初中物理建模能力培養(yǎng)教學(xué)策略分析

物理模型是物理知識的重要組成部分，而建模是認(rèn)識真實世界的過程，可以用來建構(gòu)和使用物理知識。在物理建模活動中，學(xué)習(xí)者必須根據(jù)已有的物理知識和生活經(jīng)驗，運(yùn)用提供的材料和工具探究面對的情境，建構(gòu)起對當(dāng)前情境的理解，并將自己的這種理解表達(dá)出來。模型建構(gòu)可以在很大程度上降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，幫助學(xué)生把握物理知識的本質(zhì)內(nèi)涵。在此視域下，作為物理學(xué)科教師，要積極樹立創(chuàng)新思維，運(yùn)用科學(xué)路徑，探索教學(xué)實踐中滲透建模思維的有效路徑，引導(dǎo)學(xué)生對物理問題進(jìn)行深入探索，實現(xiàn)實踐應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的綜合發(fā)展。

一、基于實踐經(jīng)驗，聯(lián)通理論實際，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展層次化

物理學(xué)科與學(xué)生的生活實踐密切相關(guān)，其寬泛的研究對象與復(fù)雜的物理現(xiàn)象給學(xué)生的學(xué)習(xí)活動帶來了不小的挑戰(zhàn)。通過對物理教材的深入分析與解讀，我們發(fā)現(xiàn)，初中階段的物理教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的生活聯(lián)系密切，從學(xué)生的實踐經(jīng)驗出發(fā)，提煉出指向現(xiàn)實生活的“真問題”，有利于強(qiáng)化學(xué)生的理解能力，讓學(xué)生經(jīng)歷由具體到抽象的思維發(fā)展過程，為后續(xù)物理學(xué)習(xí)體系的合理構(gòu)建打下堅實基礎(chǔ)。以初中物理“功和功率”的教學(xué)為例，這一節(jié)內(nèi)容具有較強(qiáng)的抽象性，特別是在理解功率的物理含義方面，不少學(xué)生存在困難?；谶@一教學(xué)難點，通過對學(xué)生日常學(xué)習(xí)生活的觀察，教師找到了功率與學(xué)生實踐經(jīng)驗的連接點一一大課間后，學(xué)生需要上樓回到教室上課，雖然樓層是相同的，但是爬得快的學(xué)生氣喘呼呼，爬得慢的學(xué)生則悠然自得，學(xué)生所做的功差異不大，但時間、速度以及學(xué)生的感受卻截然不同。教師可以此為基礎(chǔ)設(shè)計教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生展開科學(xué)探究，并在此過程中發(fā)展模型構(gòu)建能力。

以下是一個基于“功率物理意義\"的物理模型構(gòu)建教學(xué)設(shè)計。

（一）聯(lián)系實際，課堂導(dǎo)入

首先，創(chuàng)設(shè)生活情境，結(jié)合課間上樓回班級的具體情況，引導(dǎo)學(xué)生就“做功是否相同”“做功速度如何”等問題進(jìn)行思考，讓學(xué)生圍繞“如何粗略估測爬三樓所做功的大小以及快慢”的具體問題設(shè)計實驗。引入真實案例，基于真實情境，設(shè)置相關(guān)問題。

（二）設(shè)計實驗，構(gòu)建模型，引導(dǎo)探究

將問題抽象化，引導(dǎo)學(xué)生簡化生活情境：假設(shè)一個人勻速上樓且受到了與重力平衡的力，對這個人進(jìn)行受力分析，得出克服重力做功的具體方法。

教師提問，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗中需要測量的物理量及所需要的測量工具，鼓勵學(xué)生設(shè)計簡便的實驗方法，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計表格（如表1所示）。

設(shè)計意圖：將具體的生活情境進(jìn)行抽象建模，提取解決問題所需的必要因素，建立物理模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計實驗、記錄數(shù)據(jù)、展開分析。

（三）交流與評估，優(yōu)化實驗

基于實驗過程中存在的問題，鼓勵學(xué)生交流并提出促進(jìn)實驗數(shù)據(jù)測量簡化、精準(zhǔn)化的方法，探索優(yōu)化實驗過程的實驗方法。鼓勵學(xué)生樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

（四）構(gòu)建模型，理解新知

基于實驗結(jié)果，類比速度公式比值定義法的物理內(nèi)涵與生成過程，引出功率是表示單位時間所做的功的物理意義及定義公式。把握物理本質(zhì)，理解物理內(nèi)涵，掌握物理新知。鼓勵學(xué)生樹立創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，對傳統(tǒng)實驗設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)動學(xué)生的已有經(jīng)驗，讓學(xué)生通過類比，構(gòu)建物理概念，從本質(zhì)上理解物理的意義。

在上述教學(xué)設(shè)計中，教師從學(xué)生具體的實踐活動出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生將真實的生活情境進(jìn)行簡化與抽象，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗，經(jīng)歷完整的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、建構(gòu)模型、解決問題的學(xué)習(xí)過程，滲透科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生物理建模能力的提升。

二、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，鼓勵自主探究，提高學(xué)生的抽象建模能力

上述教學(xué)設(shè)計更強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理建模能力的發(fā)展。讓學(xué)生真正將該科學(xué)思維內(nèi)化于心、為我所用、深人理解，教師就要適當(dāng)給學(xué)生創(chuàng)設(shè)實踐情境，讓學(xué)生基于生活實踐，充分運(yùn)用物理建模能力解決問題。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，教師的教學(xué)設(shè)計就要具備一定的開放性。同時，教師要格外重視課堂問題的設(shè)計，避免無效問題，防止學(xué)生被問題“牽著鼻子走”。此外，教師還要引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位積極進(jìn)行討論、思考，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)與自主分析下選擇合適的物理量，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律與方法，在交流合作中解決問題，在小組交流匯報中展示成果，實現(xiàn)建模能力與綜合能力的全面提升。

以初中物理教學(xué)中“利用浮力測量固體密度”的教學(xué)為例。在教學(xué)設(shè)計中，教師可以結(jié)合社會新聞中關(guān)于“假黃金\"的報道，出示背景信息：假黃金從外形上看與真黃金無異，但其中卻蘊(yùn)藏著大量的致癌物質(zhì)“鎘”，對人體傷害巨大，請你設(shè)計出物理實驗，判斷某金鐲子是真黃金還是假黃金。在此基礎(chǔ)上，教師可以設(shè)計如下教學(xué)活動（如表2所示）。

在教學(xué)實踐中，引導(dǎo)學(xué)生從真實的生活中體驗問題的復(fù)雜性和豐富性，構(gòu)建從情境中學(xué)習(xí)知識的認(rèn)知途徑。教師所創(chuàng)設(shè)的真實問題情境為學(xué)生的思維發(fā)散提供了更多的可能。在教學(xué)實踐中，教師鼓勵學(xué)生依照不同的思路展開分析與討論，從不同角度建立相應(yīng)的物理模型，并通過問題鏈的設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理假設(shè)，不斷完善物理模型的設(shè)計，修正其中的物理量，最終解決具體問題。

三、結(jié)語

隨著新課程改革的縱深發(fā)展，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向構(gòu)建物理課堂已然成為物理教師關(guān)注的熱點，物理建模能力作為核心素養(yǎng)維度中科學(xué)思維的重要構(gòu)成要素，對學(xué)生的物理學(xué)習(xí)有著不容忽視的重要影響。教師要樹立創(chuàng)新意識，運(yùn)用科學(xué)路徑，落實教育目標(biāo)，積極構(gòu)建物理課堂新樣態(tài)。

注：本文系福建省泉州市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃（第二批）立項課題《基于核心素養(yǎng)視域的中學(xué)物理建模能力培養(yǎng)路徑研究》（立項號：QG1452-07）的研究成果。