建模思想在初中物理教學(xué)中的滲透

郝磊 （江蘇省南通市海門(mén)區(qū)海門(mén)港新區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)）

在初中物理教學(xué)中有效滲透建模思想有助于學(xué)生物理建模能力的培養(yǎng)。學(xué)生所擁有的物理建模能力直接影響著物理學(xué)習(xí)的效果。目前，在物理教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，物理老師忽略了物理建模思想的滲透，不重視學(xué)生物理建模思維能力的培養(yǎng)，嚴(yán)重地影響了學(xué)生在物理方面的發(fā)展?；诖?，強(qiáng)化建模思想在初中物理教學(xué)中的滲透對(duì)學(xué)生的發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、初中物理教學(xué)中建模思想滲透的作用

（一）有助于學(xué)生對(duì)相關(guān)的物理問(wèn)題進(jìn)行深入理解

初中生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中雖然能夠理解相關(guān)的物理知識(shí)，但是在解決與知識(shí)相關(guān)的物理題目時(shí)卻存在一定的難度。這主要是由于學(xué)生對(duì)知識(shí)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(qiáng)化學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。特別是針對(duì)一些比較復(fù)雜和抽象的物理知識(shí)，建模思想的滲透可以實(shí)現(xiàn)抽象知識(shí)的形象化，難點(diǎn)知識(shí)的簡(jiǎn)單化，有助于學(xué)生更加輕松更加容易地對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（二）有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)

一般在教學(xué)中需要通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的開(kāi)展，經(jīng)過(guò)不斷地總結(jié)和改進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)的物理模型進(jìn)行構(gòu)建，這樣可以讓學(xué)生體會(huì)到物理建模思維以及探索科學(xué)知識(shí)的辛苦和復(fù)雜，有助于學(xué)生物理探索素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用能力以及邏輯思維能力。

（三）有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

學(xué)生在構(gòu)建物理模型的過(guò)程中需要通過(guò)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不斷地探究、歸納和總結(jié)，這有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的激發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生充分地體驗(yàn)到探究物理知識(shí)的樂(lè)趣，有助于學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。

二、初中物理教學(xué)中建模思想的滲透策略

（一）通過(guò)初中物理概念教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展實(shí)現(xiàn)建模思想的有效滲透

建模思想在初中物理概念教學(xué)中的滲透，需要物理老師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)的物理概念進(jìn)行有效建構(gòu)，這也是物理模型建構(gòu)的一個(gè)過(guò)程。對(duì)蘇科版初中物理教材內(nèi)容進(jìn)行梳理之后可以發(fā)現(xiàn)，有的物理概念是借助理想模型構(gòu)建出來(lái)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(shù)學(xué)工具構(gòu)建出來(lái)的，比如電功率概念、壓強(qiáng)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(gòu)建出來(lái)的，這樣可以進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)物理概念的理解，比如重力與質(zhì)量、路程與時(shí)間的關(guān)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?yàn)槌踔形锢斫滩闹谐尸F(xiàn)的相關(guān)物理現(xiàn)象以及物理過(guò)程具有一定的抽象性特征，再加上初中生接觸的物理知識(shí)比較少，在理解過(guò)程中難免存在一定的問(wèn)題。為了能夠降低學(xué)生對(duì)物理概念理解的難度，物理老師可以通過(guò)理想模型的構(gòu)建，將抽象的物理現(xiàn)象以及物理過(guò)程以生動(dòng)形象的方式呈現(xiàn)出來(lái)。物理老師在帶領(lǐng)學(xué)生研究光現(xiàn)象相關(guān)內(nèi)容的過(guò)程中，為了能夠讓學(xué)生對(duì)光線概念進(jìn)行更加容易的理解和認(rèn)知，物理老師可以將光的傳播方向和光的特點(diǎn)以帶箭頭的直線呈現(xiàn)出來(lái)。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(dāng)作一個(gè)理想模型，實(shí)現(xiàn)光線概念的抽象化向直觀化的轉(zhuǎn)變，幫助學(xué)生理解光的傳播特點(diǎn)，有助于學(xué)生研究光的現(xiàn)象。在講解物體間力的作用的過(guò)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(jiàn)的東西，此時(shí)物理老師就可以帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建理想模型，將物體間的作用力通過(guò)帶箭頭的線段表示出來(lái)。在講解杠桿知識(shí)的過(guò)程中，一般會(huì)將輕質(zhì)杠桿本身的重力忽略掉，這也是一種理想模型的構(gòu)建。在講解磁場(chǎng)相關(guān)知識(shí)的過(guò)程中，為了能夠讓學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)概念進(jìn)行更加容易的理解，老師可以通過(guò)磁感線理想模型的構(gòu)建對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行直觀性描述。通過(guò)以上物理模型的構(gòu)建，可以讓難以理解、比較抽象的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程變得更加直觀更加形象，方便學(xué)生對(duì)相關(guān)的物理概念進(jìn)行更加容易地接受和理解，深化了學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)知。

（二）通過(guò)初中物理規(guī)律教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展實(shí)現(xiàn)建模思想的有效滲透

建模思想在初中物理規(guī)律教學(xué)活動(dòng)中的有效滲透和應(yīng)用，主要是通過(guò)對(duì)物理模型的科學(xué)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜問(wèn)題向純物理問(wèn)題的有效轉(zhuǎn)化。通過(guò)對(duì)蘇科版初中物理規(guī)律教學(xué)內(nèi)容的梳理可以發(fā)現(xiàn)，其中蘊(yùn)含的建模素材比較豐富。八年級(jí)下冊(cè)“牛頓第一定律”，它是理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇恚彩浅踔形锢硪?guī)律教學(xué)中不可或缺的建模素材。當(dāng)然除了“牛頓第一定律”之外，通過(guò)仔細(xì)的分析和研究，還可以在其他的規(guī)律教學(xué)內(nèi)容中挖掘出更多的建模內(nèi)容。在研究“生活中對(duì)于杠桿平衡條件的應(yīng)用”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，需要用到物理抽象思維，這也是建模思想的一大重要體現(xiàn)。也就是將非本質(zhì)和次要的因素忽略掉，將本質(zhì)的特征和主要的特征有效突出。在解決實(shí)際問(wèn)題過(guò)程中對(duì)于杠桿平衡條件的應(yīng)用，首先要進(jìn)入到實(shí)際的問(wèn)題情境中對(duì)相關(guān)的杠桿模型進(jìn)行有效構(gòu)建，其次要對(duì)杠桿的五要素進(jìn)行挖掘和尋找，做好前面這兩步才能夠?qū)ο嚓P(guān)的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行有效解決。

在體育活動(dòng)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)涉及一個(gè)健身項(xiàng)目——俯臥撐，如果當(dāng)一個(gè)人做俯臥撐時(shí)可以將人的身體視為杠桿，重心為點(diǎn)O，重力的大小為400N。用L1 表示人在做俯臥撐時(shí)地面對(duì)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(wèn)：地面對(duì)做俯臥撐的人的雙手支持力是多大？針對(duì)以上問(wèn)題，物理老師就可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)杠桿模型的構(gòu)建來(lái)進(jìn)行解決，在老師的點(diǎn)撥下他們都快速地找到了杠桿模型的支點(diǎn)，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(xué)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)建模思想的全面滲透，不斷強(qiáng)化學(xué)生的建模能力，物理老師也可以在學(xué)生得出以上問(wèn)題答案之后對(duì)以上題目進(jìn)行適當(dāng)改編。比如物理老師可以要求學(xué)生在計(jì)算以上問(wèn)題的基礎(chǔ)上在求解地面對(duì)做俯臥撐人的腳尖的支持力。這對(duì)于缺乏邏輯思維且思維比較固化的學(xué)生來(lái)說(shuō)，往往在解答這道題目的過(guò)程中，可能會(huì)缺乏一定的思路，不知道從何下手。而對(duì)于建模思想熟練掌握的學(xué)生，他們?cè)诮獯饐?wèn)題的過(guò)程中快速找到新的支點(diǎn)，從而通過(guò)杠桿模型的構(gòu)建找到解題思路和方法，進(jìn)而高效準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。

當(dāng)然除了杠桿模型思想應(yīng)用之外，在初中物理規(guī)律教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，還可以通過(guò)構(gòu)建等效電路圖的模型來(lái)解決相關(guān)的電路問(wèn)題；可以通過(guò)平衡方程的構(gòu)建對(duì)相關(guān)的力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行解決。當(dāng)然要想在相關(guān)物理問(wèn)題解決過(guò)程中實(shí)現(xiàn)模型的有效構(gòu)建，需要物理老師在教學(xué)實(shí)踐的過(guò)程中不斷強(qiáng)化對(duì)模型思想的滲透和融入，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)的生活情境進(jìn)行分析，明確相關(guān)的物理事實(shí)和問(wèn)題，并通過(guò)相關(guān)數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用以及物理模型的構(gòu)建和運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)物理問(wèn)題的高效解決，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中養(yǎng)成模型構(gòu)建思維方法，提高學(xué)生解決物理問(wèn)題的效率和質(zhì)量。

（三）通過(guò)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展實(shí)現(xiàn)建模思想的滲透

蘇科版初中物理教材中涉及的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也比較豐富，其中以物理測(cè)量類(lèi)實(shí)驗(yàn)和物理探究類(lèi)實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中物理教學(xué)的重要組成部分。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中，首先老師要結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出相關(guān)的問(wèn)題，并鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題提出相關(guān)的假設(shè)。然后根據(jù)假設(shè)對(duì)相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，最后再根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果采取科學(xué)的方法分析和處理所得出的數(shù)據(jù)。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是模型構(gòu)建的過(guò)程。物理老師要充分發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，根據(jù)具體的物理實(shí)驗(yàn)鼓勵(lì)學(xué)生提出一些具有思考和分析價(jià)值的問(wèn)題，確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不受到相關(guān)因素的干擾，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟和方法進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，選擇適合的數(shù)學(xué)工具對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理。

現(xiàn)階段初中物理教學(xué)活動(dòng)在實(shí)際開(kāi)展的過(guò)程中并沒(méi)有充分地發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值和作用。這主要是由于一些物理老師對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)欠缺正確的認(rèn)知，導(dǎo)致許多學(xué)生不注重物理實(shí)驗(yàn)的重要性，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)缺乏一定的興趣和積極性，大部分學(xué)生并沒(méi)有真正參與到物理實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，而只是以走過(guò)場(chǎng)的形式完成自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，嚴(yán)重影響了建模思想在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的滲透。因此物理老師一定要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中提出一些有價(jià)值的問(wèn)題。因?yàn)閱?wèn)題的價(jià)值是決定實(shí)驗(yàn)探究真假的關(guān)鍵。

在探究平面鏡成像規(guī)律的過(guò)程中，物理老師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)正式開(kāi)展之前導(dǎo)入如下問(wèn)題：

有一個(gè)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(qǐng)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(gè)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(wèn)題之后，學(xué)生都積極針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了熱烈的討論。而且學(xué)生還自發(fā)地形成了幾個(gè)觀點(diǎn)，并進(jìn)行了分組討論。為了能夠讓學(xué)生得出的觀點(diǎn)得以驗(yàn)證，物理老師可以組織學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，這就有效地激發(fā)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的積極性和熱情，進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中不斷強(qiáng)化學(xué)生對(duì)建模思想的認(rèn)知和應(yīng)用。

除了以上物理實(shí)驗(yàn)之外，初中物理教材中所安排的“比熱容”實(shí)驗(yàn)，也是模型構(gòu)建的典型。此實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析來(lái)得出相關(guān)的物理規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)新的物理概念的構(gòu)建。在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，首先，物理老師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)水和沙子的吸熱能力進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和對(duì)比，然后對(duì)“比熱容”這一全新的物理概念進(jìn)行有效建構(gòu)。這個(gè)上建模過(guò)程中主要利用的是數(shù)學(xué)工具——比值，并采用先物理后數(shù)學(xué)再物理的模式實(shí)現(xiàn)了整個(gè)新物理概念的建模過(guò)程，不僅深化了學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)知，而且還強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)建模思想的應(yīng)用，進(jìn)一步拓展了學(xué)生的物理思維。

三、初中物理教學(xué)中利用建模思想構(gòu)建物理模型的幾種方法

（一）對(duì)物理建模的基本情境進(jìn)行有效構(gòu)建

為了能夠在初中物理教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的物理建模思維，需要物理老師引導(dǎo)學(xué)生從物理建模思維角度對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)行自主探索和學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理建模思維進(jìn)行靈活掌握和深度認(rèn)知。首先物理老師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)建模思想進(jìn)行學(xué)習(xí)和認(rèn)知，對(duì)建模的概念以及作用和價(jià)值進(jìn)行了解，吸引學(xué)生對(duì)建模思想進(jìn)行主動(dòng)應(yīng)用和學(xué)習(xí)，尋找相關(guān)的物理變量，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的開(kāi)展對(duì)相關(guān)的物理變量關(guān)系進(jìn)行有效明確。目前，大部分初中物理老師在落實(shí)教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程中依然采用傳統(tǒng)的傳輸性的教學(xué)模式，只是將相關(guān)的物理知識(shí)詳細(xì)地講解給學(xué)生，雖然學(xué)生能夠吸收到一定的物理知識(shí)，但是他們對(duì)物理知識(shí)的理解只停留在表面層次，并沒(méi)有了解到相關(guān)的物理原理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)物理知識(shí)的主觀認(rèn)知。通過(guò)對(duì)物理建?；厩榫秤行?gòu)建，有助于強(qiáng)化對(duì)物理建模思想的滲透，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模思維，這樣才能幫助學(xué)生進(jìn)行深入探究，深化學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的主觀理解和認(rèn)知。

（二）采用抽象建模法實(shí)現(xiàn)物理模型的有效構(gòu)建

雖然物理知識(shí)反映的是一些日常生活現(xiàn)象，但是它具有很強(qiáng)的抽象性特征，對(duì)思維能力正在發(fā)展的初中生來(lái)說(shuō)理解起來(lái)可能具有一定的難度。為了能夠?qū)崿F(xiàn)建模思想在初中物理教學(xué)中的有效滲透和應(yīng)用，物理老師可以帶領(lǐng)學(xué)生采用抽象性建模法對(duì)物理模型進(jìn)行有效構(gòu)建，首先，物理老師要引導(dǎo)學(xué)生明確物理的使用情境，根據(jù)物理使用的具體條件，對(duì)相關(guān)的物理邏輯規(guī)律進(jìn)行合理構(gòu)建，然后根構(gòu)建的物理邏輯規(guī)律尋找最科學(xué)的解決方法。這種物理模型的構(gòu)建方法能夠幫助學(xué)生在分析物理問(wèn)題和具體條件的過(guò)程中尋找相關(guān)的解題思路，進(jìn)而對(duì)相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)和物理問(wèn)題進(jìn)行快速有效地掌握，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量，拓展了學(xué)生的物理思維。

（三）利用相似建模法實(shí)現(xiàn)對(duì)物理模型的有效構(gòu)建

在建模思想滲透的過(guò)程中，相似建模法的有效應(yīng)用首先需要老師引導(dǎo)學(xué)生統(tǒng)計(jì)分析所學(xué)習(xí)的相似的物理知識(shí)和內(nèi)容，并對(duì)這些知識(shí)和內(nèi)容中存在的同質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和歸納。然后采用科學(xué)的方法從物理的使用環(huán)境中抽離出這些同質(zhì)特點(diǎn)，并構(gòu)建相關(guān)的物理模型。以上建模思想的有效應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生在解決類(lèi)似物理問(wèn)題的過(guò)程中應(yīng)用該物理模型對(duì)物理問(wèn)題的解決方法進(jìn)行尋找和探索，有效強(qiáng)化了學(xué)生的物理建模思維。

（四）利用概括建模法實(shí)現(xiàn)物理模型的有效構(gòu)建

概括建模法在初中物理教學(xué)中的有效應(yīng)用主要解決的是一些相似性的物理問(wèn)題。首先物理老師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到真實(shí)情境中，并在情境中抽象概括相關(guān)的物理科學(xué)知識(shí)，最后實(shí)現(xiàn)物對(duì)理模型構(gòu)建的過(guò)程。因此概括建模的過(guò)程也是對(duì)相關(guān)物理概念和知識(shí)點(diǎn)抽取的過(guò)程，在建模的過(guò)程中要求學(xué)生能夠準(zhǔn)確把握相關(guān)的環(huán)境和要素。比如物理老師在引導(dǎo)學(xué)生研究“點(diǎn)電荷和周?chē)纬呻妶?chǎng)分布”相關(guān)內(nèi)容的過(guò)程中，可以從物理使用場(chǎng)景中抽離出抽象的磁場(chǎng)知識(shí)，然后根據(jù)帶電體所處的相對(duì)環(huán)境以及自身所具有的體積和形狀對(duì)相關(guān)的物理概念和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入研究，最后得出電荷的分布會(huì)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(xué)活動(dòng)開(kāi)展的過(guò)程中建模思想的有效滲透有著非常重要的價(jià)值和意義，物理老師要引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到建模思想的應(yīng)用對(duì)于物理知識(shí)學(xué)習(xí)的重要性，將建模思想滲透到物理概念教學(xué)、物理規(guī)律教學(xué)以及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程中，不斷深化學(xué)生對(duì)建模思想的應(yīng)用，幫助學(xué)生形成物理建模的思維方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。