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(guò)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(wèn)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(wèn)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(guò)程中，教師尤其要重視的是模型思維的培養(yǎng)，即要通過(guò)模型建構(gòu)練習(xí)來(lái)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(lái)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(lái)理解和解決復(fù)雜問(wèn)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(méi)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(wèn)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(jiǎn)而言之，物理模型就是將隱藏在具體問(wèn)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(lái)，形成簡(jiǎn)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(wèn)題模型四類。其中，對(duì)象模型是將復(fù)雜的研究?jī)?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(guò)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(wèn)題中的邏輯關(guān)系以數(shù)學(xué)語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)的物理模型；問(wèn)題模型是以某類問(wèn)題為核心，探索提出針對(duì)該類問(wèn)題的普遍性方法，用于解決該類問(wèn)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(wèn)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(wèn)題是通過(guò)分析描述物理現(xiàn)象或者問(wèn)題的語(yǔ)言，從中發(fā)現(xiàn)實(shí)際需要分析解決的問(wèn)題；建構(gòu)模型是通過(guò)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行因果關(guān)聯(lián)性分析，形成簡(jiǎn)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(wèn)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(wèn)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(wèn)題中，最終促使問(wèn)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(guò)知識(shí)的建構(gòu)來(lái)擴(kuò)充自己的學(xué)科認(rèn)知。通過(guò)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(guò)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(kāi)展《杠桿》教學(xué)中，教師通過(guò)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(wèn)題的能力

分析和解決問(wèn)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(jiǎn)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(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！睋?jù)此可以看出，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(wèn)題的能力不再簡(jiǎn)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(wèn)題的分析和解決。通過(guò)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(wèn)題為目的的思維想法，實(shí)現(xiàn)學(xué)生分析和解決問(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)程，具有初步的科學(xué)探究能力，樂(lè)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(shuō)明物理教學(xué)要注意在教學(xué)過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(guò)學(xué)生模型思維的培養(yǎng)來(lái)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(guò)模型思維的培養(yǎng)來(lái)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(chǎng)景或者過(guò)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(guò)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(guò)現(xiàn)實(shí)中的物體的觀察和思考來(lái)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停寣W(xué)生通過(guò)肉眼觀察液體頁(yè)面的升降情況來(lái)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(guò)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(guò)語(yǔ)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(guò)實(shí)際的模型建構(gòu)、驗(yàn)證、完善與運(yùn)用來(lái)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(guò)這一思維過(guò)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(kāi)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(guò)的比較熟悉的內(nèi)容，這樣通過(guò)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?jī)?nèi)容進(jìn)行抽象后得到的，其目的在于解決特定的問(wèn)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(wèn)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(lái)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)親身參與、實(shí)際操作來(lái)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(wèn)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(wèn)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(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)視頻展示而言，這種通過(guò)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(shuō)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(wèn)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(wèn)題時(shí)，學(xué)生就會(huì)想到通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行操作演示的方式來(lái)獲取相應(yīng)的結(jié)論。

4結(jié)語(yǔ)

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(wèn)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(wèn)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(wèn)題。

作者:劉兆新 單位:吉林省長(zhǎng)春市第一〇八學(xué)校