建模思想在初中物理教學中的滲透

郝磊

[摘 ? ?要]在物理學科教學中，物理建模作為一種重要的物理方法和物理思維，是學生獲取和探索物理知識的一種重要手段。在初中物理教學中，物理老師要不斷強化對建模思想的滲透，注重培養(yǎng)學生的物理建模能力，促進學生在物理學科方面得到長遠發(fā)展，提升學生的物理核心素養(yǎng)。初中物理教學中建模思想滲透有助于學生對相關的物理問題進行深入理解、有助于學生對知識應用能力的培養(yǎng)、有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，通過初中物理概念、規(guī)律、實驗教學活動的開展實現建構思想的有效滲透，提出對物理建模的基本情境進行有效構建、采用抽象建模法實現物理模型的有效構建、利用相似建模法實現對物理模型的有效構建、利用概括建模法實現物理模型的有效構建的幾種方法。希望能夠為初中物理教學工作者提供有效的參考。

[關鍵詞]建模思想；初中物理教學；作用；滲透策略；方法

在初中物理教學中有效滲透建模思想有助于學生物理建模能力的培養(yǎng)。學生所擁有的物理建模能力直接影響著物理學習的效果。目前，在物理教學活動開展的過程中，物理老師忽略了物理建模思想的滲透，不重視學生物理建模思維能力的培養(yǎng)，嚴重地影響了學生在物理方面的發(fā)展?；诖?，強化建模思想在初中物理教學中的滲透對學生的發(fā)展有著非常重要的現實意義。

一、初中物理教學中建模思想滲透的作用

（一）有助于學生對相關的物理問題進行深入理解

初中生在學習物理知識的過程中雖然能夠理解相關的物理知識，但是在解決與知識相關的物理題目時卻存在一定的難度。這主要是由于學生對知識的理解欠缺一定的深度。而建模思想的有效滲透能夠不斷強化學生分析和解決問題的能力。特別是針對一些比較復雜和抽象的物理知識，建模思想的滲透可以實現抽象知識的形象化，難點知識的簡單化，有助于學生更加輕松更加容易地對相關的物理知識進行學習。

（二）有助于學生對知識應用能力的培養(yǎng)

一般在教學中需要通過物理實驗探究活動的開展，經過不斷地總結和改進，引導學生對相關的物理模型進行構建，這樣可以讓學生體會到物理建模思維以及探索科學知識的辛苦和復雜，有助于學生物理探索素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時進一步強化了學生對物理知識的應用能力以及邏輯思維能力。

（三）有助于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

學生在構建物理模型的過程中需要通過相關的物理實驗進行不斷地探究、歸納和總結，這有助于學生創(chuàng)新思維的激發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓學生充分地體驗到探究物理知識的樂趣，有助于學生物理學習興趣的培養(yǎng)。

二、初中物理教學中建模思想的滲透策略

（一）通過初中物理概念教學活動的開展實現建模思想的有效滲透

建模思想在初中物理概念教學中的滲透，需要物理老師引導學生對相關的物理概念進行有效建構，這也是物理模型建構的一個過程。對蘇科版初中物理教材內容進行梳理之后可以發(fā)現，有的物理概念是借助理想模型構建出來的，比如力的示意圖、磁感線概念、光線概念等。有的物理概念則是利用數學工具構建出來的，比如電功率概念、壓強概念、比熱容概念、密度概念、速度概念等。還有的物理概念則是利用圖像構建出來的，這樣可以進一步加深對相關物理概念的理解，比如重力與質量、路程與時間的關系圖線等。因此不同的物理概念所采用的建模思想也是不同的。

以物理概念中的理想模型概念為例，因為初中物理教材中呈現的相關物理現象以及物理過程具有一定的抽象性特征，再加上初中生接觸的物理知識比較少，在理解過程中難免存在一定的問題。為了能夠降低學生對物理概念理解的難度，物理老師可以通過理想模型的構建，將抽象的物理現象以及物理過程以生動形象的方式呈現出來。物理老師在帶領學生研究光現象相關內容的過程中，為了能夠讓學生對光線概念進行更加容易的理解和認知，物理老師可以將光的傳播方向和光的特點以帶箭頭的直線呈現出來。雖然帶箭頭的直線并不能代表光源所發(fā)出的光，但是可以將其當作一個理想模型，實現光線概念的抽象化向直觀化的轉變，幫助學生理解光的傳播特點，有助于學生研究光的現象。在講解物體間力的作用的過程中，雖然在生活中物體間力的作用是普遍存在的，但是它是一種摸不著、看不見的東西，此時物理老師就可以帶領學生構建理想模型，將物體間的作用力通過帶箭頭的線段表示出來。在講解杠桿知識的過程中，一般會將輕質杠桿本身的重力忽略掉，這也是一種理想模型的構建。在講解磁場相關知識的過程中，為了能夠讓學生對磁場概念進行更加容易的理解，老師可以通過磁感線理想模型的構建對磁場進行直觀性描述。通過以上物理模型的構建，可以讓難以理解、比較抽象的物理現象和物理過程變得更加直觀更加形象，方便學生對相關的物理概念進行更加容易地接受和理解，深化了學生對物理概念的認知。

（二）通過初中物理規(guī)律教學活動的開展實現建模思想的有效滲透

建模思想在初中物理規(guī)律教學活動中的有效滲透和應用，主要是通過對物理模型的科學構建，實現復雜問題向純物理問題的有效轉化。通過對蘇科版初中物理規(guī)律教學內容的梳理可以發(fā)現，其中蘊含的建模素材比較豐富。八年級下冊“牛頓第一定律”，它是理想實驗模型的代表，也是初中物理規(guī)律教學中不可或缺的建模素材。當然除了“牛頓第一定律”之外，通過仔細的分析和研究，還可以在其他的規(guī)律教學內容中挖掘出更多的建模內容。在研究“生活中對于杠桿平衡條件的應用”相關內容時，需要用到物理抽象思維，這也是建模思想的一大重要體現。也就是將非本質和次要的因素忽略掉，將本質的特征和主要的特征有效突出。在解決實際問題過程中對于杠桿平衡條件的應用，首先要進入到實際的問題情境中對相關的杠桿模型進行有效構建，其次要對杠桿的五要素進行挖掘和尋找，做好前面這兩步才能夠對相關的實際問題進行有效解決。

在體育活動的時候經常會涉及一個健身項目——俯臥撐，如果當一個人做俯臥撐時可以將人的身體視為杠桿，重心為點O，重力的大小為400N。用L1表示人在做俯臥撐時地面對人的手的支持力的力臂，L2表示重力的力臂，若L1=2.8cm，L2=1.8cm，問：地面對做俯臥撐的人的雙手支持力是多大？針對以上問題，物理老師就可以引導學生通過杠桿模型的構建來進行解決，在老師的點撥下他們都快速地找到了杠桿模型的支點，也就是做俯臥撐的人的腳尖部位。為了能夠在初中物理規(guī)律教學活動開展過程中，實現建模思想的全面滲透，不斷強化學生的建模能力，物理老師也可以在學生得出以上問題答案之后對以上題目進行適當改編。比如物理老師可以要求學生在計算以上問題的基礎上在求解地面對做俯臥撐人的腳尖的支持力。這對于缺乏邏輯思維且思維比較固化的學生來說，往往在解答這道題目的過程中，可能會缺乏一定的思路，不知道從何下手。而對于建模思想熟練掌握的學生，他們在解答問題的過程中快速找到新的支點，從而通過杠桿模型的構建找到解題思路和方法，進而高效準確地解決問題。

當然除了杠桿模型思想應用之外，在初中物理規(guī)律教學活動開展的過程中，還可以通過構建等效電路圖的模型來解決相關的電路問題；可以通過平衡方程的構建對相關的力學問題進行解決。當然要想在相關物理問題解決過程中實現模型的有效構建，需要物理老師在教學實踐的過程中不斷強化對模型思想的滲透和融入，引導學生對相關的生活情境進行分析，明確相關的物理事實和問題，并通過相關數學工具的應用以及物理模型的構建和運用，實現物理問題的高效解決，促進學生在學習過程中養(yǎng)成模型構建思維方法，提高學生解決物理問題的效率和質量。

（三）通過初中物理實驗教學活動的開展實現建模思想的滲透

蘇科版初中物理教材中涉及的物理實驗內容也比較豐富，其中以物理測量類實驗和物理探究類實驗為主。實驗教學是初中物理教學的重要組成部分。在初中物理實驗教學活動開展的過程中，首先老師要結合實驗內容提出相關的問題，并鼓勵學生根據問題提出相關的假設。然后根據假設對相關的物理實驗進行科學設計，最后再根據物理實驗結果采取科學的方法分析和處理所得出的數據。這個過程其實就是模型構建的過程。物理老師要充分發(fā)揮自身的引導作用，根據具體的物理實驗鼓勵學生提出一些具有思考和分析價值的問題，確保學生在實驗的過程中不受到相關因素的干擾，引導學生對物理實驗的每一個步驟和方法進行科學設計，選擇適合的數學工具對實驗數據進行有效處理。

現階段初中物理教學活動在實際開展的過程中并沒有充分地發(fā)揮出實驗教學的價值和作用。這主要是由于一些物理老師對于物理實驗欠缺正確的認知，導致許多學生不注重物理實驗的重要性，對物理實驗缺乏一定的興趣和積極性，大部分學生并沒有真正參與到物理實驗的整個過程中，而只是以走過場的形式完成自己的學習任務，嚴重影響了建模思想在初中物理實驗教學中的滲透。因此物理老師一定要重視實驗教學的重要性，在物理實驗教學活動開展的過程中提出一些有價值的問題。因為問題的價值是決定實驗探究真假的關鍵。

在探究平面鏡成像規(guī)律的過程中，物理老師可以在實驗教學活動正式開展之前導入如下問題：

有一個湖，它的深度為10米，一只大雁在離湖面距離為20米的上方位置飛翔。請大家猜一猜大雁在湖中的像的位置。

A.大雁的像在距離湖底為10米的位置處

B.大雁的像在湖中的任意一個位置

C.大雁的像一直在湖面上

D.大雁的像在距離湖面下方的20米處

物理老師在提出以上問題之后，學生都積極針對以上問題進行了熱烈的討論。而且學生還自發(fā)地形成了幾個觀點，并進行了分組討論。為了能夠讓學生得出的觀點得以驗證，物理老師可以組織學生開展實驗探究活動，這就有效地激發(fā)了學生參與實驗活動的積極性和熱情，進而在實驗探究的過程中不斷強化學生對建模思想的認知和應用。

除了以上物理實驗之外，初中物理教材中所安排的“比熱容”實驗，也是模型構建的典型。此實驗主要是通過對相關實驗數據的分析來得出相關的物理規(guī)律，實現對新的物理概念的構建。在具體實驗教學的過程中，首先，物理老師要引導學生對水和沙子的吸熱能力進行數據分析和對比，然后對“比熱容”這一全新的物理概念進行有效建構。這個上建模過程中主要利用的是數學工具——比值，并采用先物理后數學再物理的模式實現了整個新物理概念的建模過程，不僅深化了學生對物理概念的認知，而且還強化了學生對建模思想的應用，進一步拓展了學生的物理思維。

三、初中物理教學中利用建模思想構建物理模型的幾種方法

（一）對物理建模的基本情境進行有效構建

為了能夠在初中物理教學活動開展過程中培養(yǎng)學生的物理建模思維，需要物理老師引導學生從物理建模思維角度對相關的物理知識進行自主探索和學習，促進學生對物理建模思維進行靈活掌握和深度認知。首先物理老師要引導學生對建模思想進行學習和認知，對建模的概念以及作用和價值進行了解，吸引學生對建模思想進行主動應用和學習，尋找相關的物理變量，并通過實驗探究活動的開展對相關的物理變量關系進行有效明確。目前，大部分初中物理老師在落實教學活動的過程中依然采用傳統(tǒng)的傳輸性的教學模式，只是將相關的物理知識詳細地講解給學生，雖然學生能夠吸收到一定的物理知識，但是他們對物理知識的理解只停留在表面層次，并沒有了解到相關的物理原理，無法實現對物理知識的主觀認知。通過對物理建?；厩榫秤行嫿ǎ兄趶娀瘜ξ锢斫Ｋ枷氲臐B透，培養(yǎng)學生的物理建模思維，這樣才能幫助學生進行深入探究，深化學生對物理知識的主觀理解和認知。

（二）采用抽象建模法實現物理模型的有效構建

雖然物理知識反映的是一些日常生活現象，但是它具有很強的抽象性特征，對思維能力正在發(fā)展的初中生來說理解起來可能具有一定的難度。為了能夠實現建模思想在初中物理教學中的有效滲透和應用，物理老師可以帶領學生采用抽象性建模法對物理模型進行有效構建，首先，物理老師要引導學生明確物理的使用情境，根據物理使用的具體條件，對相關的物理邏輯規(guī)律進行合理構建，然后根構建的物理邏輯規(guī)律尋找最科學的解決方法。這種物理模型的構建方法能夠幫助學生在分析物理問題和具體條件的過程中尋找相關的解題思路，進而對相關的知識要點和物理問題進行快速有效地掌握，提高了學生學習的效率和質量，拓展了學生的物理思維。

（三）利用相似建模法實現對物理模型的有效構建

在建模思想滲透的過程中，相似建模法的有效應用首先需要老師引導學生統(tǒng)計分析所學習的相似的物理知識和內容，并對這些知識和內容中存在的同質特點進行總結和歸納。然后采用科學的方法從物理的使用環(huán)境中抽離出這些同質特點，并構建相關的物理模型。以上建模思想的有效應用，能夠幫助學生在解決類似物理問題的過程中應用該物理模型對物理問題的解決方法進行尋找和探索，有效強化了學生的物理建模思維。

（四）利用概括建模法實現物理模型的有效構建

概括建模法在初中物理教學中的有效應用主要解決的是一些相似性的物理問題。首先物理老師引導學生進入到真實情境中，并在情境中抽象概括相關的物理科學知識，最后實現物對理模型構建的過程。因此概括建模的過程也是對相關物理概念和知識點抽取的過程，在建模的過程中要求學生能夠準確把握相關的環(huán)境和要素。比如物理老師在引導學生研究“點電荷和周圍形成電場分布”相關內容的過程中，可以從物理使用場景中抽離出抽象的磁場知識，然后根據帶電體所處的相對環(huán)境以及自身所具有的體積和形狀對相關的物理概念和知識點進行深入研究，最后得出電荷的分布會直接受到帶電體體積和形狀的影響。

綜上所述，在初中物理教學活動開展的過程中建模思想的有效滲透有著非常重要的價值和意義，物理老師要引導學生意識到建模思想的應用對于物理知識學習的重要性，將建模思想滲透到物理概念教學、物理規(guī)律教學以及物理實驗教學的全過程中，不斷深化學生對建模思想的應用，幫助學生形成物理建模的思維方法，培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻：

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（責任編輯：姜波）