支架式教學(xué)提升高中生物理建模能力的策略

仇振輝

【內(nèi)容摘要】高中生物理建模能力培養(yǎng)是中學(xué)物理教學(xué)研究的重要內(nèi)容，歷來受到大家的重視。支架式教學(xué)以建構(gòu)主義理論和最近發(fā)展區(qū)理論為指導(dǎo)，把教學(xué)過程比喻為教師在學(xué)生的已有能力和要求達(dá)到的能力之間搭上腳手架，讓學(xué)生自己沿著腳手架攀爬到既定目標(biāo)。支架式教學(xué)提升高中生物理建模能力具有理論的優(yōu)越性和實(shí)踐的可行性，其著眼點(diǎn)可以放在針對(duì)建模流程設(shè)置支架上，如在建模情景創(chuàng)設(shè)中設(shè)置引入支架，模型假設(shè)建立中設(shè)置探索支架，模型檢驗(yàn)修正中設(shè)置交流支架，模型拓展升華中設(shè)置總結(jié)支架。

【關(guān)鍵詞】支架式教學(xué)?高中生物理?建模能力

一、情景分析能力：信息的提取能力，問題呈現(xiàn)能力

學(xué)生在建立物理模型時(shí)所遇到的第一個(gè)問題就是信息的提取問題。許多學(xué)生建模困難就是因?yàn)樾畔⒌奶崛∧芰Ρ容^差。面對(duì)一個(gè)實(shí)際的復(fù)雜問題情境，無從下手，不知道如何提取有效信息。原因在于所研究事物通常不是只有一方面的特征，不同方面往往都有不同的特征，如果不能有效的甄別主次矛盾，便不能提取有效信息。

措施：通過支架來引導(dǎo)學(xué)生掌握抽象與概括、近似與忽略等方法，來提升信息的提取能力。抽象是指從眾多的事物中抽取出共同的、本質(zhì)性的特征，而舍棄其非本質(zhì)的特征。概括則是把抽象出來的本質(zhì)屬性推廣到具有這些屬性的所有事物上。抽象和概括能分清主次矛盾，把和所研究的問題無關(guān)的特征排除掉，只保留對(duì)所研究問題取關(guān)鍵作用的本質(zhì)特征。從而使有效信息正確提取，物理模型逐漸清晰。如引導(dǎo)學(xué)生建立質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷模型，可以提供情景支架，引導(dǎo)學(xué)生思考，如計(jì)算比較人步行和騎自行車的平均速度時(shí)，通過問題支架引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)體積大小在相對(duì)位移很小，對(duì)研究的問題沒有影響的情況下，是可以忽略的，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生得出，在這樣的條件下，就可以忽略物體大小和形狀，保留質(zhì)量這個(gè)關(guān)鍵特征，在抽象和概括下建立質(zhì)點(diǎn)的概念，點(diǎn)電荷則是忽略大小和形狀，保留帶電量這個(gè)關(guān)鍵特征。再如求跳水運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)上騰空到落水的時(shí)間，如把人抽象成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，問題就簡(jiǎn)化為一個(gè)豎直上拋運(yùn)動(dòng)，處理起來就方便了，否則就會(huì)無從下手。在這里，近似和忽略也是提升信息提取能力的重要方法。如果不采用近似和忽略的方法，就會(huì)因?yàn)楦蓴_因素太多而無法提取有效的信息，導(dǎo)致建模失敗。

二、模型表征能力：?jiǎn)栴}數(shù)據(jù)的圖像化能力

學(xué)生的數(shù)據(jù)圖像化能力通俗的講就是學(xué)生的作圖能力，包括作情景圖，受力分析圖，過程分析圖，二維關(guān)系圖，三維關(guān)系圖等等。作圖的過程就是審題的過程，就是分析與綜合的過程，就是抽象思維形象化、直觀化的過程，往往圖作對(duì)了，題也就能解了。這里涉及到畫圖的能力，分析與綜合的能力，直觀思維能力，邏輯思維能力。學(xué)生的問題有兩個(gè)，首先一個(gè)就是沒有作圖意識(shí)，或者作圖意識(shí)淡薄，想不到要作圖來幫助分析，只是覺得無從下手。第二個(gè)就是想作圖而作不出，或作錯(cuò)了，這就涉及到信息的提取能力，學(xué)生覺得信息太多太亂，抓不住重點(diǎn)和關(guān)鍵，為一些次要因素所干擾，在本應(yīng)忽略的細(xì)節(jié)上耗費(fèi)腦力。抽象與概括，分析與綜合能力不到位。

措施：這里首先要利用建議支架來提示學(xué)生作圖，多次重復(fù)后使學(xué)生養(yǎng)成作圖的習(xí)慣，從而培養(yǎng)良好的審題能力，分析與綜合能力。然后利用一些范例支架給學(xué)生提供樣板，例如跳水運(yùn)動(dòng)員從騰空到落水的時(shí)間。把運(yùn)動(dòng)員抽象成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，然后畫出豎直上拋的示意圖，即重心位置的變化圖，即可以利用豎直上拋的規(guī)律順利求解了。

三、模型的分析與綜合能力：過程的分解能力

學(xué)生建模困難的原因之一是不能區(qū)分不同過程，把所有的信息堆積在一起，導(dǎo)致頭緒繁多，無從下手，尤其是碰到曲線運(yùn)動(dòng)，不會(huì)分解則困難重重。

措施：利用提示支架引導(dǎo)過程分析，借助作圖幫助尋找過程聯(lián)系。把一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解為若干個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的子運(yùn)動(dòng)，找到各子運(yùn)動(dòng)的連接點(diǎn)，比如飛機(jī)上跳傘，把運(yùn)動(dòng)分解為打開降落傘之前的自由落體運(yùn)動(dòng)和打開降落傘之后的勻減速運(yùn)動(dòng)，而連接點(diǎn)就是自由落體階段的末速度和勻減速階段的初速度是同一個(gè)值。而對(duì)于曲線運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)利用運(yùn)動(dòng)的合成分解，分方向研究。

四、模型的拓展與修正能力：模型的遷移能力、合作交流能力、多解的討論能力

當(dāng)學(xué)生遇到一個(gè)新的問題情境時(shí)，能夠調(diào)動(dòng)出腦海中已有的模型進(jìn)行對(duì)比分析，從而建立起一個(gè)新的模型，這需要模型的遷移能力。例如：小船過河的題目中，已知過河路線和水速，要求船的最小速度。這時(shí)遷移到已知合力的方向和其中一個(gè)分力，求另外一個(gè)分力的最小值，問題就迎刃而解。因?yàn)檫^河路線就是小船的合速度方向。建構(gòu)主義理論認(rèn)為：面對(duì)同一個(gè)物理現(xiàn)象，不同的人通過接收信息，同化和順應(yīng)后建構(gòu)起來的知識(shí)結(jié)構(gòu)往往是不相同的，不完善的，有的甚至是錯(cuò)誤的。因?yàn)椴煌娜嗽械闹R(shí)結(jié)構(gòu)肯定有不同之處，在同化和順應(yīng)的過程中肯定會(huì)產(chǎn)生不同的影響，所以建構(gòu)起來的知識(shí)結(jié)構(gòu)并不能保證是對(duì)的，著名的魚牛圖就是反映這種現(xiàn)象。在支架式教學(xué)提升物理建模能力的過程中，同樣面臨著這樣的問題，這就需要高中生要經(jīng)常性的分享建模成果，取到既相互促進(jìn)，又相互檢驗(yàn)的效果。

措施：可以通過組織交流協(xié)作，評(píng)價(jià)總結(jié)等活動(dòng)來促進(jìn)成果的分享能力?；顒?dòng)是培養(yǎng)能力的重要平臺(tái)，在提升高中生物理建模能力的措施中，交流協(xié)作是活動(dòng)的重要形式。通過協(xié)作交流，可以取到取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以共享經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以相互驗(yàn)證自己建構(gòu)起來的知識(shí)結(jié)構(gòu)是否正確，可以相互促進(jìn)對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步正確建構(gòu)，也就能相互促進(jìn)物理建模能力的提升。當(dāng)一個(gè)問題含有多個(gè)可能結(jié)果時(shí)，學(xué)生往往因?yàn)樗季S缺乏周密性而漏解。而當(dāng)一個(gè)問題的條件具有不確定性時(shí)，學(xué)生往往因?yàn)椴恢?，無從下手。這里就需要學(xué)生具備多解的討論能力。

（作者單位：江蘇省啟東市第一中學(xué)）