物理建模是物理学家进行物理学研究以及人类认识物质世界的重要活动,研究纵观国内外学者对物理建模或科学建模概念的界定,梳理后发现可以分为三类:1.将物理(或科学)建模理解为一种重要的科学实践活动。2.将物理(或科学)建模视为抽象和简化研究对象的过程。3.将物理(或科学)建模定义为一种科学思维方法或科学教育方法。
从科学教育的视角,将物理或科学建模定义为一种科学实践活动。美国的《K-12框架》明确地将科学建模定义为科学实践。在这个科学教育框架中,其核心关键词由《国家科学教育标准(1996)》中的“科学探究”转变为“科学实践”,从对学生探究能力的培养转向对科学实践能力的培养。《K-12框架》定义了8种科学实践以帮助学生有效地学习核心概念,而“建立和使用模型”被认为是8种实践中最为重要的科学实践活动,它贯穿于其他七种实践活动之中。可见,将建模定义为一种科学实践体现了科学教育者希望扭转科学课堂教学活动模式化倾向的意愿和所做出努力。
从心理学视角,将物理或科学建模定义为对研究对象进行表征的过程。将建模定义为表征过程的研究者最多,从“过程”一词前面的定语可以看出,不同研究者由于研究目的、研究视角、理论立场的不同,对建模过程的关注点也不同。将物理建模定义为“问题解决过程”的论文,大多是聚焦学生建立模型解决问题的过程;将物理建模定义为“问题描述或表征过程”的研究,大多关注的是物理模型表征方式的研究,例如图形、数学符号表征等;将物理建模定义为“创造性活动过程”的研究,大多是从建模对创新能力培养的价值和意义的视角探讨建模教学的。(www.daowen.com)
从科学学的视角面,物理或科学建模被视作是一种科学思维方法。物理的特点就在于“物”和“理”,“物”讲的是事实证据,而“理”则是理性思维,强调的是物理学要以思维为中心,在具体的原始问题情境下通过理性思维抽象并建构物理模型,进而升华为物理理论。当然,作为方法论意义的建模并不能反映建模的全貌,建模不仅仅是科学思维,更是现代科学哲学的核心研究内容,同时,建模也是一个系统的工程,需要研究者经历复杂的模型建构历程。
物理学、生物学、化学和地球科学是公认的稳定的自然科学子学科,建模是这些学科基体共同的重要元素。然而,由于学科性质的差异,各学科的建模实践活动也具有各自的领域独特性。就物理学科的建模实践活动而言,我们认为“物理建模”是个体建构物理模型,并形成用物理模型解释和预测现象的科学思维能力的科学实践活动。
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