初中生物理模型建构能力探析

聂卓丹 曾镇滔

摘 要：随着社会发展需要，模型建构能力作为物理学科核心素养的关键因素之一，学生的物理建模的能力应该被关注。文章通过问卷发放的形式调查了江门市两所初中生物理模型建构能力，从四个维度了解目前初中的物理建模的现状，根据结论提出了一些改进措施。

关键词：初中物理；核心素养；物理建模

一、模型建立与初中生建模的问题

《义务教育物理课程标准（2022年版）》中提出的课程理念是：义务教育物理课程要面向全体学生，培养学生的核心素养。而核心素养的内涵包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。模型建构属于科学思维的关键所在。由此可见在核心素养视角下，初中生的物理模型建构能力应该被关注，在教学中发展模型建构能力也是初中物理的课程目标。

然而，在初中生的建模过程中存在一些问题。首先，教师在课堂教学中可能不够善于归纳和总结，导致学生对于经典物理模型的掌握不够全面。其次，学生对于物理模型的适用条件和适用范围的认识可能不够清晰，无法将物理模型恰当地应用到新的问题中。为了解决这些问题，教师在教学中应注重物理模型的构建。通过引导学生构建物理模型，教师能够帮助学生掌握科学的学习方式，提高他们的自主学习能力。

二、初中生建模能力的调查研究过程与方法

（一）研究对象

本次研究以江门市两所中学八、九年级学生为调查对象。发放填写930份问卷，回收930份问卷，其中去除11份无效问卷，919份有效问卷。具体分布如图1。

其中调查内容也包括对学生物理学习成绩的大致了解，具体分布如图2。

（二）研究方法

本研究利用问卷对学生的个人基本情况、知识基础、教学情况、课后物理学习四个维度进行考察。问卷设计题量适中，调查内容简明。具体问卷见附录。对于问卷数据统计分析主要采用Excel表格和SPSSAU在线分析。

三、调查数据结果分析

（一）学生物理模型建构知识基础维度

本维度共有四小题，分别是“何谓物理模型”“在下列名词中选出物理模型”“有关浮力的两个物理公式区别”“学习某些需要模型构建知识点时遇到的困难”，前两题为多选、后两题为单选。由数据可得，在本维度上接受调查的各阶段学生（年级、城乡）没有明显的差异。

（二）对物理模型概念的意义和认识

调查表明，有超过八成的学生对物理模型的定义是有所了解的。但学生在了解物理模型的定义的基础上，对物理模型的具体内容和各模型的区别就知之甚少。学生所认为的“物理模型”如单摆撞击、小船渡河实质上是由基本物理模型组合成的抽象化的“物理题型”，而新课标中提到的物理模型属于基本物理模型，这就存在一个认知冲突。同时，调查还表明学生对物理概念里的决定式和定义式区别还是比较了解的。想让学生达到这个程度离不开教师上课时对阿基米德原理和浮力产生原因加以讲解，学生理解这两个概念后，很容易区分开两个公式。

（三）有关物理模型建构教学情况维度

学生在学习物理模型时，往往需要将形象的现实场景转化为抽象的数学符号和公式，这对于初学者来说是一个较大的挑战。因此，在建立物理模型的过程中，需要教师引导学生通过大量的现实对象来增加学生对模型的直观感受，帮助学生更好地理解和掌握物理规律。学困生对于基础知识上的掌握情况也不够，这可能是因为这些学生在学习过程中没有充分理解抽象的物理概念，或者没有掌握相关的数学知识和技能。随着技术的发展，上课时教师会利用多媒体进行教学，以提高课堂教学的效率和趣味性是很普遍的。多媒体教学可以通过图像、动画、视频等形式来呈现物理概念和规律，帮助学生更好地理解和记忆相关内容。研究还表明，上课时创立一些具体直观的情景会影响学生的物理成绩。因此，教师应该注重物理情景的构建，帮助学生更好地理解和应用物理规律，提高学生的学习兴趣和学习成绩。

在实际教学中教师对实验的重视程度是不够的。从问卷统计结果看出很多教师仅以口头描述和画图进行物理实验讲解，对课标的演示实验和学生的实操实验重视不够。

教学中教师在教授相关模型时，对实验不够重视的原因主要有以下几点：1. 认为实验过程不重要，只要求学生记住实验结果，在做题时不出错即可；2. 学校条件不允许，实验设备不充裕；3. 课时紧没有足够的时间让学生自己动手做实验。

笔者根据以上问题，提出如下建议：首先，对于常考的重要物理实验，可以专门安排时间，尤其是课表列出的重点实验，让学生去实验室亲手操作是很有必要的。这样能够让学生亲身体验实验过程，增强他们对物理规律的理解和记忆。其次，如果课时比较紧张，在课堂中有老师进行实验演示也是很有必要的，通过实际操作和观察，帮助学生更好地理解物理概念和规律。这样可以弥补学生无法亲自操作的不足。另外，当一些客观条件不允许时，可以利用身边的有效資源，教师制作一些小物理道具进行演示。这样可以让学生通过观察和参与，更好地理解实验原理和结论。

（四）课后物理模型建构学习维度

研究表明，超过半数的学生希望或者倾向老师能够详细地讲一道题，并且写下详细的解题过程。但是对于题目的解决方法，解决思路和模型建立的过程不是很关心，只是着眼于把老师的答案和过程照抄下来。显而易见这样对学生的思维发展和独自求解的能力是不好的。如果在讲解时要求学生认真听，讲解结束留出一些时间，让学生记录关键点。在课下时，学生可以在错题本上对题目进行总结和反思，整理好题目和解题过程，这样可以帮助更好地提高学习效果。

根据第14题的调查结果，发现课下总结的学生只占3成。从不同学习层次的横向对比可看出，学生的成绩和课后总结复习是成正相关，而总结复习也是掌握物理基本知识点和了解物理模型构建、模型间联系的重要步骤。

第15题数据表明物理成绩越好的学生越习惯于在生活中利用已知的物理知识去解决遇到的物理现象。

第17题关于学生审题习惯的调查中，选A的占39.06%，选B的占16%，选C的占28.4%，选D的占16.54%。研究结果表明，学生经过一定程度的训练强化后，能够按照步骤先浏览题目，从知识库里搜寻出题目所涉及的物理模型再进行求解。

四、结论

1. 从学生层面来看，经过一段时间的学习和训练后，大部分的学生对物理模型有初步认识，但是对具体模型的内容及分类处于一个认知相对模糊的阶段。这点在对物理公式的认识上包括公式的来源和具体含义体现得尤为明显。在学完新知后，学生没有总结的习惯，没有建立基础知识和建立模型之间的联系，这导致在解决物理题目时审题不清，不能充分挖掘出题目中的有效信息，联系到已学习的物理模型。

2. 从教师层面来看，因为课时等一些原因，教师在上课时对物理实验的重视程度不够，教授物理模型相关内容时可以利用多种方法，比如利用多媒体或演示实验创建具体的物理情境让学生先有个感性的认识。

五、教学建议

（一）将物理建模与生活现象相结合

为了加强学生的物理模型建立能力，首先我们的教学不能脱离生活实际。在日常教学中通过有目的、有计划地引导学生观察生活中的物理现象，在课堂上演示实验也可以通过自制教具来实现。例如，在连通器的教学中，一把茶壶、一个水位计等物体，这些观察可以为学生建立模型提供可靠的基础。通过这样的实践，学生可以更好地理解物理模型及模型的建立过程。在教授人教版八年级下册“简单机械”时，生活中的工具或器械让学生进行分析和比较。通过这样的观察和分析，学生可以抽象出“杠杆”这一物理模型。这种实践可以帮助学生更好地理解物理模型的本质和应用。通过分析比较这些直的、弯曲的工具或器械，总结出其共同的特征：①坚硬，在使用时不会发生变形；②尽管有的固定点在一端，有的固定点在中部，但在力的作用下都能够绕固定点旋转。

（二）关注情景式教学模式

在具体的教学情景中培养学生的建模能力是一个有效途径。例如，在研究真空不能传声的课本演示实验时，我们在实验时无法实现真空的环境，只能通过玻璃罩内空气越来越少，声音越来越小的现象推理出“真空不能传声”这一结论。这为实验结果分析及相关问题的解决提供了基础；在学习电学时，把接入电路的电流表看作是一个阻值接近于0的导线，把电压表看作开路，给实验研究和设计带来极大方便，简化了相关的实验。

（三）加强非认知能力培养

在教学过程中，让学生照搬课本的物理概念和规律是不可取的，而是要创设适当的物理情境，有计划地引导学生去探究物理公式的推导过程和对知识点进行溯源。这样学生在探究问题的过程中不仅能够掌握知识，还能够学会和领会物理建模的思维方法。这种探索式的学习方式可以激发学生的学习兴趣，培养他们的探索精神和创新能力，并要求学生在研究问题时比较专注，在碰上难题时能冷静地分析思考。这也是教学中培养学生重要能力的一环。

附录

中学生物理模型学习调查问卷

1. 你所在的年级是？

A. 八年级      B. 九年级

2. 你所在的学校地处？

A. 城市        B. 农村

3. 你的性别是？

A. 男          B. 女

4. 你的物理成绩如何？

A. 上游        B. 中上游

C. 中下游      D. 下游

5. 你认为物理模型是什么？

A. 生活中的实际物体和实际过程

B. 物理学中的一种常用的解题方法

C. 一种特殊的物理题型，如“单摆模型”

D. 对实际物体、物理过程突出本质的简化

6. 你觉得下面哪些属于物理模型？（多选）

A. 点光源        B. 斜面

C. 轻质杠杆      D. 电流表

E. 光滑平面，不计摩擦

7. 你认为两种求浮力的方法F浮＝F向上－F向下，F浮＝ρ液gV排有区别吗？

A. 都是数学公式，得出的数据相同，没有区别

B. 不相同，一个是浮力的产生原因，一个是阿基米德原理

C. 不相同，两个求出来的结果可能不同

D. 不知道这两个公式有什么区别

8. 你学习安培定则、匀速直线运动、物体浮沉条件等知识点时，有哪些困难？

A. 没有困难

B. 第一次接触这些知识点时，觉得抽象不好理解

C. 不清楚这些知识点的建立目的和重要性

D. 记不住定义、适用条件、特征

9. 老师在上课或讲解练习时，有没有构建物理情景？

A. 经常      B. 偶尔

C. 从来没有      D. 不清楚

10. 老师上课会利用多媒体教学吗？

A. 经常      B. 有时

C. 偶尔      D. 从来没有

11. 上课时，老师采取的物理实验教学的方式主要是？

A. 老师通过口头或画图描述来讲解实验过程和原理

B. 看實验视频，之后对学生讲解实验过程和原理

C. 老师演示实验，同时对学生讲解实验过程和原理

D. 在老师的指导下，学生自己动手做实验

12. 你喜欢怎样的知识巩固方式？

A. 老师快速讲解知识，剩余大量时间做题巩固

B. 老师细致地讲解知识的来源、定义、条件、特征，再做少量题巩固

C. 经过考试等检测手段后，发现自己的不足，再有针对性的巩固

D. 自己画出知识框架，逐步根据知识点复习

13. 教师在讲解题时，你的笔记主要记录哪些内容？（多选）

A. 题目所涉及的主要解题过程

B. 题目所属物理模型及普遍解法

C. 做题心得及总结

D. 题目所涉及的分析问题的方法

E. 题目用到的公式

14. 学完一章节之后，你是否会做本章的物理模型小结？

A. 肯定要做

B. 想做，没时间

C. 偶尔能想起来去做

D. 从来没做

15. 你会用物理知识去分析生活中所遇到的物理现象吗？

A. 经常      B. 有时

C. 偶尔      D. 从来没有

16. 你在解决物理问题时，你的困难来自于什么？

A. 读不懂题目的意思

B. 虽能读懂题目的意思，但想象不出物理情景和物理过程

C. 忘记公式

D. 不确定想到的公式是否适用于本题

E. 找不出题目的隐含条件

F. 篩选不出有用信息和无用信息

17. 下列关于审题的习惯，哪一项与你最接近？

A. 先认真读题，仔细画好受力分析图和运动过程图，再从宏观上确定解题模型

B. 回想这个问题和老师讲过的哪道题类似

C. 先从宏观上大致确定这是一个什么问题，应建立何种物理模型，再去具体分析和解题

D. 先写出题目中可能涉及的公式，再将公式一一套入题目中，进行筛选

参考文献：

［1］黄朝亮.核心素养视角下物理模型构建教学初探［J］.当代旅游，2018（11）.

［2］郭玉英，张玉峰，姚建新.物理学科能力及其表现研究［J］.教育学报，2016（04）.

［3］毕晓微.对高中学生物理建模能力的调查及其培养策略［D］.南昌：江西师范大学，2019.

［4］刘思宏.基于初中原始物理问题的物理建模能力培养研究［D］.上海：上海师范大学，2019.