初中物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐分析

隨著社會的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，社會的競爭變得越來越激烈，想要在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，需要有全面科學(xué)的知識武裝。初中階段作為我國教育體系的重要階段，肩負(fù)著培養(yǎng)人才的重?fù)?dān)，初中物理是初中階段重要的學(xué)科之一，其比較抽象復(fù)雜，因此在教學(xué)過程中需要采用合理的教學(xué)方法提升教學(xué)質(zhì)量。物理模型設(shè)計(jì)是初中物理必要的教學(xué)手段。物理模型既是教學(xué)內(nèi)容又是良好的教學(xué)方法，從物理學(xué)的特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況來看，物理模型教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣具有重要作用。物理學(xué)科的特點(diǎn)決定了學(xué)生需要在學(xué)習(xí)過程中不斷提升創(chuàng)新能力以及解決實(shí)際物理問題的能力，這不僅是時(shí)代的需要，也是學(xué)生自身發(fā)展的需要。所以在初中物理教學(xué)過程中需要加強(qiáng)模型教學(xué)。

物理模型的建立是初中物理教學(xué)方法的核心內(nèi)容之一，是抽象性和形象性、科學(xué)性與假定性、簡潔性與美學(xué)性的統(tǒng)一。初中物理教學(xué)課堂上，構(gòu)建物理模型讓學(xué)生建立起良好的知識結(jié)構(gòu)體系，用來解決實(shí)際問題及探索性的工作，并體會到科學(xué)的物理思維方式。促進(jìn)物理模型的建立不僅需要教師在開展物理教學(xué)的時(shí)候充分利用建模帶來的優(yōu)勢提升物理教學(xué)質(zhì)量，還需要讓學(xué)生有建立模型的思維，只有這樣學(xué)生在遇到比較復(fù)雜的物理問題時(shí)才能積極主動(dòng)地建模，將復(fù)雜的問題變得簡單，將抽象的問題變得形象生動(dòng)，從而將問題順利解決，不斷促進(jìn)學(xué)生物理意識的形成。

一、初中物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)的必要性

傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)中，教師只注重對理論知識的傳授，然而有關(guān)學(xué)生對知識的領(lǐng)悟水平卻不重視，當(dāng)學(xué)生面對實(shí)際難題時(shí)，往往會感到無從下手。物理模型是初中物理課堂上教師傳遞知識和學(xué)生獲取知識的橋梁，好的物理模型教學(xué)不僅能簡化教學(xué)過程，更能激發(fā)學(xué)生對物理知識學(xué)習(xí)的興趣，提高教師課堂教學(xué)效益，提高學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、實(shí)踐能力、探究能力和創(chuàng)新能力，并有助于學(xué)生掌握模型方法。因此，初中物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)十分重要。

二、初中物理教學(xué)中模型建立存在的問題

分析現(xiàn)階段初中物理教學(xué)，在建立模型方面還是存在諸多問題，即使在物理教學(xué)中教師也有模型教學(xué)設(shè)計(jì)，但是僅僅是偏重于物理概念的形成、物理規(guī)律的掌握以及物理問題的解決等，如在建立物理模型的時(shí)候，教師往往是直接給出物理模型的定義和表達(dá)的數(shù)學(xué)公式，然后采用“題海戰(zhàn)略”，讓學(xué)生大量進(jìn)行習(xí)題練習(xí)，從而起到鞏固知識點(diǎn)的作用，這個(gè)過程將學(xué)生對于物理模型的認(rèn)識以及模型的建立過程忽略了，而在物理模型建立之后開始應(yīng)用物理模型，教師也只是將應(yīng)用重點(diǎn)放在了對大量習(xí)題的練習(xí)方面，過分強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科中考試經(jīng)常涉及的所謂的“題型”，從而讓學(xué)生局限化地大量練習(xí)，就是在遇到什么樣的題型時(shí)應(yīng)該采用什么樣的公式和什么樣的方法進(jìn)行結(jié)合，整個(gè)過程就像“比著葫蘆畫瓢”，就是對所學(xué)習(xí)到的物理公式的簡單應(yīng)用和推導(dǎo)，整個(gè)練習(xí)過程是非常不科學(xué)的，這就導(dǎo)致學(xué)生無法感受到所建立的物理模型的真正作用，頭腦中也不會形成物理學(xué)科的知識體系，即使他們將內(nèi)容流利無誤地背誦出來，一旦題型發(fā)生變化就不會解答。很多中學(xué)生普遍存在的問題就是缺乏建模意識，將客觀實(shí)際與物理模型的建立混淆，不明確在什么情況下建立物理模型，將不同問題的物理模型混淆，導(dǎo)致模型提取困難，即使建立了，也不知道如何應(yīng)用，這與學(xué)生的學(xué)習(xí)方法有關(guān)，還與教師的引導(dǎo)有關(guān)，所以在講課過程中需要結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)以及規(guī)律和學(xué)生的全面發(fā)展需要進(jìn)行教學(xué)，明確物理模型建立的重要性。

三、初中物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

人與周圍環(huán)境相互作用的過程中，經(jīng)過“同化”和“順應(yīng)”的過程會逐步構(gòu)建出知識體系，從而發(fā)展自身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這是建構(gòu)主義學(xué)者皮亞杰的觀點(diǎn)。也就是說，學(xué)生對知識的記憶并非是生搬硬套地“放入”腦中，而是以已有的知識為基礎(chǔ)，加上他人的幫助（例如教師的教授及學(xué)習(xí)資料等），通過與外界的相互作用而產(chǎn)生新的理解。因此，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論下的物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)以下幾點(diǎn)：（1）模型創(chuàng)建前要?jiǎng)?chuàng)設(shè)好相關(guān)物理問題的物理情景;（2）模型創(chuàng)建時(shí)要圍繞模型組織模型活動(dòng)并針對學(xué)生進(jìn)行模型教學(xué);（3）模型創(chuàng)建后與學(xué)生及時(shí)討論評價(jià)模型的優(yōu)缺點(diǎn)及了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況。

（二）產(chǎn)生式遷移理論

奧蘇貝爾認(rèn)為：沒有遷移的學(xué)習(xí)就無所謂有意義的學(xué)習(xí)。產(chǎn)生式遷移理論認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)情形相互疊加時(shí)，便能夠發(fā)生遷移，并且每個(gè)遷移式動(dòng)作都包含一個(gè)情景，如若想完成一個(gè)復(fù)雜過程，則需要連續(xù)完成多個(gè)單一的產(chǎn)生式活動(dòng)。物理模型是初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識最好也是最直接的研究模型，根據(jù)不同的物理知識和應(yīng)用理論選取相應(yīng)的物理模型，可以幫助學(xué)生有效地解決物理問題。因此，教師應(yīng)當(dāng)在物理教學(xué)中，將物理模型表現(xiàn)出產(chǎn)生式規(guī)則，引導(dǎo)學(xué)生完成完整的理論理解和記憶，向正向遷移方向前進(jìn)。

（三）活動(dòng)式教學(xué)理論

眾所周知，人在活動(dòng)中的記憶能力和學(xué)習(xí)能力是最好的。因?yàn)橥ㄟ^活動(dòng)內(nèi)容能夠?qū)W(xué)習(xí)的理論知識實(shí)踐化、操作化，經(jīng)過“做中學(xué)，學(xué)中做”的過程，提高學(xué)生對物理知識學(xué)習(xí)的濃厚興趣并產(chǎn)生重要的交流經(jīng)驗(yàn)。因此，教師在進(jìn)行物理模型的教學(xué)過程中首先應(yīng)了解學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)情況，掌握教學(xué)目標(biāo)和應(yīng)用的物理模型，然后以活動(dòng)元為位點(diǎn)通過活動(dòng)教學(xué)將理論知識連貫擴(kuò)展，形成生動(dòng)的課堂教學(xué)。

四、初中物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐分析

（一）利用問題情景建立物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐

情景教學(xué)是新課程改革的重要理念之一。問題情景則是根據(jù)生活中原有問題通過圖片或者實(shí)驗(yàn)等方式建立的引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)的問題線索。物理模型的構(gòu)建目的就是簡化教學(xué)，根據(jù)問題情景，教師可引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建出相應(yīng)的物理模型。一般來說，建模過程可總結(jié)為四個(gè)階段：模型引入，模型建立，模型深化，模型驗(yàn)證。本文以圓周運(yùn)動(dòng)為案例：

（1）模型引入：生活中常見的自行車都有兩個(gè)大小不一的齒輪，如何比較兩齒輪運(yùn)動(dòng)快慢。

（2）模型建立：齒輪的運(yùn)動(dòng)與平時(shí)運(yùn)動(dòng)不同，不僅僅是線速度，圓周運(yùn)動(dòng)與線速度、角速度及半徑相關(guān)，分析線速度方向、單位等因素。

（3）模型深化：分析圓周速度中其他因素如轉(zhuǎn)速、周期、頻率等相關(guān)關(guān)系。

（4）模型驗(yàn)證：生活中與此相似的案例比比皆是，例如電風(fēng)扇的扇葉上不同兩點(diǎn)的角速度，火車外軌高度高于火車內(nèi)軌。

（二）利用科學(xué)史建立物理模型教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐

物理史不僅為我們展現(xiàn)了物理學(xué)的發(fā)展歷程，帶給我們更多的是前人在物理學(xué)中的研究方法和研究思路。因此，教師在教學(xué)中通過歷史重演的方式讓學(xué)生體會物理學(xué)探究的過程，并盡可能地還原歷史探究軌跡。利用科學(xué)史建立物理教學(xué)模型一般分為三個(gè)階段：史料搜集、重演建模、討論評價(jià)。本文以伽利略的自由落體運(yùn)動(dòng)為例：

（1）史料搜集：教師發(fā)動(dòng)學(xué)生自主搜集亞里士多德及伽利略的自由落體的實(shí)驗(yàn)探究歷史。

（2）重演建模：重演經(jīng)典的小球下落實(shí)驗(yàn)，通過小球下落時(shí)間測量下落速度，并進(jìn)行思考提出相應(yīng)的假設(shè)，學(xué)會忽略空氣阻力，懂得在科學(xué)研究中哪些應(yīng)當(dāng)忽略，哪些細(xì)節(jié)應(yīng)當(dāng)重視。

（3）討論評價(jià)：討論收集資料后或者模擬實(shí)驗(yàn)過后的啟發(fā)與感想。

（三）利用物理鍛煉思維能力

在初中物理教學(xué)時(shí)，建構(gòu)物理模型對學(xué)生學(xué)習(xí)物理而言具有重大作用。物理模型可鍛煉學(xué)生思維能力，物理課程教學(xué)時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理學(xué)習(xí)模型，實(shí)則是在訓(xùn)練學(xué)生對物理知識的掌握能力，并且可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生思維靈敏性以及靈活性。若學(xué)生具有較強(qiáng)的思維能力，則較易吸收物理知識點(diǎn)。在解決各類物理實(shí)際問題時(shí)，也會保持敏銳的想象能力及反應(yīng)能力，輕松化解物理學(xué)習(xí)問題。通過模型掌握物理知識點(diǎn)，最終吸收物理內(nèi)容。為此，在鍛煉學(xué)生思維能力時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)物理模型的能力尤為關(guān)鍵。

比如，在講解“磁場”相關(guān)知識過程中，因?qū)W生并未了解過“場”的內(nèi)涵，而磁場又難以看得見、摸得著，所以學(xué)生無法透徹理解磁場意義及其特性。此時(shí)，教師就可以帶領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)物理模型，通過碎鐵屑規(guī)則排列方法顯示磁場，引導(dǎo)學(xué)生用眼觀察，從而促使學(xué)生意識到磁體的周圍存在磁場，結(jié)合磁場模型畫出磁感線。通過此種訓(xùn)練方式，即可在物理知識和物理模型之間架起橋梁，有效訓(xùn)練學(xué)生思維能力及問題分析能力、理解能力。

（1）建構(gòu)模型：先引導(dǎo)學(xué)生觀察碎鐵屑的規(guī)則排列情況，試分析后期鐵屑可能出現(xiàn)的變化。

（2）演示模型：令學(xué)生在觀察后畫出磁感線，保障學(xué)生逐步接受這一部分知識，在模擬磁場過程中迅速運(yùn)轉(zhuǎn)思維，提升物理學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

（3）討論評價(jià)：教師通過物理模型，鍛煉學(xué)生思維能力，實(shí)則是一個(gè)高效的教學(xué)方式，可令學(xué)生以物理模型為參照，理解抽象的物理知識，從而發(fā)散學(xué)生物理思維能力，令學(xué)生在頭腦中建構(gòu)物理知識橋梁。

五、結(jié)語

綜上所述，初中物理模型教學(xué)的存在不僅解決了傳統(tǒng)物理教學(xué)存在的問題，更激發(fā)了學(xué)生對物理知識的興趣，促進(jìn)學(xué)生了解建模和實(shí)踐建模的能力發(fā)展，為學(xué)生建立了良好的知識結(jié)構(gòu)體系，并訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)地學(xué)習(xí)初中物理知識，同時(shí)提升科學(xué)素養(yǎng)。

作者簡介：馬黎春（1982—），男，漢族，甘肅武山人，最高學(xué)歷：本科，職稱：中學(xué)一級，研究方向：物理教學(xué)。