模型思維在初中物理教學過程中的實踐運用

李凱

【摘要】模型思維就是運用可視化思維模型理解抽象復雜的知識點，借此打通學生思維的“堵點”.這種以結構思維為框架，揭示本質和規律的思維方法，能夠幫助學生厘清結構關系、簡化系統，教會學生分析問題，精準地找到解決問題的方案，從而讓學生的思維在課堂飛揚.本文從初中物理教學過程中模型思維的價值及其實踐運用方面進行探討，旨在培養學生思維的綜合能力和品質，不斷提升初中物理課堂教學質量.

【關鍵詞】初中物理;課堂教學;模型思維

隨著新課程改革的不斷深入，以實驗探究為手段、目標為主線、問題為導向的高中物理課堂逐漸成為培養學生學科核心素養的“主陣地”.這種新型課堂的教與學不但有利于激發學生的學習興趣，驅動學生主動參與物理實驗進行自主探究，挖掘學生的學習潛力，引導學生進行核心知識的深度學習，而且可以讓學生在自主合作研究的過程中學會物理研究的方法，掌握物理的知識技能，逐漸形成物理的概念，培養物理思維品質，從而促使學生的碎片思維向系統思維蛻變.

因此，在教學過程中，教師需要引導學生創設生活化的學習情境、建構物理模型化的思維模式，助力學生自主學習，幫助學生尋找問題，并找到解決問題的方法，滲透物理學科核心素養，培養物理模型思維的方法，揭示物理規律和本質，促進學生深度學習.筆者根據多年的初中物理教學實踐經驗，從以下幾個方面開展物理模型進行教學研究，取得了明顯的教學效果.

1 在生活場景問題中形成實物模型

教師在物理課堂教學中，常常可以設置熟悉的生活場景，讓學生能夠身臨其境，了解其所要學習內容的結構和特征，并親身體驗，驅動學生學習興趣點，激發學生內在學習動力；同時可以讓學生直接觀察到實物模型，了解實物模型的價值以及意義.

例如 在進行“杠桿”一課的教學時，筆者首先給學生呈現了“蹺蹺板”模型（見圖1），然后邀請了一位同學在左邊施力，筆者在右邊施力，在力不斷變化的過程中，“蹺蹺板”會出現兩種狀態：①一邊低一邊高，②左右兩邊大約一樣高.然后筆者提問學生：“我們都知道蹺蹺板左右.兩邊在同等高度的時候，處于平衡狀態，那么在一邊著地時，這時候還處于平衡嗎？”學生立馬搖了搖頭，筆者對學生說：“別著急回答，等學完本節課再回答也不遲.”然后引領學生學習本節課內容.

利用生活中的實物模型，設置物理問題，構建沉浸式課堂，這樣不但更能調動學生學習新知的積極性和欲望，讓學生從自己的生活中去走近物理、學習物理，用實物模型真正體驗運動方式的過程，引導學生厘清概念，理解掌握新知，尋找揭示物理現象的原因及其本質特征，從而更好地學習物理.

2 在深度探究問題中建構實驗模型

2.1 在探究物理實驗中理解物理規律

生活中的物理現象是錯綜復雜的，教師若想幫助學生尋找物理現象中的規律，剖析厘清物理概念，就需要把物理現象模型化，促使學生在生活中用相對應的物理器具來重現物理現象，仔細觀察、研究、剖析，并找出規律.實驗的最終目的就是讓學生能物理實驗中尋找出物理規律，因此，建構實驗模型就是便于操作，去發現并總結規律.

例如 在教學“探究動能大小與哪些因素有關”時，筆者首先讓學生猜想：動能大小可能和哪些因素有關？學生初步猜想：動能和速度、質量有關.然后展開了實驗探究（見圖2）：（1）取一個小球從斜面的不同高度滾下，觀察和標記小木塊被撞擊后所處的大概位置；（2）取質量不同的小球分別從斜面的同一高度滾下，觀察和標記出小木塊被撞擊后所處的大概位置.通過控制變量法（高度不變，質量變；高度變，質量不變），得出動能和速度、質量的關系，從而明確了三者之間的變量關系.

本節課的教學，不但有利于培養學生自主動手能力，而且還能引導學生找出正確的變量關系，從而促使學生的物理學習能力得到提升.

2.2 在分析實驗數據中構建數理模型

教師在進行物理實驗教學時，要精心指導學生：在抽象的物理現象中深度思考，仔細觀察并記錄實驗過程中所產生的數據，利用多種分析數據的方法，比如圖像法、控制變量法、EXCEL處理等，從多種角度構建數理模型.

例如 在教學“電流與電壓、電阻的關系”時，通過探究實驗學生獲得了有關電流、電壓和電阻的數據（見圖3），然后筆者提問學生：“如何最直觀地看出這三者的關系呢？”話音剛落，就有學生回答：“可以運用圖像法.”當大家采用這一方法之后，發現無法得出三者之間的關系，于是筆者啟發性地說道：“大家還記得之前探究聲音高低的因素時所用的方法嗎？”學生立即反應過來，可以運用控制變量法：（1）控制電壓不變，探究電流與電阻的關系；（2）控制電阻不變，探究電流與電壓的關系；（3）控制電流不變，探究電壓與電阻的關系.從而得出結論：當電流一定時，電壓與電阻成反比.

多種分析數據的方法，不但可以幫助學生掌握更多的實驗方案，而且還可以培養學生敏銳的觀察力和實事求是的科學態度，為以后學習高中物理奠定良好的基礎.

2.3 在建立理想模型中建構物理概念

物理概念的教學必須讓學生了解概念的內涵、內容和含義，并且知道概念的外延以及適用條件和范圍，掌握本質特征，加深對概念的鞏固和升華，以此達到活學活用，學以致用.因此，教師在物理實驗教學過程中，通過對物理運動現象的分析和探討，讓學生從物理現象學會和掌握物理概念，深度理解概念.

例如 在教學“升華與凝華”時，筆者首先給學生呈現了如下物理現象（見圖案和圖5）：將粉末狀的樟腦丸放入燒瓶中，用酒精燈微微加熱一段時間后停止加熱，幾分鐘后，放入燒瓶的松枝上出現了潔白的“人造雪景”，過了一會，“雪”消失了.然后筆者提問學生：“這消失的過程是什么？”學生依舊沉浸于之前的“景象”，對于筆者提出的問題有些許反應滯后，筆者適時地提醒道：“樟腦丸的變化是怎么樣的呢？”學生想了想答道：“由固態變成了氣態.”筆者反問道：“你們知道這一物理現象的術語叫什么嗎？”學生搖了搖頭，于是筆者在黑板上了寫下了“升華”這一物理概念.

給學生呈現生動形象的物理現象，不但有助于學生清晰地認識概念，理解物理本質，而且還可以促使學生對物理學習產生極大的興趣.

3 在解決實際問題中巧用物理模型

深度學習的關鍵就是讓學生能夠運用物理知識來解決生活實際問題，學生在分析問題和解決問題的過程中，不斷提升識別和還原物理模型.因此，教師在教學時從生活中的物理出發，運用理想模型的方法，引導學生小組合作學習、探究問題、討論交流，加強知識的內化，拓展遷移，促進學生深度學習.

例如 筆者給學生呈現了這樣一道題目（見圖6）：小船M被水沖走后，用一繩子把它拉回岸邊的A點，假定水流速度C1沿著河寬不變，而拉繩子的速度為C2，求小船的軌跡.讓學生先進行小組討論，有的小組成員立馬拿起筆畫了起來.見此情景，筆者邀請這部分學生談一談他們的解題思路，然而他們以小船上各個點的軌跡為出發點，反倒將問題復雜化.于是筆者提示性地說道：“我們學過不少理想化的模型，在本題中，小船相對于河面來說，它的大小是不是可以忽略不計呢？”話還沒說完就有學生答道：“老師，可以運用質點模型來解這道題目，將小船看作一個整體（質點）.”筆者聽了連連點頭，并鼓勵道：“那我們一起來解這道題目吧.”在正確方法的引導下，學生很快求出小船的運行軌跡.

物理模型在解決問題過程中的應用，不但可以幫助學生溫習已學的知識，還可以點燃學生的思維火花，讓學生的思維進行碰撞，從而習得物理新知，形成批判性思維，掌握相應的物理技能，積累更多的物理經驗，走向探究物理真諦的路徑.

4 結語

總之，新課標下的初中物理實驗課程，不再是單純的傳授知識和機械學習，而是需要教師貼近學生的生活，設置一定的物理任務情境，創建相應的物理模型，引領學生自主學習、合作探究，從而促使學生質疑思辨，找到解決問題的核心，快速解決實際問題.綜合分析物理模型的過程有利于學生由直觀形象思維向抽象邏輯思維過渡，不斷提升學生的思維梯度，鍛煉學生思維靈敏度，為其迅速抓住物理現象的本質、解析物理概念、處理物理問題奠定良好的基礎，不斷提升學生的物理綜合素養.

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