转变教学观念，重视学生“模型思维”培养

在物理建模能力的培养中，“专业知识”和“元建模知识”诚然很重要，但相比起来，“模型思维”更重要。模型思维是最能体现物理建模能力不同于化学、生物、天文建模能力的要素指标。每个学科的模型思维都具有各自领域的独特性，例如，物理模型思维强调个体要具备描述对象、描述运动、描述相互作用，解释变量，寻找运动公式，明确初始和约束条件，建构模型，验证模型的思维路径和相应的建模策略。而化学模型思维则要求个体具备从分子式、结构式到空间分子结构，再到对空间分子结构的化学理解的思维路径和相应的建模策略。如果把“专业知识”和“元建模知识”比作用于盖房子的建筑材料，那么，“模型思维”就是房子的钢架结构。

因此，在物理课堂教学中，教师应及时转变教学观念，不要总把目光聚焦在讲授基本物理模型上，而是要不断培养学生的模型思维，帮助学生逐渐形成有条理的建模路径，提高学生建模策略的应用能力。要培养学生的模型思维，就要求教师分析、探寻基本模型间的关系，并深入挖掘在基本模型基础上建构复杂物理模型的建模机制，以便于设计出符合学生建模认知发展规律的教学过程，不断地帮助学生理顺建模思路，逐渐发展学生的物理建模能力。很多物理模型间存在着紧密的逻辑联系，例如，在高中物理光学模块涉及“光的直线传播”“光的反射与折射”“光的干涉与衍射”“光的色散与偏振”这几个基本物理模型。“光的直线传播”是在光学模块中学生认识光的其他性质与原理的基础，可以说是基本模型中的基本模型，它对“光的反射与折射”模型的建立影响最大，它同“光的反射与折射”模型一起影响“光的干涉与衍射”模型的建构，但它的直接作用和影响小于“光的反射与直射”模型。对“光的色散和偏振”模型建立影响最大的是光的干涉和衍射模型，其他模型的直接影响较小。从这个光学模型间的关系及发展路径可以看出，学生光学模型建构的一条主线是从“光的反射与折射”到“光的干涉与衍射”再到“光的色散与偏振”。而其中，“光的反射与折射”模型是这条路径的基点，教师的教学过程中应该重视基点上的基本模型的教学。教师确定了中学物理所涉及的基本物理模型，并清晰了这些模型间的关系，掌握了它们如何共同构建新的问题解决模型的机制之后，教师的建模教学思路会更加清晰，进而能够更好地引导学生发展建模思路。我们认为，培养学生的模型思维是培养学生物理建模能力中最重要的一步，没有模型思维，学生即使掌握再多的“专业知识”和“元建模知识”也是一盘散沙，无法成形。