初中物理教學(xué)中學(xué)生模型思維培養(yǎng)淺析

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初中階段的物理教學(xué)是以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為主的實(shí)踐活動(dòng)。目前，普遍認(rèn)為物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人和社會(huì)發(fā)展需要的品格和關(guān)鍵能力，通常由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等構(gòu)成。在以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的物理教學(xué)中，教師除了傳授學(xué)生基本的知識(shí)外，還要培養(yǎng)學(xué)生良好的思維和能力，使其能夠借助已學(xué)的知識(shí)理解和解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題。模型思維是初中物理思維的主要形式之一，是指導(dǎo)學(xué)生建立和正確使用物理模型接受新知識(shí)、解決復(fù)雜問題的重要方法。在對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)進(jìn)行培育過程中，教師尤其要重視的是模型思維的培養(yǎng)，即要通過模型建構(gòu)練習(xí)來訓(xùn)練學(xué)生逐步掌握物理模型建構(gòu)、運(yùn)用的思想品質(zhì)和行為意識(shí)。雖然近年來教師在講解部分專題內(nèi)容時(shí)，會(huì)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理模型來理解和解決復(fù)雜問題，但這種教學(xué)僅僅停留在偶然性的教學(xué)活動(dòng)中，并沒有形成一種常態(tài)化的教學(xué)模式。顯然，這對(duì)于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)缺乏持續(xù)、有效的促進(jìn)作用?；谖锢砟Ｐ驮谖锢斫虒W(xué)以及學(xué)生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)方面的地位，教師需要重點(diǎn)關(guān)注物理教學(xué)中學(xué)生模型思維的培養(yǎng)，盡可能多地增加模型思維訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理模型建構(gòu)和使用的意識(shí)。

1物理模型概述

物理模型，是學(xué)生模型思維訓(xùn)練的載體。在對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)之前，教師首先要對(duì)物理模型的概念進(jìn)行準(zhǔn)確的把握，走出錯(cuò)誤的認(rèn)知誤區(qū)。初中物理教學(xué)中涉及到的物理模型是對(duì)物理問題和物理現(xiàn)象進(jìn)行的假設(shè)與解釋，通常是將實(shí)際情境中出現(xiàn)的物理概念、物理關(guān)系進(jìn)行抽象概括，將客觀物質(zhì)世界中存在的規(guī)律轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢碛^念、物理規(guī)律。簡而言之，物理模型就是將隱藏在具體問題或現(xiàn)象中的物理規(guī)律以抽象的表達(dá)方式表達(dá)出來，形成簡單的特征或者規(guī)律。初中物理教學(xué)中，涉及比較多的模型主要有對(duì)象模型、理想模型、數(shù)學(xué)模型和問題模型四類。其中，對(duì)象模型是將復(fù)雜的研究內(nèi)容進(jìn)行抽象化處理，忽略那些次要性因素，只保留研究對(duì)象的主要因素，最終形成一個(gè)能夠代表研究對(duì)象情況的模型；理想模型是將研究對(duì)象的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)過程以及發(fā)生改變的條件進(jìn)行理想化的設(shè)定后構(gòu)建的模型；數(shù)學(xué)模型是對(duì)物理現(xiàn)象或者問題中的邏輯關(guān)系以數(shù)學(xué)語言表達(dá)出來的物理模型；問題模型是以某類問題為核心，探索提出針對(duì)該類問題的普遍性方法，用于解決該類問題的物流模型。通常情況下，物理模型的建構(gòu)步驟為：發(fā)現(xiàn)問題→建構(gòu)模型→驗(yàn)證模型→完善模型→應(yīng)用模型。其中，發(fā)現(xiàn)問題是通過分析描述物理現(xiàn)象或者問題的語言，從中發(fā)現(xiàn)實(shí)際需要分析解決的問題；建構(gòu)模型是通過對(duì)問題進(jìn)行因果關(guān)聯(lián)性分析，形成簡化的物理關(guān)系模型；驗(yàn)證模型是將建構(gòu)的模型帶回到實(shí)際的問題情境中進(jìn)行驗(yàn)證，看所建構(gòu)的模型是否真正符合物理現(xiàn)象，是否與物理現(xiàn)象吻合；完善模型是根據(jù)模型驗(yàn)證的結(jié)果，對(duì)建構(gòu)的模型中的不足進(jìn)行分析和完善，形成完全符合物理問題或者物理對(duì)象的模型；應(yīng)用模型是將完善的模型遷移到發(fā)現(xiàn)的問題中，最終促使問題得以解決。

2物理教學(xué)中學(xué)生模型思維培養(yǎng)的重要性

模型思維，是學(xué)生思維素養(yǎng)中的一部分，體現(xiàn)為學(xué)生對(duì)構(gòu)建模型、使用模型的思維認(rèn)知。培養(yǎng)學(xué)生良好的模型思維，是初中物理教學(xué)中的一項(xiàng)基本任務(wù)，也是教師日常物理教學(xué)中重點(diǎn)關(guān)注的教學(xué)內(nèi)容。具體來說，物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)的重要性主要體現(xiàn)在以下三方面。

2.1擴(kuò)充學(xué)生物理學(xué)科認(rèn)知的需要

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，學(xué)生是在與周圍環(huán)境互動(dòng)過程中逐步建構(gòu)起關(guān)于外部世界認(rèn)知的。學(xué)生與周圍環(huán)境互動(dòng)的過程通常體現(xiàn)為“同化”或“順應(yīng)”，其中“同化”是對(duì)已有認(rèn)知的擴(kuò)充，即將外部環(huán)境的相關(guān)信息融入到自己已有的認(rèn)知中，使原有的認(rèn)知得到擴(kuò)充，“順應(yīng)”是對(duì)已有認(rèn)知的改變，即在外部環(huán)境中的相關(guān)信息的作用下，對(duì)原來的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組與改造，形成新的認(rèn)知。初中是學(xué)生初步開始系統(tǒng)性地接觸物理知識(shí)的階段，學(xué)生的學(xué)科認(rèn)知還比較懵懂，需要通過知識(shí)的建構(gòu)來擴(kuò)充自己的學(xué)科認(rèn)知。通過在教學(xué)中對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)，可以使學(xué)生逐步接觸到各種各樣的物理模型，并在與外部環(huán)境同化或者順應(yīng)的過程中擴(kuò)展對(duì)外部環(huán)境的認(rèn)識(shí)，從而擴(kuò)充自己在物理模型方面的認(rèn)知。例如，在開展《杠桿》教學(xué)中，教師通過引入杠桿模型，使學(xué)生對(duì)“杠桿”的認(rèn)知逐漸由書本上的文字層面擴(kuò)充到了抽象的符號(hào)關(guān)系層面。

2.2提高學(xué)生分析和解決問題的能力

分析和解決問題的能力，是學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容?！?021版義務(wù)教育物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中提到，“義務(wù)教育物理課程是一門注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程。此階段的物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，提高分析問題和解決問題的能力?！睋?jù)此可以看出，提高分析問題和解決問題的能力，是初中物理課程教學(xué)的重點(diǎn)注意事項(xiàng)。在以核心素養(yǎng)培育為主導(dǎo)的課程教學(xué)中，學(xué)生分析和解決問題的能力不再簡單地體現(xiàn)為考試中的考題的正確、快速解答，而是更多地體現(xiàn)為對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)的問題的分析和解決。通過在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的模型思維，可以使學(xué)生更深入地理解模型的作用和意義，促使其形成以分析和解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的各種各樣的問題為目的的思維想法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生分析和解決問題能力的發(fā)展和遷移。例如，在學(xué)習(xí)了物體沉浮的模型以后，學(xué)生除了可以通過模型分析影響物體沉浮的因素以外，還可以將這一模型遷移到那些物體浮于液體表面的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生探究和解決現(xiàn)實(shí)問題的思路、方法。

2.3增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力

科學(xué)探究，是物理教學(xué)中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生掌握的一種能力。新課標(biāo)中提到，物理教學(xué)要讓學(xué)生“經(jīng)歷科學(xué)探究過程，具有初步的科學(xué)探究能力，樂于參加與科學(xué)技術(shù)有關(guān)的活動(dòng)，有運(yùn)用研究方法的意識(shí)”，這說明物理教學(xué)要注意在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)的方法，并在方法運(yùn)用的過程中形成科學(xué)探究的意識(shí)和能力。在物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)，可以讓學(xué)生掌握使用科學(xué)方法建立模型、運(yùn)用模型探究解決復(fù)雜問題的意識(shí)和能力，逐步增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。同時(shí)，關(guān)于物理教學(xué)“過程與方法”，新課標(biāo)中明確了以觀察能力、發(fā)現(xiàn)和提出問題能力、信息收集能力、分析概括能力、信息交流能力為主導(dǎo)的五種能力的培養(yǎng)，這些科學(xué)探究能力的培養(yǎng)同樣可以通過學(xué)生模型思維的培養(yǎng)來促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)。例如，在對(duì)學(xué)生的信息收集能力進(jìn)行培養(yǎng)中，教師可以通過模型思維的培養(yǎng)來強(qiáng)化學(xué)生樹立控制實(shí)驗(yàn)條件的意識(shí)，使學(xué)生能夠理解模型與實(shí)驗(yàn)條件控制的關(guān)系，做到在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)環(huán)境下收集有效信息。

3物理教學(xué)中學(xué)生模型思維培養(yǎng)的具體策略

對(duì)于教師而言，從思想意識(shí)層面認(rèn)識(shí)到學(xué)生模型思維培養(yǎng)的重要性只是第一步，更為重要的是要懂得如何在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)，而這也是物理教學(xué)的難點(diǎn)。一方面，學(xué)生參與物理教學(xué)的興趣、能力等情況存在個(gè)性化的差異，教師在模型思維培養(yǎng)方面面臨較大的“學(xué)情”壓力，另一方面，教師平時(shí)的大部分時(shí)間和精力均投入到了日常的教學(xué)中，缺乏針對(duì)性思考和創(chuàng)新模型思維培養(yǎng)方法的條件。鑒于此種情況，教師更多地要立足于日常的課堂教學(xué)實(shí)踐，從實(shí)踐中把握模型思維培養(yǎng)的方法。在對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)中，教師可以著重從與模型思維相關(guān)的素材、場景或者過程出發(fā)進(jìn)行挖掘和利用，逐步促進(jìn)學(xué)生感知和深入理解各種各樣的模型，形成扎實(shí)的模型構(gòu)建與運(yùn)用認(rèn)知思維。

3.1以可視化實(shí)物為載體進(jìn)行思維訓(xùn)練

在教學(xué)中，部分學(xué)生對(duì)模型存在一種錯(cuò)誤的理解，即認(rèn)為模型就是抽象性的元素，需要自己動(dòng)腦筋進(jìn)行聯(lián)想才能夠掌握。在這種認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生就會(huì)對(duì)建構(gòu)模型、驗(yàn)證模型、運(yùn)用模型等學(xué)習(xí)活動(dòng)或任務(wù)產(chǎn)生主觀的恐懼、抵觸心理，不原意積極主動(dòng)地去接觸和了解模型，這不利于學(xué)生模型思維的培養(yǎng)。實(shí)際上，通過上述介紹可以看出，物理模型雖然具有抽象性的特點(diǎn)，但其與現(xiàn)實(shí)中的物體往往存在一定的關(guān)聯(lián)性，是現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)象的抽象表現(xiàn)，學(xué)生是可以通過現(xiàn)實(shí)中的物體的觀察和思考來理解模型的。為引導(dǎo)學(xué)生走出模型認(rèn)知的偏差，正確理解模型的含義，教師要盡可能地在教學(xué)中引入實(shí)物性的模型載體，讓學(xué)生在可視化、可感知的條件下接觸模型，訓(xùn)練模型思維。例如，在進(jìn)行“浮力液面升降模型”講解時(shí)，為使學(xué)生能夠直觀地理解模型的內(nèi)容和要素，正確理解模型的含義，教師可以為學(xué)生提供純冰侵于純水、鹽水等液體中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，讓學(xué)生通過肉眼觀察液體頁面的升降情況來理解浮力液面升降模型的真正意義。當(dāng)然，像這樣的例子還有很多，例如在“杠桿模型”中，引入某頭制作的杠桿實(shí)物，在“凸透鏡成像模型”中，引入放大鏡等。相較傳統(tǒng)教師以口頭描述或者板書繪制模型結(jié)構(gòu)圖、流程圖等方式進(jìn)行的模型展示而言，這種以學(xué)生可觀察、可觸摸的實(shí)物為載體的模型展示，更容易滿足學(xué)生對(duì)抽象模型進(jìn)行具體理解的需要，能夠使學(xué)生在肉眼觀察甚至手動(dòng)操作的過程中，體驗(yàn)到模型的現(xiàn)實(shí)存在性，降低模型理解的難度，進(jìn)而深化其對(duì)模型的理解。

3.2以主觀性思想為依托進(jìn)行思維發(fā)散

初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生具備的模型思維并不是固化的模型認(rèn)知，而是具有靈活性、多樣性的模型認(rèn)識(shí)。換而言之，教師需要引導(dǎo)學(xué)生掌握的是活學(xué)活用模型的思維素養(yǎng)。在平時(shí)的教學(xué)中，教師要善于把握和利用學(xué)生在思維方面存在主觀性和多樣性的情況，通過語言或者行為的引導(dǎo)，讓學(xué)生發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，積極思考各種可能與研究對(duì)象相關(guān)的模型，并將自己的想法通過實(shí)際的模型建構(gòu)、驗(yàn)證、完善與運(yùn)用來加以豐富和發(fā)展，進(jìn)而形成扎實(shí)的模型思維。例如，在進(jìn)行“平面鏡成像”的教學(xué)時(shí)，教師可以為學(xué)生提供一盆水，然后讓學(xué)生圍著水看盆中的倒影，并嘗試思考盆中形成自己倒影的光學(xué)原理。相較于為學(xué)生直接提供平面鏡進(jìn)行觀察而言，這種為學(xué)生提供非直接性的材料，可以在教學(xué)內(nèi)容上“賣一個(gè)關(guān)子”，讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象力解讀水與平面鏡的關(guān)聯(lián)性，并嘗試想出能夠解釋這種現(xiàn)象的原因。顯然，這種具有主觀性的思想訓(xùn)練方面，可以引導(dǎo)學(xué)生圍繞特定的物理模型進(jìn)行發(fā)散性的分析思考，雖然最后可能得出的結(jié)論不一定科學(xué)和正確，但學(xué)生通過這一思維過程的訓(xùn)練，同樣會(huì)對(duì)模型產(chǎn)生更加科學(xué)的理解，這也是進(jìn)行思維發(fā)散訓(xùn)練的初衷所在。同時(shí)，為保證學(xué)生在物理教學(xué)中充分發(fā)揮自己的思想主觀性，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思維訓(xùn)練的積極性，教師可以以課堂教學(xué)的主題為參照，引導(dǎo)學(xué)生圍繞模型相關(guān)的內(nèi)容，結(jié)合自己日常的生活和學(xué)習(xí)，提出與模型相關(guān)的想法或者建議，使學(xué)生在整個(gè)思維訓(xùn)練中保持思想的活躍性和主動(dòng)性。例如，在開展“運(yùn)動(dòng)的描述”一節(jié)教學(xué)時(shí)，教師可以先讓學(xué)生回憶自己日常生活中經(jīng)歷的關(guān)于位移和相對(duì)位置的現(xiàn)象，并嘗試用科學(xué)的原理解釋這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，這時(shí)學(xué)生就會(huì)舉出很多關(guān)于運(yùn)動(dòng)的相關(guān)現(xiàn)象，并且這些現(xiàn)象是學(xué)生曾經(jīng)經(jīng)歷過的比較熟悉的內(nèi)容，這樣通過回憶和科學(xué)分析的訓(xùn)練，學(xué)生就會(huì)將課堂上提到的相關(guān)模型的內(nèi)容遷移到自己日常的經(jīng)歷中，實(shí)現(xiàn)模型學(xué)習(xí)中的發(fā)散性思考。

3.3以動(dòng)手性操作為工具進(jìn)行模型運(yùn)用

模型，是對(duì)具體研究內(nèi)容進(jìn)行抽象后得到的，其目的在于解決特定的問題。在物理教學(xué)中，教師對(duì)學(xué)生模型思維的培養(yǎng)也應(yīng)該以用模型解決特定問題為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，這樣才能夠確保學(xué)生模型思維訓(xùn)練的最終實(shí)效性?？紤]到物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)具有的動(dòng)手操作性特點(diǎn)，教師可以在平時(shí)的教學(xué)中利用動(dòng)手性操作的方法來引導(dǎo)學(xué)生通過親身參與、實(shí)際操作來獲得與模型相關(guān)的認(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，并嘗試?yán)媚Ｐ徒鉀Q相應(yīng)的問題。例如，在以實(shí)驗(yàn)方式探索“一輛車勻速沿斜坡向上滑和向下滑的時(shí)間有什么區(qū)別”這一問題時(shí)，教師就可以為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，記錄車輛在勻速向上滑和勻速向下滑時(shí)分別對(duì)應(yīng)的時(shí)間和速率數(shù)據(jù)，最后對(duì)比搜集到的數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的結(jié)論。相較于教師通過簡單的實(shí)驗(yàn)視頻展示而言，這種通過學(xué)生親自動(dòng)手操作對(duì)模型進(jìn)行的驗(yàn)證和運(yùn)用，更加具有說服力，能夠深化學(xué)生對(duì)模型的理解和認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生在動(dòng)手性操作練習(xí)后，會(huì)在遇到同類型的問題時(shí)，運(yùn)用已經(jīng)掌握的模型進(jìn)行相同或者相似的實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)舉一反三的目的。例如，學(xué)生在進(jìn)行了上述模型實(shí)驗(yàn)以后，在遇到“同一艘船，順流而下和逆流而上用的時(shí)間一樣嗎？”這一問題時(shí)，學(xué)生就會(huì)想到通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行操作演示的方式來獲取相應(yīng)的結(jié)論。

4結(jié)語

綜上所述，模型思維是初中階段物理課程教學(xué)中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生具備的學(xué)科素養(yǎng)，是促進(jìn)學(xué)生將課堂上所學(xué)的知識(shí)和能力運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中，解決實(shí)際問題的重要思維要素。在物理教學(xué)中，教師除了要重視學(xué)生模型思維的培養(yǎng)外，還要善于根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況實(shí)施科學(xué)的模型思維培養(yǎng)方案。在初中物理教學(xué)中對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)，能夠擴(kuò)充學(xué)生物理學(xué)科認(rèn)知的需要，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力。當(dāng)然，考慮到物理教學(xué)中模型運(yùn)用的實(shí)際情況，教師在對(duì)學(xué)生的模型思維進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，要以可視化實(shí)物為載體進(jìn)行思維訓(xùn)練，以主觀性思想為依托進(jìn)行思維發(fā)散，以動(dòng)手性操作為工具進(jìn)行模型運(yùn)用，真正促進(jìn)學(xué)生形成良好的模型思維，做到正確認(rèn)識(shí)和使用模型理解與解決實(shí)際生活和學(xué)習(xí)中遇到的問題。

作者:劉兆新 單位:吉林省長春市第一〇八學(xué)校