初中物理教师钻研，造福学生。

很多学生觉得物理难学，其中重要原因来自于不理解物理本质，从而失去了进一步学习的兴趣。由于客观世界的多样性和复杂性，在教学过程中教师用正确的物理模型简化研究条件能描述抽象的物理问题，形成同类物理问题的解决方法，这既是常用的科学研究手段，也有助于学生认识和掌握事物的本质规律。建模思想在中学物理教学中的作用和价值不可替代。

参考文献：

　　[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.