用圖形說話

張俊華

摘 要：“建模能力”在眾多的學(xué)科領(lǐng)域都是適用的，在初中科學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)中運(yùn)用這種能力對提高學(xué)習(xí)能力同樣效果顯著。學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中，就可以運(yùn)用這種模型去解決具體的學(xué)習(xí)問題，或是進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：“建模能力”；自主學(xué)習(xí)；主動學(xué)習(xí)

長期以來，在初中科學(xué)教學(xué)中存在著這樣的問題：知識教條僵化，學(xué)生缺乏提出問題、分析問題、解決問題的能力。所以教師在平時的教學(xué)中，要既傳授學(xué)科的基礎(chǔ)知識，又教給學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力?！敖Ｄ芰Α本褪瞧渲锌茖W(xué)而高效的方法之一。

所謂“建模能力”，就是在占有大量知識資源和信息的基礎(chǔ)上，通過對知識的深入分析，找到知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建知識體系，通過反復(fù)歸納研究，形成規(guī)律性認(rèn)識，建立起一種知識學(xué)習(xí)模型。學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)過程中，就可以運(yùn)用這種模型去解決具體的學(xué)習(xí)問題，或是進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

“建模能力”在眾多的學(xué)科領(lǐng)域都是適用的，在初中科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中運(yùn)用這種方法同樣效果顯著。那么，“建模能力”是怎么使用的呢？教師要做什么？學(xué)生要他們做什么？怎么做？筆者認(rèn)為，課堂教學(xué)過程設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)應(yīng)在于讓學(xué)生大多數(shù)參與進(jìn)來。通常建模能力在學(xué)習(xí)和應(yīng)用中的一般程序?yàn)椋骸靶畔ⅰ！饽！媚！滦畔ⅰ?。筆者就結(jié)合多年的教學(xué)具體事例，側(cè)重通過圖像模型在科學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用，簡要解析如下。

一、挖掘教材資源，巧妙建立模型

七年級的學(xué)生，由于剛剛接觸比較抽象的概念，對物質(zhì)三態(tài)，六個物態(tài)變化的過程名稱及吸放熱情況容易混淆。教材使用了比較直觀的圖形模型。我們稱它為“金三角”。具體如下圖所示：

建立模型：物質(zhì)通常共有三種狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。三種狀態(tài)之間有六種物態(tài)變化，分別是熔化和凝固、汽化和液化（凝結(jié)）、升華和凝華。其中吸熱的有：熔化、汽化和升華；放熱的有：凝固、凝結(jié)（液化）和凝華。學(xué)生對這六種物態(tài)變化過程以及吸放熱情況非常容易混淆。筆者學(xué)生建立圖形模型如下：物態(tài)變化過程中，凡是有“凝”字的都為放熱變化，那么其他三種為吸熱變化。模型中的雙向箭頭表示三種物質(zhì)之間互相都可以轉(zhuǎn)化。對七年級的學(xué)生來說，這個模型的建立，把抽象的概念轉(zhuǎn)化成了具體的圖形，大大降低了記憶上的難度，也提高了知識掌握的準(zhǔn)確性。

在九年級上冊，學(xué)生在短時間內(nèi)迅速接觸了酸、堿、鹽的知識。對于這些內(nèi)容的核心知識，在短時間內(nèi)很容易混淆和遺忘，學(xué)生的知識掌握情況也不理想。那么，有沒有類似的圖形模型，來幫助學(xué)生理解和記憶呢？利用酸、堿、鹽之間可以兩兩發(fā)生反應(yīng)，我們建立了圖像模型如下，并稱之為曖昧“三角戀”。

建立模型：常見的酸、堿、鹽互相之間都可以發(fā)生應(yīng)，在一定的條件下可以相互發(fā)生轉(zhuǎn)化。

例如，酸可以跟堿反應(yīng)生成鹽和水，也可以跟鹽反應(yīng)生成新的酸和新的鹽。用化學(xué)方程式表示如下：

HCl+NaOH=NaCl+H2O；2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑

又如，堿可以跟酸反應(yīng)生成鹽和水，也可以跟鹽反應(yīng)生成新的堿和新的鹽。用化學(xué)方程式表示如下：

NaOH+HCl=NaCl+H2O；2NaOH+CuCl2=Cu（OH）2↓+2NaCl

同樣，當(dāng)堿同時遇到酸和鹽時，反應(yīng)雖都能進(jìn)行，但它們也是有順序的。即堿先與酸反應(yīng)，再與鹽反應(yīng)。例如，往H2SO4和CuSO4的混合溶液中滴加NaOH，開始沒有明顯現(xiàn)象，再有藍(lán)色沉淀生成。具體原理用化學(xué)方程式表達(dá)如下：先H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O，后CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4。

綜上所述，酸、堿和鹽之間的曖昧“三角戀”是有一定隱含條件的，它比物質(zhì)的三態(tài)變化模型稍微復(fù)雜。

二、利用錯誤資源，認(rèn)真研究模型

在學(xué)生初步認(rèn)識了圖像模型的作用后，他們學(xué)會逐漸建立之間的模型。在這個過程中，難免會發(fā)生錯誤。這時，我們教師應(yīng)該正確看待。我們完全可以利用錯誤資源，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真研究模型，并在此基礎(chǔ)上建立屬于之間的正確模型。

例如，在九年級上冊的第三章，學(xué)生接觸了溫度、內(nèi)能和熱量三個概念之后，非常容易混淆。而且在應(yīng)用過程中經(jīng)常張冠李戴，對概念的內(nèi)涵含糊不清。究其原因，是學(xué)生對基本概念以及概念之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)沒有明確。理清這三個概念的關(guān)系，重點(diǎn)解釋這六句話。溫度與熱量的關(guān)系：（1）物體吸收熱量，溫度不一定升高；（2）物體的溫度升高了，不一定是由吸收熱量引起的；熱量與內(nèi)能的關(guān)系；（3）物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加；（4）物體的內(nèi)能增加了，不一定是由吸收熱量引起的；溫度與內(nèi)能的關(guān)系：（5）物體的溫度升高，內(nèi)能一定增加；（6）物體的內(nèi)能增加，溫度不一定升高。這樣的解釋，學(xué)生還是容易混淆。但是在建立模型之后，效果就不一樣了。跟酸堿鹽的曖昧“三角戀”不同，我們稱之為另類“三角戀”。

較之第二個模型不同，圖形中的橫線代表兩者之間的關(guān)系是不一定，而箭頭指向代表兩者之間是一定的。也就是說它們?nèi)叩年P(guān)系歸納為六條，具體的不一定解釋如下：（1）物體吸收熱量，溫度不一定升高（晶體熔化時，吸收熱量，溫度保持不變）；（2）物體的溫度升高了，不一定是由吸收熱量引起的；（當(dāng)外界對物體做功是，物體溫度升高）；（3）物體的內(nèi)能增加了，不一定是由吸收熱量引起的（還可能是由外界對物體做功引起的）；（4）物體的內(nèi)能增加，溫度不一定升高（晶體熔化時，內(nèi)能增加，但溫度保持不變）。這樣，通過又一個三角形模型的建立，很好地解決了學(xué)生對概念掌握不清的問題。

三、對比新舊資源，適時應(yīng)用模型

那么，圖形模型的建立，是不是一勞永逸的呢？顯然，這是不成立的。因?yàn)?，在不同的科學(xué)概念應(yīng)用過程中，總會有不同的問題與解釋。在九年級上冊的第四章《代謝與平衡》中，學(xué)生對糖類、蛋白質(zhì)和脂肪三類營養(yǎng)素的相互轉(zhuǎn)化容易混淆。簡單地說，它們?nèi)叩南嗷マD(zhuǎn)化關(guān)系為：三者都可以為人體提供能量。先后順序?yàn)椋禾穷?、脂肪、蛋白質(zhì)。糖類和脂肪何以互相轉(zhuǎn)換，蛋白質(zhì)可以轉(zhuǎn)化成糖類和脂肪，糖類可以合成部分蛋白質(zhì)。由于有以往三個概念之間的圖形模型，學(xué)生很容易聯(lián)想到了三角形模型。顯然，新舊資源之間肯定存在不同。通過對比，學(xué)生建立了圖形模型如下：

對比以前的圖形模型，箭頭代表可以轉(zhuǎn)化，橫線代表不能轉(zhuǎn)化。這個模型的主要難點(diǎn)是如何解釋脂肪不能轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。應(yīng)用我們?nèi)梭w當(dāng)中的具體例子就是：當(dāng)一個人長時間的節(jié)食會導(dǎo)致消瘦很多，主要原因是脂肪轉(zhuǎn)化成了糖類和蛋白質(zhì)；當(dāng)一個人長時間食用糖類豐富的食物會變胖，主要原因是糖類轉(zhuǎn)化成了脂肪；當(dāng)一個人減肥成功后并沒有變得肌肉發(fā)達(dá)，主要原因是脂肪不能直接轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。從元素的角度分析，蛋白質(zhì)比脂肪多了一種氮元素，所以，脂肪不能轉(zhuǎn)化成蛋白質(zhì)。學(xué)生通過對一系列的模型建立，逐漸學(xué)會了建立模型的方法。而這些方法為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的能力基礎(chǔ)。

“建模能力”注重培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)（思維的廣闊性、深刻性、獨(dú)立性、敏捷性、靈活性、邏輯性、創(chuàng)新性），提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力（理解能力，應(yīng)用能力，創(chuàng)新能力）。學(xué)生通過對知識模型的解模和研究，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)知識和運(yùn)用知識的能力，提高了學(xué)習(xí)效率。同時，也促進(jìn)了教師在教學(xué)活動中角色的轉(zhuǎn)換，由通過講授型傳遞知識轉(zhuǎn)換為通過互動型傳遞方法和技能，提升了教師的教學(xué)理念。

編輯 韓 曉