目前，国际上系统性较完备的科学建模能力结构模型是美国密歇根州立大学的专家针对中小学生提出的科学建模能力结构理论。该专家在理论思辨的基础上，根据“建模过程模式”理论提出了科学建模能力结构模型，她认为个体在科学建模实践活动中，不仅要具备一定的建模实践能力，还要具备对模型和建模本质清晰的认识和理解。所以，科学建模能力是学生从事科学建模实践的结果，应由“建模实践能力”和“元知识”两部分构成。

其中，“建模实践能力”又包含四个核心子能力—模型创建、模型应用、模型比较和模型修正能力，这些是学生实现基于模型的探究学习的关键。“元知识”由建模过程的“元认知知识”和“元建模知识”两部分组成。建模过程的“元认知知识”是指学生明确描述和反思建模过程中主要步骤的能力，而“元建模知识”是学生掌握的与模型和建模本质相关的知识。该专家的科学建模能力结构模型强调对模型本质的学习，开创性地将模型和建模本质的知识纳入建模能力构成要素的先河，在这一点上她超越了前人只关注建模实践技能而忽视科学本质认知能力的缺陷，其后续研究又发现科学建模本质的知识与科学探究能力间存在强相关性。因此，她建议将元建模知识作为建模教学的一部分纳入科学课程中，即在建模课程中加一个“元建模”层，以确保学生不仅能开发科学模型，还能准确认识模型本质，这对学生发展准确的、丰富的建模认知是十分有益的。

研究认为，该专家依据哲学、心理学等相关理论构建的科学建模能力结构模型有较强的系统性和逻辑性。关于建模能力宏观上的分类，按照知识与技能，将其分为建模实践能力和元知识，在建模实践能力中又依据建模过程模式，将建模实践能力分为模型建构、模型应用、模型比较和模型修正四个子能力。元知识则是从哲学和认知科学领域中“认识任何事物都包括认知与元认知”的思想中寻找分类的原则，将元知识又分为元建模知识和元认知知识两部分。通常而言认知就是“认”和“知”相统一的“知与行”的过程，在该专家的建模能力结构中，把“行”的部分归到了建模实践能力中，而将对模型和建模本质的知识留在元知识中。元认知知识是指对建模过程认知的知识，是关于自身如何参与和调节建模实践过程的知识。该专家的科学建模能力结构模型理论具有扎实的理论基础，且能力结构的逻辑清晰，是目前国际上最具影响力的科学建模能力结构理论。该结构模型的建立之后，已经成为学术界引用和借鉴最多的科学建模能力结构模型。(www.daowen.com)

文章参考和借鉴了科学建模能力结构模型，将“元建模知识”纳入到物理建模能力构成要素的框架中。与研究不同的是科学建模能力结构是针对综合科学而非具体学科的建模能力，对于物理建模能力构成要素框架的构建还要考虑物理学科属性、物理建模活动的特征以及物理建模对象的个性等，不能“拿来主义”照搬照抄，而应借鉴其有益的部分。