初中物理教学中学生模型思维的培养

时间：2022-07-06 08:59:19 所属分类：教育技术 浏览量:

初中阶段的物理教学是以培养学生科学素养为主的实践活动。目前，普遍认为物理核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成的适应个人和社会发展需要的品格和关键能力，通常由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等构成。在以核心素养为导向的物理教学中，教师除

　　初中阶段的物理教学是以培养学生科学素养为主的实践活动。目前，普遍认为物理核心素养是学生在物理学习过程中逐步形成的适应个人和社会发展需要的品格和关键能力，通常由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等构成。在以核心素养为导向的物理教学中，教师除了传授学生基本的知识外，还要培养学生良好的思维和能力，使其能够借助已学的知识理解和解决现实生活中的问题。模型思维是初中物理思维的主要形式之一，是指导学生建立和正确使用物理模型接受新知识、解决复杂问题的重要方法。在对学生的科学思维素养进行培育过程中，教师尤其要重视的是模型思维的培养，即要通过模型建构练习来训练学生逐步掌握物理模型建构、运用的思想品质和行为意识。虽然近年来教师在讲解部分专题内容时，会引导学生运用物理模型来理解和解决复杂问题，但这种教学仅仅停留在偶然性的教学活动中，并没有形成一种常态化的教学模式。显然，这对于学生物理核心素养的培养缺乏持续、有效的促进作用。基于物理模型在物理教学以及学生物理核心素养培养方面的地位，教师需要重点关注物理教学中学生模型思维的培养，尽可能多地增加模型思维训练的机会，强化学生对物理模型建构和使用的意识。

　　1物理模型概述

　　物理模型，是学生模型思维训练的载体。在对学生的模型思维进行培养之前，教师首先要对物理模型的概念进行准确的把握，走出错误的认知误区。初中物理教学中涉及到的物理模型是对物理问题和物理现象进行的假设与解释，通常是将实际情境中出现的物理概念、物理关系进行抽象概括，将客观物质世界中存在的规律转变为物理观念、物理规律。简而言之，物理模型就是将隐藏在具体问题或现象中的物理规律以抽象的表达方式表达出来，形成简单的特征或者规律。初中物理教学中，涉及比较多的模型主要有对象模型、理想模型、数学模型和问题模型四类。其中，对象模型是将复杂的研究内容进行抽象化处理，忽略那些次要性因素，只保留研究对象的主要因素，最终形成一个能够代表研究对象情况的模型;理想模型是将研究对象的状态、运动过程以及发生改变的条件进行理想化的设定后构建的模型;数学模型是对物理现象或者问题中的逻辑关系以数学语言表达出来的物理模型;问题模型是以某类问题为核心，探索提出针对该类问题的普遍性方法，用于解决该类问题的物流模型。通常情况下，物理模型的建构步骤为：发现问题→建构模型→验证模型→完善模型→应用模型。其中，发现问题是通过分析描述物理现象或者问题的语言，从中发现实际需要分析解决的问题;建构模型是通过对问题进行因果关联性分析，形成简化的物理关系模型;验证模型是将建构的模型带回到实际的问题情境中进行验证，看所建构的模型是否真正符合物理现象，是否与物理现象吻合;完善模型是根据模型验证的结果，对建构的模型中的不足进行分析和完善，形成完全符合物理问题或者物理对象的模型;应用模型是将完善的模型迁移到发现的问题中，最终促使问题得以解决。

　　2物理教学中学生模型思维培养的重要性

　　模型思维，是学生思维素养中的一部分，体现为学生对构建模型、使用模型的思维认知。培养学生良好的模型思维，是初中物理教学中的一项基本任务，也是教师日常物理教学中重点关注的教学内容。具体来说，物理教学中对学生的模型思维进行培养的重要性主要体现在以下三方面。

　　2.1扩充学生物理学科认知的需要

　　建构主义理论认为，学生是在与周围环境互动过程中逐步建构起关于外部世界认知的。学生与周围环境互动的过程通常体现为“同化”或“顺应”，其中“同化”是对已有认知的扩充，即将外部环境的相关信息融入到自己已有的认知中，使原有的认知得到扩充，“顺应”是对已有认知的改变，即在外部环境中的相关信息的作用下，对原来的认知结构进行重组与改造，形成新的认知。初中是学生初步开始系统性地接触物理知识的阶段，学生的学科认知还比较懵懂，需要通过知识的建构来扩充自己的学科认知。通过在教学中对学生的模型思维进行培养，可以使学生逐步接触到各种各样的物理模型，并在与外部环境同化或者顺应的过程中扩展对外部环境的认识，从而扩充自己在物理模型方面的认知。例如，在开展《杠杆》教学中，教师通过引入杠杆模型，使学生对“杠杆”的认知逐渐由书本上的文字层面扩充到了抽象的符号关系层面。

　　2.2提高学生分析和解决问题的能力

　　分析和解决问题的能力，是学生物理学科核心素养的重要内容。《2021版义务教育物理新课程标准》(以下简称“新课标”)中提到，“义务教育物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程。此阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题和解决问题的能力。”据此可以看出，提高分析问题和解决问题的能力，是初中物理课程教学的重点注意事项。在以核心素养培育为主导的课程教学中，学生分析和解决问题的能力不再简单地体现为考试中的考题的正确、快速解答，而是更多地体现为对现实生活中发现的问题的分析和解决。通过在物理教学中培养学生的模型思维，可以使学生更深入地理解模型的作用和意义，促使其形成以分析和解决现实生活中遇到的各种各样的问题为目的的思维想法，实现学生分析和解决问题能力的发展和迁移。例如，在学习了物体沉浮的模型以后，学生除了可以通过模型分析影响物体沉浮的因素以外，还可以将这一模型迁移到那些物体浮于液体表面的现象，从而产生探究和解决现实问题的思路、方法。

　　2.3增强学生科学探究能力

　　科学探究，是物理教学中重点培养学生掌握的一种能力。新课标中提到，物理教学要让学生“经历科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参加与科学技术有关的活动，有运用研究方法的意识”，这说明物理教学要注意在教学过程中引导学生掌握科学的方法，并在方法运用的过程中形成科学探究的意识和能力。在物理教学中对学生的模型思维进行培养，可以让学生掌握使用科学方法建立模型、运用模型探究解决复杂问题的意识和能力，逐步增强学生的科学探究能力。同时，关于物理教学“过程与方法”，新课标中明确了以观察能力、发现和提出问题能力、信息收集能力、分析概括能力、信息交流能力为主导的五种能力的培养，这些科学探究能力的培养同样可以通过学生模型思维的培养来促进和实现。例如，在对学生的信息收集能力进行培养中，教师可以通过模型思维的培养来强化学生树立控制实验条件的意识，使学生能够理解模型与实验条件控制的关系，做到在严谨的实验环境下收集有效信息。

　　3物理教学中学生模型思维培养的具体策略

　　对于教师而言，从思想意识层面认识到学生模型思维培养的重要性只是第一步，更为重要的是要懂得如何在实际教学活动中对学生的模型思维进行培养，而这也是物理教学的难点。一方面，学生参与物理教学的兴趣、能力等情况存在个性化的差异，教师在模型思维培养方面面临较大的“学情”压力，另一方面，教师平时的大部分时间和精力均投入到了日常的教学中，缺乏针对性思考和创新模型思维培养方法的条件。鉴于此种情况，教师更多地要立足于日常的课堂教学实践，从实践中把握模型思维培养的方法。在对学生的模型思维进行培养中，教师可以着重从与模型思维相关的素材、场景或者过程出发进行挖掘和利用，逐步促进学生感知和深入理解各种各样的模型，形成扎实的模型构建与运用认知思维。

　　3.1以可视化实物为载体进行思维训练

　　在教学中，部分学生对模型存在一种错误的理解，即认为模型就是抽象性的元素，需要自己动脑筋进行联想才能够掌握。在这种认识的基础上，学生就会对建构模型、验证模型、运用模型等学习活动或任务产生主观的恐惧、抵触心理，不原意积极主动地去接触和了解模型，这不利于学生模型思维的培养。实际上，通过上述介绍可以看出，物理模型虽然具有抽象性的特点，但其与现实中的物体往往存在一定的关联性，是现实中的现象的抽象表现，学生是可以通过现实中的物体的观察和思考来理解模型的。为引导学生走出模型认知的偏差，正确理解模型的含义，教师要尽可能地在教学中引入实物性的模型载体，让学生在可视化、可感知的条件下接触模型，训练模型思维。例如，在进行“浮力液面升降模型”讲解时，为使学生能够直观地理解模型的内容和要素，正确理解模型的含义，教师可以为学生提供纯冰侵于纯水、盐水等液体中的实验模型，让学生通过肉眼观察液体页面的升降情况来理解浮力液面升降模型的真正意义。当然，像这样的例子还有很多，例如在“杠杆模型”中，引入某头制作的杠杆实物，在“凸透镜成像模型”中，引入放大镜等。相较传统教师以口头描述或者板书绘制模型结构图、流程图等方式进行的模型展示而言，这种以学生可观察、可触摸的实物为载体的模型展示，更容易满足学生对抽象模型进行具体理解的需要，能够使学生在肉眼观察甚至手动操作的过程中，体验到模型的现实存在性，降低模型理解的难度，进而深化其对模型的理解。

　　3.2以主观性思想为依托进行思维发散

　　初中物理教学中培养学生具备的模型思维并不是固化的模型认知，而是具有灵活性、多样性的模型认识。换而言之，教师需要引导学生掌握的是活学活用模型的思维素养。在平时的教学中，教师要善于把握和利用学生在思维方面存在主观性和多样性的情况，通过语言或者行为的引导，让学生发挥自己的主观能动性，积极思考各种可能与研究对象相关的模型，并将自己的想法通过实际的模型建构、验证、完善与运用来加以丰富和发展，进而形成扎实的模型思维。例如，在进行“平面镜成像”的教学时，教师可以为学生提供一盆水，然后让学生围着水看盆中的倒影，并尝试思考盆中形成自己倒影的光学原理。相较于为学生直接提供平面镜进行观察而言，这种为学生提供非直接性的材料，可以在教学内容上“卖一个关子”，让学生发挥自己的想象力解读水与平面镜的关联性，并尝试想出能够解释这种现象的原因。显然，这种具有主观性的思想训练方面，可以引导学生围绕特定的物理模型进行发散性的分析思考，虽然最后可能得出的结论不一定科学和正确，但学生通过这一思维过程的训练，同样会对模型产生更加科学的理解，这也是进行思维发散训练的初衷所在。同时，为保证学生在物理教学中充分发挥自己的思想主观性，激发学生进行发散思维训练的积极性，教师可以以课堂教学的主题为参照，引导学生围绕模型相关的内容，结合自己日常的生活和学习，提出与模型相关的想法或者建议，使学生在整个思维训练中保持思想的活跃性和主动性。例如，在开展“运动的描述”一节教学时，教师可以先让学生回忆自己日常生活中经历的关于位移和相对位置的现象，并尝试用科学的原理解释这种现象产生的原因，这时学生就会举出很多关于运动的相关现象，并且这些现象是学生曾经经历过的比较熟悉的内容，这样通过回忆和科学分析的训练，学生就会将课堂上提到的相关模型的内容迁移到自己日常的经历中，实现模型学习中的发散性思考。

　　3.3以动手性操作为工具进行模型运用

　　模型，是对具体研究内容进行抽象后得到的，其目的在于解决特定的问题。在物理教学中，教师对学生模型思维的培养也应该以用模型解决特定问题为出发点和落脚点，这样才能够确保学生模型思维训练的最终实效性。考虑到物理教学中实验具有的动手操作性特点，教师可以在平时的教学中利用动手性操作的方法来引导学生通过亲身参与、实际操作来获得与模型相关的认知和经验，并尝试利用模型解决相应的问题。例如，在以实验方式探索“一辆车匀速沿斜坡向上滑和向下滑的时间有什么区别”这一问题时，教师就可以为学生提供实验材料，让学生以小组为单位进行模型实验，记录车辆在匀速向上滑和匀速向下滑时分别对应的时间和速率数据，最后对比搜集到的数据，得出相应的结论。相较于教师通过简单的实验视频展示而言，这种通过学生亲自动手操作对模型进行的验证和运用，更加具有说服力，能够深化学生对模型的理解和认识。同时，学生在动手性操作练习后，会在遇到同类型的问题时，运用已经掌握的模型进行相同或者相似的实验操作验证，实现举一反三的目的。例如，学生在进行了上述模型实验以后，在遇到“同一艘船，顺流而下和逆流而上用的时间一样吗?”这一问题时，学生就会想到通过实验模型进行操作演示的方式来获取相应的结论。

　　4结语

　　综上所述，模型思维是初中阶段物理课程教学中重点培养学生具备的学科素养，是促进学生将课堂上所学的知识和能力运用到现实生活中，解决实际问题的重要思维要素。在物理教学中，教师除了要重视学生模型思维的培养外，还要善于根据学生的学习情况实施科学的模型思维培养方案。在初中物理教学中对学生的模型思维进行培养，能够扩充学生物理学科认知的需要，提高学生分析和解决问题的能力，增强学生科学探究能力。当然，考虑到物理教学中模型运用的实际情况，教师在对学生的模型思维进行培养时，要以可视化实物为载体进行思维训练，以主观性思想为依托进行思维发散，以动手性操作为工具进行模型运用，真正促进学生形成良好的模型思维，做到正确认识和使用模型理解与解决实际生活和学习中遇到的问题。

　　《初中物理教学中学生模型思维的培养》来源：《知识文库. 2022,(12)》，作者:刘兆新

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