初中物理教學中學生模型思維培養淺析

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初中階段的物理教學是以培養學生科學素養為主的實踐活動。目前，普遍認為物理核心素養是學生在物理學習過程中逐步形成的適應個人和社會發展需要的品格和關鍵能力，通常由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等構成。在以核心素養為導向的物理教學中，教師除了傳授學生基本的知識外，還要培養學生良好的思維和能力，使其能夠借助已學的知識理解和解決現實生活中的問題。模型思維是初中物理思維的主要形式之一，是指導學生建立和正確使用物理模型接受新知識、解決復雜問題的重要方法。在對學生的科學思維素養進行培育過程中，教師尤其要重視的是模型思維的培養，即要通過模型建構練習來訓練學生逐步掌握物理模型建構、運用的思想品質和行為意識。雖然近年來教師在講解部分專題內容時，會引導學生運用物理模型來理解和解決復雜問題，但這種教學僅僅停留在偶然性的教學活動中，并沒有形成一種常態化的教學模式。顯然，這對于學生物理核心素養的培養缺乏持續、有效的促進作用。基于物理模型在物理教學以及學生物理核心素養培養方面的地位，教師需要重點關注物理教學中學生模型思維的培養，盡可能多地增加模型思維訓練的機會，強化學生對物理模型建構和使用的意識。

1物理模型概述

物理模型，是學生模型思維訓練的載體。在對學生的模型思維進行培養之前，教師首先要對物理模型的概念進行準確的把握，走出錯誤的認知誤區。初中物理教學中涉及到的物理模型是對物理問題和物理現象進行的假設與解釋，通常是將實際情境中出現的物理概念、物理關系進行抽象概括，將客觀物質世界中存在的規律轉變為物理觀念、物理規律。簡而言之，物理模型就是將隱藏在具體問題或現象中的物理規律以抽象的表達方式表達出來，形成簡單的特征或者規律。初中物理教學中，涉及比較多的模型主要有對象模型、理想模型、數學模型和問題模型四類。其中，對象模型是將復雜的研究內容進行抽象化處理，忽略那些次要性因素，只保留研究對象的主要因素，最終形成一個能夠代表研究對象情況的模型；理想模型是將研究對象的狀態、運動過程以及發生改變的條件進行理想化的設定后構建的模型；數學模型是對物理現象或者問題中的邏輯關系以數學語言表達出來的物理模型；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，物理模型的建構步驟為：發現問題→建構模型→驗證模型→完善模型→應用模型。其中，發現問題是通過分析描述物理現象或者問題的語言，從中發現實際需要分析解決的問題；建構模型是通過對問題進行因果關聯性分析，形成簡化的物理關系模型；驗證模型是將建構的模型帶回到實際的問題情境中進行驗證，看所建構的模型是否真正符合物理現象，是否與物理現象吻合；完善模型是根據模型驗證的結果，對建構的模型中的不足進行分析和完善，形成完全符合物理問題或者物理對象的模型；應用模型是將完善的模型遷移到發現的問題中，最終促使問題得以解決。

2物理教學中學生模型思維培養的重要性

模型思維，是學生思維素養中的一部分，體現為學生對構建模型、使用模型的思維認知。培養學生良好的模型思維，是初中物理教學中的一項基本任務，也是教師日常物理教學中重點關注的教學內容。具體來說，物理教學中對學生的模型思維進行培養的重要性主要體現在以下三方面。

2.1擴充學生物理學科認知的需要

建構主義理論認為，學生是在與周圍環境互動過程中逐步建構起關于外部世界認知的。學生與周圍環境互動的過程通常體現為“同化”或“順應”，其中“同化”是對已有認知的擴充，即將外部環境的相關信息融入到自己已有的認知中，使原有的認知得到擴充，“順應”是對已有認知的改變，即在外部環境中的相關信息的作用下，對原來的認知結構進行重組與改造，形成新的認知。初中是學生初步開始系統性地接觸物理知識的階段，學生的學科認知還比較懵懂，需要通過知識的建構來擴充自己的學科認知。通過在教學中對學生的模型思維進行培養，可以使學生逐步接觸到各種各樣的物理模型，并在與外部環境同化或者順應的過程中擴展對外部環境的認識，從而擴充自己在物理模型方面的認知。例如，在開展《杠桿》教學中，教師通過引入杠桿模型，使學生對“杠桿”的認知逐漸由書本上的文字層面擴充到了抽象的符號關系層面。

2.2提高學生分析和解決問題的能力

分析和解決問題的能力，是學生物理學科核心素養的重要內容。《2021版義務教育物理新課程標準》（以下簡稱“新課標”）中提到，“義務教育物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程。此階段的物理課程應注意讓學生經歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題和解決問題的能力。”據此可以看出，提高分析問題和解決問題的能力，是初中物理課程教學的重點注意事項。在以核心素養培育為主導的課程教學中，學生分析和解決問題的能力不再簡單地體現為考試中的考題的正確、快速解答，而是更多地體現為對現實生活中發現的問題的分析和解決。通過在物理教學中培養學生的模型思維，可以使學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實生活中遇到的各種各樣的問題為目的的思維想法，實現學生分析和解決問題能力的發展和遷移。例如，在學習了物體沉浮的模型以后，學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象，從而產生探究和解決現實問題的思路、方法。

2.3增強學生科學探究能力

科學探究，是物理教學中重點培養學生掌握的一種能力。新課標中提到，物理教學要讓學生“經歷科學探究過程，具有初步的科學探究能力，樂于參加與科學技術有關的活動，有運用研究方法的意識”，這說明物理教學要注意在教學過程中引導學生掌握科學的方法，并在方法運用的過程中形成科學探究的意識和能力。在物理教學中對學生的模型思維進行培養，可以讓學生掌握使用科學方法建立模型、運用模型探究解決復雜問題的意識和能力，逐步增強學生的科學探究能力。同時，關于物理教學“過程與方法”，新課標中明確了以觀察能力、發現和提出問題能力、信息收集能力、分析概括能力、信息交流能力為主導的五種能力的培養，這些科學探究能力的培養同樣可以通過學生模型思維的培養來促進和實現。例如，在對學生的信息收集能力進行培養中，教師可以通過模型思維的培養來強化學生樹立控制實驗條件的意識，使學生能夠理解模型與實驗條件控制的關系，做到在嚴謹的實驗環境下收集有效信息。

3物理教學中學生模型思維培養的具體策略

對于教師而言，從思想意識層面認識到學生模型思維培養的重要性只是第一步，更為重要的是要懂得如何在實際教學活動中對學生的模型思維進行培養，而這也是物理教學的難點。一方面，學生參與物理教學的興趣、能力等情況存在個性化的差異，教師在模型思維培養方面面臨較大的“學情”壓力，另一方面，教師平時的大部分時間和精力均投入到了日常的教學中，缺乏針對性思考和創新模型思維培養方法的條件。鑒于此種情況，教師更多地要立足于日常的課堂教學實踐，從實踐中把握模型思維培養的方法。在對學生的模型思維進行培養中，教師可以著重從與模型思維相關的素材、場景或者過程出發進行挖掘和利用，逐步促進學生感知和深入理解各種各樣的模型，形成扎實的模型構建與運用認知思維。

3.1以可視化實物為載體進行思維訓練

在教學中，部分學生對模型存在一種錯誤的理解，即認為模型就是抽象性的元素，需要自己動腦筋進行聯想才能夠掌握。在這種認識的基礎上，學生就會對建構模型、驗證模型、運用模型等學習活動或任務產生主觀的恐懼、抵觸心理，不原意積極主動地去接觸和了解模型，這不利于學生模型思維的培養。實際上，通過上述介紹可以看出，物理模型雖然具有抽象性的特點，但其與現實中的物體往往存在一定的關聯性，是現實中的現象的抽象表現，學生是可以通過現實中的物體的觀察和思考來理解模型的。為引導學生走出模型認知的偏差，正確理解模型的含義，教師要盡可能地在教學中引入實物性的模型載體，讓學生在可視化、可感知的條件下接觸模型，訓練模型思維。例如，在進行“浮力液面升降模型”講解時，為使學生能夠直觀地理解模型的內容和要素，正確理解模型的含義，教師可以為學生提供純冰侵于純水、鹽水等液體中的實驗模型，讓學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物，在“凸透鏡成像模型”中，引入放大鏡等。相較傳統教師以口頭描述或者板書繪制模型結構圖、流程圖等方式進行的模型展示而言，這種以學生可觀察、可觸摸的實物為載體的模型展示，更容易滿足學生對抽象模型進行具體理解的需要，能夠使學生在肉眼觀察甚至手動操作的過程中，體驗到模型的現實存在性，降低模型理解的難度，進而深化其對模型的理解。

3.2以主觀性思想為依托進行思維發散

初中物理教學中培養學生具備的模型思維并不是固化的模型認知，而是具有靈活性、多樣性的模型認識。換而言之，教師需要引導學生掌握的是活學活用模型的思維素養。在平時的教學中，教師要善于把握和利用學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，讓學生發揮自己的主觀能動性，積極思考各種可能與研究對象相關的模型，并將自己的想法通過實際的模型建構、驗證、完善與運用來加以豐富和發展，進而形成扎實的模型思維。例如，在進行“平面鏡成像”的教學時，教師可以為學生提供一盆水，然后讓學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原理。相較于為學生直接提供平面鏡進行觀察而言，這種為學生提供非直接性的材料，可以在教學內容上“賣一個關子”，讓學生發揮自己的想象力解讀水與平面鏡的關聯性，并嘗試想出能夠解釋這種現象的原因。顯然，這種具有主觀性的思想訓練方面，可以引導學生圍繞特定的物理模型進行發散性的分析思考，雖然最后可能得出的結論不一定科學和正確，但學生通過這一思維過程的訓練，同樣會對模型產生更加科學的理解，這也是進行思維發散訓練的初衷所在。同時，為保證學生在物理教學中充分發揮自己的思想主觀性，激發學生進行發散思維訓練的積極性，教師可以以課堂教學的主題為參照，引導學生圍繞模型相關的內容，結合自己日常的生活和學習，提出與模型相關的想法或者建議，使學生在整個思維訓練中保持思想的活躍性和主動性。例如，在開展“運動的描述”一節教學時，教師可以先讓學生回憶自己日常生活中經歷的關于位移和相對位置的現象，并嘗試用科學的原理解釋這種現象產生的原因，這時學生就會舉出很多關于運動的相關現象，并且這些現象是學生曾經經歷過的比較熟悉的內容，這樣通過回憶和科學分析的訓練，學生就會將課堂上提到的相關模型的內容遷移到自己日常的經歷中，實現模型學習中的發散性思考。

3.3以動手性操作為工具進行模型運用

模型，是對具體研究內容進行抽象后得到的，其目的在于解決特定的問題。在物理教學中，教師對學生模型思維的培養也應該以用模型解決特定問題為出發點和落腳點，這樣才能夠確保學生模型思維訓練的最終實效性。考慮到物理教學中實驗具有的動手操作性特點，教師可以在平時的教學中利用動手性操作的方法來引導學生通過親身參與、實際操作來獲得與模型相關的認知和經驗，并嘗試利用模型解決相應的問題。例如，在以實驗方式探索“一輛車勻速沿斜坡向上滑和向下滑的時間有什么區別”這一問題時，教師就可以為學生提供實驗材料，讓學生以小組為單位進行模型實驗，記錄車輛在勻速向上滑和勻速向下滑時分別對應的時間和速率數據，最后對比搜集到的數據，得出相應的結論。相較于教師通過簡單的實驗視頻展示而言，這種通過學生親自動手操作對模型進行的驗證和運用，更加具有說服力，能夠深化學生對模型的理解和認識。同時，學生在動手性操作練習后，會在遇到同類型的問題時，運用已經掌握的模型進行相同或者相似的實驗操作驗證，實現舉一反三的目的。例如，學生在進行了上述模型實驗以后，在遇到“同一艘船，順流而下和逆流而上用的時間一樣嗎？”這一問題時，學生就會想到通過實驗模型進行操作演示的方式來獲取相應的結論。

4結語

綜上所述，模型思維是初中階段物理課程教學中重點培養學生具備的學科素養，是促進學生將課堂上所學的知識和能力運用到現實生活中，解決實際問題的重要思維要素。在物理教學中，教師除了要重視學生模型思維的培養外，還要善于根據學生的學習情況實施科學的模型思維培養方案。在初中物理教學中對學生的模型思維進行培養，能夠擴充學生物理學科認知的需要，提高學生分析和解決問題的能力，增強學生科學探究能力。當然，考慮到物理教學中模型運用的實際情況，教師在對學生的模型思維進行培養時，要以可視化實物為載體進行思維訓練，以主觀性思想為依托進行思維發散，以動手性操作為工具進行模型運用，真正促進學生形成良好的模型思維，做到正確認識和使用模型理解與解決實際生活和學習中遇到的問題。

作者:劉兆新 單位:吉林省長春市第一〇八學校