初中物理模型教學設計理論與實踐分析

隨著社會的發展，科學技術水平不斷提升，社會的競爭變得越來越激烈，想要在激烈的市場競爭中站穩腳跟，需要有全面科學的知識武裝。初中階段作為我國教育體系的重要階段，肩負著培養人才的重擔，初中物理是初中階段重要的學科之一，其比較抽象復雜，因此在教學過程中需要采用合理的教學方法提升教學質量。物理模型設計是初中物理必要的教學手段。物理模型既是教學內容又是良好的教學方法，從物理學的特點和學生學習情況來看，物理模型教學對培養學生創新精神和提升學生學習興趣具有重要作用。物理學科的特點決定了學生需要在學習過程中不斷提升創新能力以及解決實際物理問題的能力，這不僅是時代的需要，也是學生自身發展的需要。所以在初中物理教學過程中需要加強模型教學。

物理模型的建立是初中物理教學方法的核心內容之一，是抽象性和形象性、科學性與假定性、簡潔性與美學性的統一。初中物理教學課堂上，構建物理模型讓學生建立起良好的知識結構體系，用來解決實際問題及探索性的工作，并體會到科學的物理思維方式。促進物理模型的建立不僅需要教師在開展物理教學的時候充分利用建模帶來的優勢提升物理教學質量，還需要讓學生有建立模型的思維，只有這樣學生在遇到比較復雜的物理問題時才能積極主動地建模，將復雜的問題變得簡單，將抽象的問題變得形象生動，從而將問題順利解決，不斷促進學生物理意識的形成。

一、初中物理模型教學設計的必要性

傳統的物理課堂教學中，教師只注重對理論知識的傳授，然而有關學生對知識的領悟水平卻不重視，當學生面對實際難題時，往往會感到無從下手。物理模型是初中物理課堂上教師傳遞知識和學生獲取知識的橋梁，好的物理模型教學不僅能簡化教學過程，更能激發學生對物理知識學習的興趣，提高教師課堂教學效益，提高學生對物理知識的學習能力，培養學生的獨立思考能力、實踐能力、探究能力和創新能力，并有助于學生掌握模型方法。因此，初中物理模型教學設計十分重要。

二、初中物理教學中模型建立存在的問題

分析現階段初中物理教學，在建立模型方面還是存在諸多問題，即使在物理教學中教師也有模型教學設計，但是僅僅是偏重于物理概念的形成、物理規律的掌握以及物理問題的解決等，如在建立物理模型的時候，教師往往是直接給出物理模型的定義和表達的數學公式，然后采用“題海戰略”，讓學生大量進行習題練習，從而起到鞏固知識點的作用，這個過程將學生對于物理模型的認識以及模型的建立過程忽略了，而在物理模型建立之后開始應用物理模型，教師也只是將應用重點放在了對大量習題的練習方面，過分強調物理學科中考試經常涉及的所謂的“題型”，從而讓學生局限化地大量練習，就是在遇到什么樣的題型時應該采用什么樣的公式和什么樣的方法進行結合，整個過程就像“比著葫蘆畫瓢”，就是對所學習到的物理公式的簡單應用和推導，整個練習過程是非常不科學的，這就導致學生無法感受到所建立的物理模型的真正作用，頭腦中也不會形成物理學科的知識體系，即使他們將內容流利無誤地背誦出來，一旦題型發生變化就不會解答。很多中學生普遍存在的問題就是缺乏建模意識，將客觀實際與物理模型的建立混淆，不明確在什么情況下建立物理模型，將不同問題的物理模型混淆，導致模型提取困難，即使建立了，也不知道如何應用，這與學生的學習方法有關，還與教師的引導有關，所以在講課過程中需要結合物理學科的特點以及規律和學生的全面發展需要進行教學，明確物理模型建立的重要性。

三、初中物理模型教學設計的理論依據

（一）建構主義學習理論

人與周圍環境相互作用的過程中，經過“同化”和“順應”的過程會逐步構建出知識體系，從而發展自身的認知結構，這是建構主義學者皮亞杰的觀點。也就是說，學生對知識的記憶并非是生搬硬套地“放入”腦中，而是以已有的知識為基礎，加上他人的幫助（例如教師的教授及學習資料等），通過與外界的相互作用而產生新的理解。因此，建構主義學習理論下的物理模型教學設計重點強調以下幾點：（1）模型創建前要創設好相關物理問題的物理情景;（2）模型創建時要圍繞模型組織模型活動并針對學生進行模型教學;（3）模型創建后與學生及時討論評價模型的優缺點及了解學生學習情況。

（二）產生式遷移理論

奧蘇貝爾認為：沒有遷移的學習就無所謂有意義的學習。產生式遷移理論認為當兩個情形相互疊加時，便能夠發生遷移，并且每個遷移式動作都包含一個情景，如若想完成一個復雜過程，則需要連續完成多個單一的產生式活動。物理模型是初中學生學習物理知識最好也是最直接的研究模型，根據不同的物理知識和應用理論選取相應的物理模型，可以幫助學生有效地解決物理問題。因此，教師應當在物理教學中，將物理模型表現出產生式規則，引導學生完成完整的理論理解和記憶，向正向遷移方向前進。

（三）活動式教學理論

眾所周知，人在活動中的記憶能力和學習能力是最好的。因為通過活動內容能夠將學習的理論知識實踐化、操作化，經過“做中學，學中做”的過程，提高學生對物理知識學習的濃厚興趣并產生重要的交流經驗。因此，教師在進行物理模型的教學過程中首先應了解學生實際學習情況，掌握教學目標和應用的物理模型，然后以活動元為位點通過活動教學將理論知識連貫擴展，形成生動的課堂教學。

四、初中物理模型教學設計的實踐分析

（一）利用問題情景建立物理模型教學設計實踐

情景教學是新課程改革的重要理念之一。問題情景則是根據生活中原有問題通過圖片或者實驗等方式建立的引導學生思考學習的問題線索。物理模型的構建目的就是簡化教學，根據問題情景，教師可引導學生構建出相應的物理模型。一般來說，建模過程可總結為四個階段：模型引入，模型建立，模型深化，模型驗證。本文以圓周運動為案例：

（1）模型引入：生活中常見的自行車都有兩個大小不一的齒輪，如何比較兩齒輪運動快慢。

（2）模型建立：齒輪的運動與平時運動不同，不僅僅是線速度，圓周運動與線速度、角速度及半徑相關，分析線速度方向、單位等因素。

（3）模型深化：分析圓周速度中其他因素如轉速、周期、頻率等相關關系。

（4）模型驗證：生活中與此相似的案例比比皆是，例如電風扇的扇葉上不同兩點的角速度，火車外軌高度高于火車內軌。

（二）利用科學史建立物理模型教學設計實踐

物理史不僅為我們展現了物理學的發展歷程，帶給我們更多的是前人在物理學中的研究方法和研究思路。因此，教師在教學中通過歷史重演的方式讓學生體會物理學探究的過程，并盡可能地還原歷史探究軌跡。利用科學史建立物理教學模型一般分為三個階段：史料搜集、重演建模、討論評價。本文以伽利略的自由落體運動為例：

（1）史料搜集：教師發動學生自主搜集亞里士多德及伽利略的自由落體的實驗探究歷史。

（2）重演建模：重演經典的小球下落實驗，通過小球下落時間測量下落速度，并進行思考提出相應的假設，學會忽略空氣阻力，懂得在科學研究中哪些應當忽略，哪些細節應當重視。

（3）討論評價：討論收集資料后或者模擬實驗過后的啟發與感想。

（三）利用物理鍛煉思維能力

在初中物理教學時，建構物理模型對學生學習物理而言具有重大作用。物理模型可鍛煉學生思維能力，物理課程教學時，教師指導學生建構物理學習模型，實則是在訓練學生對物理知識的掌握能力，并且可以進一步培養學生思維靈敏性以及靈活性。若學生具有較強的思維能力，則較易吸收物理知識點。在解決各類物理實際問題時，也會保持敏銳的想象能力及反應能力，輕松化解物理學習問題。通過模型掌握物理知識點，最終吸收物理內容。為此，在鍛煉學生思維能力時，培養學生建構物理模型的能力尤為關鍵。

比如，在講解“磁場”相關知識過程中，因學生并未了解過“場”的內涵，而磁場又難以看得見、摸得著，所以學生無法透徹理解磁場意義及其特性。此時，教師就可以帶領學生建構物理模型，通過碎鐵屑規則排列方法顯示磁場，引導學生用眼觀察，從而促使學生意識到磁體的周圍存在磁場，結合磁場模型畫出磁感線。通過此種訓練方式，即可在物理知識和物理模型之間架起橋梁，有效訓練學生思維能力及問題分析能力、理解能力。

（1）建構模型：先引導學生觀察碎鐵屑的規則排列情況，試分析后期鐵屑可能出現的變化。

（2）演示模型：令學生在觀察后畫出磁感線，保障學生逐步接受這一部分知識，在模擬磁場過程中迅速運轉思維，提升物理學習素養。

（3）討論評價：教師通過物理模型，鍛煉學生思維能力，實則是一個高效的教學方式，可令學生以物理模型為參照，理解抽象的物理知識，從而發散學生物理思維能力，令學生在頭腦中建構物理知識橋梁。

五、結語

綜上所述，初中物理模型教學的存在不僅解決了傳統物理教學存在的問題，更激發了學生對物理知識的興趣，促進學生了解建模和實踐建模的能力發展，為學生建立了良好的知識結構體系，并訓練學生科學地學習初中物理知識，同時提升科學素養。

作者簡介：馬黎春（1982—），男，漢族，甘肅武山人，最高學歷：本科，職稱：中學一級，研究方向：物理教學。