模型法在初中物理教学过程中的探究

南娇娇 饶黄云

摘 要：在物理学中物理模型是一种常见的研究方法，不仅可以简化、纯化实际问题，帮助学生理解物理规律，了解物理现象的核心本质，提高学生的科学素养，更是学生在物理学习过程中掌握方法、提高技巧的重要科学方法。解决物理问题一般从物理对象、物理过程、情景设置、物理关系等几个方面进行。学会建立物理模型解决问题对于物理过程的建立是十分关键的。

关键词：物理模型;物理过程;初中物理;探究

新一轮课程改革，《义务教育物理课程标准（2011 年版）》中[1]，已经将“过程与方法”作为重要的课程目标维度，强调侧重培养学生的物理素养和物理能力。物理模型法以其简化实际问题的独特优势赢得教师重视，但在实际的教学中，经常因学生对模型概念的不理解，或被客观物体不完善的表象干扰，或思维缺少程序化的训练，或知识迁移不恰当，想象力的缺乏等原因而无法成功建立物理模型。文章以“热机”一节中“汽油机的工作过程”为例，进行模型法教学的探究。

一、关于物理模型

（一）物理模型的背景

物理模型的研究在国外主要以美国教育学家David Hestenes为代表，“物理模型是物理系统和物理过程概念化显露于外的表现形式，既表现物质系统的结构，也表现其另一方面的特性或者运动规则等”[2]。在国内，周汉臣[3]首先提出如何让学生在构造自己的知识框架的基础上发散思维，提高自己的思维能力。构造物理模型的三个要素“理论内涵”、“思维方法”和“表征方式”[4]，是通过具体的问题情境来选择与其相适应的解决方式，基于物理相关理论，利用文字、符号或画图等表现方式进行教学活动，逐步改善物理模型的教学方式。

（二）物理模型的理论依据与分类

物理模型法教学的主要理论依据是构建主义学习理论[5]与认知学习理论[6]。构建主义表示学习本身就是一种建构的过程。认知学习理论包括完形说和认知发现说，通过不断学习新知识，新旧知识相互补充，得到新认知的学习。

关于物理模型的分类，依据不同的角度有不同的分类，实物模型、理想模型和理论模型;或者实体模型、状态物理模型和过程物理模型等。如“汽油机的工作过程”就属于过程模型。对汽油机工作的过程原理进行抽象化，将各部分简化抽离探究运动的过程，找出主要因素，建立能够揭示运动过程本质的理想模型，即为过程模型。而模型化只是开始，研究物体所有的运动规律才是最终的结果。

二、初中阶段物理模型构建

（一）初中阶段物理模型的构建方法

物理模型的方法主要包括：抽象总结。通过观察、分析，提取出研究对象中的主要因素，忽略其他因素，抽象出事物的本质;分析整合。属于整体到局部，将事物从整体按属性分解为部分，再考虑各种因素影响下的具体探究的思维方式;类比联想。类比的前提是两个或者两个以上的事物在部分属性上一致或者相似，利用其相似的属性推论它们在相似属性上具有相同的思维活动;等效替代法。等效替代法要求研究对象与另外的研究对象在某个方面的作用效果相同，这时可以将两者进行互相替换，来简化研究对象所探究的问题。如“汽油机的工作过程”的物理模型的构建就用了这种方法。着眼于汽油机的结构与手臂之间的等同效果，把复杂的工作原理等效为简单的手臂半圆周运动。这与探究各力的作用效果时，引用了“合力”等效是相同的原理;假设与验证。它属于片面归纳，所以假设来的物理模型必须有实验的证明，再完善。如，光的波粒二象性模型。

（二）物理模型与原型、理论间的关系

模型是利用一定的思维方式对特定的研究对象所要达成的目的进行简化的描述，即通过抽象的思维方式，对客观对象进行构建，以达到反映其本质特征的目的，接着利用该模型去验证、实践证明原型理论，同时理论的模型化也可以反向解释客观存在。模型则是原型和理论之间的桥梁。具体如图表1所示：

三、物理模型法在教学中的应用

（一）物理模型法教学的一般途径

物理建模和运用模型并不只是简单的思维过程，一般会运用一定的科学方式和方法，以便更迅速，更准确的建立更科学、合理的模型。模型建成后需要进一步培养学生科学的思维方式，用来灵活地运用物理模型，以达到处理、解决实际问题的目的。首先，分析研究对象的主要因素，忽略其他次要因素。其次，把握本质特征，抽象研究对象结构完成建模。最后，通过实践事实验证。具体如图表2所示：

（二）模型法在教学中的应用策略

物理模型法一般在概念教学、规律教学、实验教学以及习题教学中入手。文章从“汽油机的工作过程”所属的物理实验教学入手说明。首先，明确实验要解决的物理问题是什么？如何建立实验模型。其次，设计基本构件，建构模型，判断可行性。最后，进行构建活动，将模型理论进一步迁移。

（三）教学片段实施过程

[“热机   汽油机的工作过程”的教学内容]

四、开拓深层探索

模型方法的学习有利于理解和掌握物理知识，提高技能;有利于掌握物理研究方法，提高思维品质;有利于培养正确的人生观、世界观、价值观和方法论;有利于发挥教师与学生各自的作用。教师的意义在于帮助学生探索知识的道路，鼓励学生找到自己的兴趣所在，并且学会在探索过程中检视自己的学习所得和所取得的成功。模型法适用于更多的学科，更多的方面，不同的思维方式是模型建构的源泉。

参考文献：

[1]吴继光.《全日制义务教育物理课程标准（2011年版）》中的实验变化分析[J].中国现代教育装备，2012（20）：47-48+54.

[2]Hestenes （1992），Modeling Game Sinthe Newtonian World [J].AmerieanJournalofPhysies60，732-748.

[3]周汉臣.如何建立物理模型[J].中学物理教学与研究，1987，（2）：52.

[4]谭会.中学物理模型教学设计的理论与实践研究[D].东北师范大学，2009.9.

[5]罗兆华.施教为学促进建构[J].物理教師，2004（10）：5-9.

[6]刘永琴.心理模块观：认知心理学研究的一种新范式[D].华东师范大学，2013.