建模思想在初中物理教学中的渗透

郝磊

[摘    要]在物理学科教学中，物理建模作为一种重要的物理方法和物理思维，是学生获取和探索物理知识的一种重要手段。在初中物理教学中，物理老师要不断强化对建模思想的渗透，注重培养学生的物理建模能力，促进学生在物理学科方面得到长远发展，提升学生的物理核心素养。初中物理教学中建模思想渗透有助于学生对相关的物理问题进行深入理解、有助于学生对知识应用能力的培养、有助于学生创新能力的培养，通过初中物理概念、规律、实验教学活动的开展实现建构思想的有效渗透，提出对物理建模的基本情境进行有效构建、采用抽象建模法实现物理模型的有效构建、利用相似建模法实现对物理模型的有效构建、利用概括建模法实现物理模型的有效构建的几种方法。希望能够为初中物理教学工作者提供有效的参考。

[关键词]建模思想；初中物理教学；作用；渗透策略；方法

在初中物理教学中有效渗透建模思想有助于学生物理建模能力的培养。学生所拥有的物理建模能力直接影响着物理学习的效果。目前，在物理教学活动开展的过程中，物理老师忽略了物理建模思想的渗透，不重视学生物理建模思维能力的培养，严重地影响了学生在物理方面的发展。基于此，强化建模思想在初中物理教学中的渗透对学生的发展有着非常重要的现实意义。

一、初中物理教学中建模思想渗透的作用

（一）有助于学生对相关的物理问题进行深入理解

初中生在学习物理知识的过程中虽然能够理解相关的物理知识，但是在解决与知识相关的物理题目时却存在一定的难度。这主要是由于学生对知识的理解欠缺一定的深度。而建模思想的有效渗透能够不断强化学生分析和解决问题的能力。特别是针对一些比较复杂和抽象的物理知识，建模思想的渗透可以实现抽象知识的形象化，难点知识的简单化，有助于学生更加轻松更加容易地对相关的物理知識进行学习。

（二）有助于学生对知识应用能力的培养

一般在教学中需要通过物理实验探究活动的开展，经过不断地总结和改进，引导学生对相关的物理模型进行构建，这样可以让学生体会到物理建模思维以及探索科学知识的辛苦和复杂，有助于学生物理探索素养的培养，同时进一步强化了学生对物理知识的应用能力以及逻辑思维能力。

（三）有助于学生创新能力的培养

学生在构建物理模型的过程中需要通过相关的物理实验进行不断地探究、归纳和总结，这有助于学生创新思维的激发和创新能力的培养，让学生充分地体验到探究物理知识的乐趣，有助于学生物理学习兴趣的培养。

二、初中物理教学中建模思想的渗透策略

（一）通过初中物理概念教学活动的开展实现建模思想的有效渗透

建模思想在初中物理概念教学中的渗透，需要物理老师引导学生对相关的物理概念进行有效建构，这也是物理模型建构的一个过程。对苏科版初中物理教材内容进行梳理之后可以发现，有的物理概念是借助理想模型构建出来的，比如力的示意图、磁感线概念、光线概念等。有的物理概念则是利用数学工具构建出来的，比如电功率概念、压强概念、比热容概念、密度概念、速度概念等。还有的物理概念则是利用图像构建出来的，这样可以进一步加深对相关物理概念的理解，比如重力与质量、路程与时间的关系图线等。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为例，因为初中物理教材中呈现的相关物理现象以及物理过程具有一定的抽象性特征，再加上初中生接触的物理知识比较少，在理解过程中难免存在一定的问题。为了能够降低学生对物理概念理解的难度，物理老师可以通过理想模型的构建，将抽象的物理现象以及物理过程以生动形象的方式呈现出来。物理老师在带领学生研究光现象相关内容的过程中，为了能够让学生对光线概念进行更加容易的理解和认知，物理老师可以将光的传播方向和光的特点以带箭头的直线呈现出来。虽然带箭头的直线并不能代表光源所发出的光，但是可以将其当作一个理想模型，实现光线概念的抽象化向直观化的转变，帮助学生理解光的传播特点，有助于学生研究光的现象。在讲解物体间力的作用的过程中，虽然在生活中物体间力的作用是普遍存在的，但是它是一种摸不着、看不见的东西，此时物理老师就可以带领学生构建理想模型，将物体间的作用力通过带箭头的线段表示出来。在讲解杠杆知识的过程中，一般会将轻质杠杆本身的重力忽略掉，这也是一种理想模型的构建。在讲解磁场相关知识的过程中，为了能够让学生对磁场概念进行更加容易的理解，老师可以通过磁感线理想模型的构建对磁场进行直观性描述。通过以上物理模型的构建，可以让难以理解、比较抽象的物理现象和物理过程变得更加直观更加形象，方便学生对相关的物理概念进行更加容易地接受和理解，深化了学生对物理概念的认知。

（二）通过初中物理规律教学活动的开展实现建模思想的有效渗透

建模思想在初中物理规律教学活动中的有效渗透和应用，主要是通过对物理模型的科学构建，实现复杂问题向纯物理问题的有效转化。通过对苏科版初中物理规律教学内容的梳理可以发现，其中蕴含的建模素材比较丰富。八年级下册“牛顿第一定律”，它是理想实验模型的代表，也是初中物理规律教学中不可或缺的建模素材。当然除了“牛顿第一定律”之外，通过仔细的分析和研究，还可以在其他的规律教学内容中挖掘出更多的建模内容。在研究“生活中对于杠杆平衡条件的应用”相关内容时，需要用到物理抽象思维，这也是建模思想的一大重要体现。也就是将非本质和次要的因素忽略掉，将本质的特征和主要的特征有效突出。在解决实际问题过程中对于杠杆平衡条件的应用，首先要进入到实际的问题情境中对相关的杠杆模型进行有效构建，其次要对杠杆的五要素进行挖掘和寻找，做好前面这两步才能够对相关的实际问题进行有效解决。

在体育活动的时候经常会涉及一个健身项目——俯卧撑，如果当一个人做俯卧撑时可以将人的身体视为杠杆，重心为点O，重力的大小为400N。用L1表示人在做俯卧撑时地面对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，问：地面对做俯卧撑的人的双手支持力是多大？针对以上问题，物理老师就可以引导学生通过杠杆模型的构建来进行解决，在老师的点拨下他们都快速地找到了杠杆模型的支点，也就是做俯卧撑的人的脚尖部位。为了能够在初中物理规律教学活动开展过程中，实现建模思想的全面渗透，不断强化学生的建模能力，物理老师也可以在学生得出以上问题答案之后对以上题目进行适当改编。比如物理老师可以要求学生在计算以上问题的基础上在求解地面对做俯卧撑人的脚尖的支持力。这对于缺乏逻辑思维且思维比较固化的学生来说，往往在解答这道题目的过程中，可能会缺乏一定的思路，不知道从何下手。而对于建模思想熟练掌握的学生，他们在解答问题的过程中快速找到新的支点，从而通过杠杆模型的构建找到解题思路和方法，进而高效准确地解决问题。

当然除了杠杆模型思想应用之外，在初中物理规律教学活动开展的过程中，还可以通过构建等效电路图的模型来解决相关的电路问题；可以通过平衡方程的构建对相关的力学问题进行解决。当然要想在相关物理问题解决过程中实现模型的有效构建，需要物理老师在教学实践的过程中不断强化对模型思想的渗透和融入，引导学生对相关的生活情境进行分析，明确相关的物理事实和问题，并通过相关数学工具的应用以及物理模型的构建和运用，实现物理问题的高效解决，促进学生在学习过程中养成模型构建思维方法，提高学生解决物理问题的效率和质量。

（三）通過初中物理实验教学活动的开展实现建模思想的渗透

苏科版初中物理教材中涉及的物理实验内容也比较丰富，其中以物理测量类实验和物理探究类实验为主。实验教学是初中物理教学的重要组成部分。在初中物理实验教学活动开展的过程中，首先老师要结合实验内容提出相关的问题，并鼓励学生根据问题提出相关的假设。然后根据假设对相关的物理实验进行科学设计，最后再根据物理实验结果采取科学的方法分析和处理所得出的数据。这个过程其实就是模型构建的过程。物理老师要充分发挥自身的引导作用，根据具体的物理实验鼓励学生提出一些具有思考和分析价值的问题，确保学生在实验的过程中不受到相关因素的干扰，引导学生对物理实验的每一个步骤和方法进行科学设计，选择适合的数学工具对实验数据进行有效处理。

现阶段初中物理教学活动在实际开展的过程中并没有充分地发挥出实验教学的价值和作用。这主要是由于一些物理老师对于物理实验欠缺正确的认知，导致许多学生不注重物理实验的重要性，对物理实验缺乏一定的兴趣和积极性，大部分学生并没有真正参与到物理实验的整个过程中，而只是以走过场的形式完成自己的学习任务，严重影响了建模思想在初中物理实验教学中的渗透。因此物理老师一定要重视实验教学的重要性，在物理实验教学活动开展的过程中提出一些有价值的问题。因为问题的价值是决定实验探究真假的关键。

在探究平面镜成像规律的过程中，物理老师可以在实验教学活动正式开展之前导入如下问题：

有一个湖，它的深度为10米，一只大雁在离湖面距离为20米的上方位置飞翔。请大家猜一猜大雁在湖中的像的位置。

A.大雁的像在距离湖底为10米的位置处

B.大雁的像在湖中的任意一个位置

C.大雁的像一直在湖面上

D.大雁的像在距离湖面下方的20米处

物理老师在提出以上问题之后，学生都积极针对以上问题进行了热烈的讨论。而且学生还自发地形成了几个观点，并进行了分组讨论。为了能够让学生得出的观点得以验证，物理老师可以组织学生开展实验探究活动，这就有效地激发了学生参与实验活动的积极性和热情，进而在实验探究的过程中不断强化学生对建模思想的认知和应用。

除了以上物理实验之外，初中物理教材中所安排的“比热容”实验，也是模型构建的典型。此实验主要是通过对相关实验数据的分析来得出相关的物理规律，实现对新的物理概念的构建。在具体实验教学的过程中，首先，物理老师要引导学生对水和沙子的吸热能力进行数据分析和对比，然后对“比热容”这一全新的物理概念进行有效建构。这个上建模过程中主要利用的是数学工具——比值，并采用先物理后数学再物理的模式实现了整个新物理概念的建模过程，不仅深化了学生对物理概念的认知，而且还强化了学生对建模思想的应用，进一步拓展了学生的物理思维。

三、初中物理教学中利用建模思想构建物理模型的几种方法

（一）对物理建模的基本情境进行有效构建

为了能够在初中物理教学活动开展过程中培养学生的物理建模思维，需要物理老师引导学生从物理建模思维角度对相关的物理知识进行自主探索和学习，促进学生对物理建模思维进行灵活掌握和深度认知。首先物理老师要引导学生对建模思想进行学习和认知，对建模的概念以及作用和价值进行了解，吸引学生对建模思想进行主动应用和学习，寻找相关的物理变量，并通过实验探究活动的开展对相关的物理变量关系进行有效明确。目前，大部分初中物理老师在落实教学活动的过程中依然采用传统的传输性的教学模式，只是将相关的物理知识详细地讲解给学生，虽然学生能够吸收到一定的物理知识，但是他们对物理知识的理解只停留在表面层次，并没有了解到相关的物理原理，无法实现对物理知识的主观认知。通过对物理建模基本情境有效构建，有助于强化对物理建模思想的渗透，培养学生的物理建模思维，这样才能帮助学生进行深入探究，深化学生对物理知识的主观理解和认知。

（二）采用抽象建模法实现物理模型的有效构建

虽然物理知识反映的是一些日常生活现象，但是它具有很强的抽象性特征，对思维能力正在发展的初中生来说理解起来可能具有一定的难度。为了能够实现建模思想在初中物理教学中的有效渗透和应用，物理老师可以带领学生采用抽象性建模法对物理模型进行有效构建，首先，物理老师要引导学生明确物理的使用情境，根据物理使用的具体条件，对相关的物理逻辑规律进行合理构建，然后根构建的物理逻辑规律寻找最科学的解决方法。这种物理模型的构建方法能够帮助学生在分析物理问题和具体条件的过程中寻找相关的解题思路，进而对相关的知识要点和物理问题进行快速有效地掌握，提高了学生学习的效率和质量，拓展了学生的物理思维。

（三）利用相似建模法实现对物理模型的有效构建

在建模思想渗透的过程中，相似建模法的有效应用首先需要老师引导学生统计分析所学习的相似的物理知识和内容，并对这些知识和内容中存在的同质特点进行总结和归纳。然后采用科学的方法从物理的使用环境中抽离出这些同质特点，并构建相关的物理模型。以上建模思想的有效应用，能够帮助学生在解决类似物理问题的过程中应用该物理模型对物理问题的解决方法进行寻找和探索，有效强化了学生的物理建模思维。

（四）利用概括建模法实现物理模型的有效构建

概括建模法在初中物理教学中的有效应用主要解决的是一些相似性的物理问题。首先物理老师引导学生进入到真实情境中，并在情境中抽象概括相关的物理科学知识，最后实现物对理模型构建的过程。因此概括建模的过程也是对相关物理概念和知识点抽取的过程，在建模的过程中要求学生能够准确把握相关的环境和要素。比如物理老师在引导学生研究“点电荷和周围形成电场分布”相关内容的过程中，可以从物理使用场景中抽离出抽象的磁场知识，然后根据带电体所处的相对环境以及自身所具有的体积和形状对相关的物理概念和知识点进行深入研究，最后得出电荷的分布会直接受到带电体体积和形状的影响。

综上所述，在初中物理教学活动开展的过程中建模思想的有效渗透有着非常重要的价值和意义，物理老师要引导学生意识到建模思想的应用对于物理知识学习的重要性，将建模思想渗透到物理概念教学、物理规律教学以及物理实验教学的全过程中，不断深化学生对建模思想的应用，帮助学生形成物理建模的思维方法，培养学生的物理核心素养。

参考文献：

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[2]叶海明.初中物理教学中渗透建模思想的探究[J].新课程导学， 2018（23）：94.

[3]吴弟斌，李游菊.基于学习进阶的初中物理建模教学[J].中学物理（初中版），2022，40（6）：21-24.

（责任编辑：姜波）