以“圖式模型”為思維起點(diǎn)　促進(jìn)核心概念理解的復(fù)習(xí)設(shè)計(jì)

何方送

摘 要：浙教版《科學(xué)》是一門綜合性學(xué)科，知識點(diǎn)多，涉及面廣.如何在有限的時間內(nèi)提高中考復(fù)習(xí)效率？本文抓住“歐姆定律”“伏安法測電阻”“測小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)探究都有一個相似的電路圖模型作為思維的起點(diǎn).采用隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式，圍繞“電路圖模型”幫助學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)探究過程，深層次理解核心概念之間的異同點(diǎn)，重構(gòu)知識體系，提高中考復(fù)習(xí)效率.

關(guān)鍵詞：圖像模型;隨機(jī)進(jìn)入教學(xué);核心概念;中考復(fù)習(xí)

文章編號：1008-4134（2019）14-0025中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《科學(xué)（2014年版）》指出：一個模型可以是一幅圖、一張表或計(jì)算機(jī)圖像，也可以是一個復(fù)雜的對象或過程的示意.科學(xué)研究中，人們通過一定的科學(xué)方法、建立一個適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛠泶婧头磻?yīng)客觀對象，并通過研究這個模型來揭示客觀對象的形態(tài)、特征和本質(zhì)，這是一個建模的過程，這樣的方法就是模型方法.可見，模型方法是一種學(xué)生探究科學(xué)知識過程中必須掌握運(yùn)用的科學(xué)方法.綜觀歷年中考試題，大量的圖表題就足以說明“模型認(rèn)知”教學(xué)的重要性.在中考復(fù)習(xí)課中，如何利用有限的復(fù)習(xí)時間幫助學(xué)生把眾多的知識點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)并系統(tǒng)化？筆者認(rèn)為，以“圖式模型”為學(xué)生思維起點(diǎn)進(jìn)行歸類復(fù)習(xí)不失為一種行之有效的復(fù)習(xí)方法.本文一個電路圖作為學(xué)生思維的起點(diǎn)，完成幾個電學(xué)核心概念的復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)，以供同行探討、交流.

1 挖掘核心概念內(nèi)涵，構(gòu)建“圖式模型”

學(xué)科核心概念是位于學(xué)科中心的概念性知識，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分，學(xué)生對核心概念的理解直接影響其對整個學(xué)科的理解.不難理解中考復(fù)習(xí)為什么要緊扣核心概念進(jìn)行教學(xué)，因?yàn)楹诵母拍畹膶W(xué)習(xí)過程是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)最本質(zhì)的途徑，它們是核心考點(diǎn).如何高效進(jìn)行核心概念的中考復(fù)習(xí)？仁者見仁，智者見智.筆者認(rèn)為，一門學(xué)科是一個完整的知識體系，這個體系由若干個知識板塊構(gòu)成，而這些板塊本身就是小知識體系，其骨架的主體部分就是核心概念構(gòu)建的.只要我們認(rèn)真挖掘核心概念的內(nèi)涵，找出其內(nèi)在的本質(zhì)聯(lián)系，這個本質(zhì)聯(lián)系就是“圖式模型”的原點(diǎn)，也是復(fù)習(xí)教學(xué)過程中啟發(fā)學(xué)生思維的起點(diǎn).

“歐姆定律”“伏安法測電阻”“測小燈泡的額定功率”都是電學(xué)的核心概念知識，也是中考探究題的高頻考點(diǎn).“歐姆定律”是電學(xué)知識的基石，“伏安法測電阻”是“歐姆定律”的具體應(yīng)用，而“測小燈泡的額定功率”是在“歐姆定律”基礎(chǔ)上進(jìn)一步揭示電能轉(zhuǎn)化的原理和規(guī)律，所以“歐姆定律”探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路就是后面幾個實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的思維原點(diǎn)，圖1正是這個思維原點(diǎn)的“圖式模型”，也是復(fù)習(xí)課中勾起學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，重新深層次理解核心概念的思維起點(diǎn).學(xué)生通過圖1觀察很直觀知道實(shí)驗(yàn)所需要的器材，這些器材能測什么值？操作要點(diǎn)？能夠馬上就想起圖1設(shè)計(jì)所做的探究實(shí)驗(yàn).這種低起點(diǎn)的思維方式為學(xué)生有話可說、知識點(diǎn)相對能說完整提供了可能，為后續(xù)的隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)創(chuàng)造了良好的課堂情景，師生互動有了契機(jī).

2 以“圖式模型”為表征，隨機(jī)切入教學(xué)

美國心理學(xué)家布盧姆說過：“學(xué)習(xí)的最大動力，是對學(xué)習(xí)材料的興趣.”如何再現(xiàn)舊知識，讓學(xué)生有興趣學(xué)是每個教師最煩腦的事情.無新花樣的炒冷飯絕對勾不起學(xué)生的“食欲”，談不上“營養(yǎng)吸收”，更不用說“高效復(fù)習(xí)”.

圖式理論主要研究知識是如何表征的，怎樣的表征方式有利于知識的理解.圖1是新課探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生知道為什么要設(shè)計(jì)這個電路圖進(jìn)行科學(xué)探究，如何控制變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究等等知識問題.在復(fù)習(xí)課中，圖1就成了一幅“圖式模型”，一種思維工具，是用來組織與表征知識的工具，是炒新式冷飯的“鏟”.這把“鏟”要依據(jù)吃飯者的口味要求，隨機(jī)炒出新式冷飯.也就是說，讓學(xué)習(xí)者可以隨意通過不同途徑、不同方式進(jìn)入同樣教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而獲得對同一事物或同一問題的多方面的認(rèn)識與理解，這就是“隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)模式”，是建構(gòu)主義教學(xué)理論下的一種教學(xué)模式.

【創(chuàng)設(shè)問題情境】今天我們一起復(fù)習(xí)電學(xué)中重要的幾個探究實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識，同學(xué)們看一下這個電路圖（如圖1所示），通過它可以探究哪些科學(xué)問題？得到哪些實(shí)驗(yàn)結(jié)果？比一比同學(xué)們提取舊知識的快慢.

【設(shè)計(jì)意圖】贊科夫說：“對所學(xué)知識內(nèi)容的興趣可能成為學(xué)習(xí)動機(jī).”通過問題情景的創(chuàng)設(shè)，依據(jù)“圖式模型”饒有興趣勾起學(xué)生回顧知識點(diǎn)，有競爭意味地讓學(xué)生先說、多說.并不斷追問：“同學(xué)再仔細(xì)觀察圖1，還能做什么實(shí)驗(yàn)？”然后按照學(xué)生回憶知識的先后順序，隨機(jī)進(jìn)入相關(guān)知識內(nèi)容的復(fù)習(xí)整理.

【隨機(jī)進(jìn)入1】研究電流與電壓的關(guān)系：以圖1為切入點(diǎn)，通過不斷追問讓學(xué)生回憶知識點(diǎn).

（1）需要哪些器材？連接電路時應(yīng)注意什么？（開關(guān)斷開，滑動變阻器位于最大值）

（2）研究電流與電壓關(guān)系時，需要控制哪個量不變（保持R的阻值不變）？這種研究方法叫什么（控制變量法）？測幾組數(shù)據(jù)，為什么？（讓學(xué)生弄清知識易錯點(diǎn)：“伏安法測電阻”多次測量的目的是為了求電阻平均值，減少實(shí)驗(yàn)誤差，而研究電流與電阻的關(guān)系”多次測量的目的是為了找出二者之間的關(guān)系，防止實(shí)驗(yàn)的偶然性.）

【隨機(jī)進(jìn)入2】研究電流與電阻的關(guān)系：以圖1為切入點(diǎn)，通過不斷追問讓學(xué)生回憶知識點(diǎn).

（1）需要哪些器材？連接電路時應(yīng)注意什么？（開關(guān)斷開，滑動變阻器位于最大值）

（2）如何研究電流與電阻的關(guān)系？控制什么量不變（U不變）？當(dāng)你把5Ω換成10Ω時，如何保持電阻兩端電壓（假設(shè)2V）不變？（小組討論突破難點(diǎn)：如何正確選擇滑動變阻器？）

歸納：通過研究電流與電壓、電阻的關(guān)系，能得出什么規(guī)律？哪位同學(xué)回憶一下歐姆定律內(nèi)容？數(shù)學(xué)表達(dá)式？在應(yīng)用歐姆定律公式時，應(yīng)注意什么？（I、U、R必須是同一段導(dǎo)體、同一時間的對應(yīng)量，即同體性、同時性）.

【隨機(jī)進(jìn)入3】伏安法測電阻：以圖1為切入點(diǎn)，通過不斷追問讓學(xué)生回憶知識點(diǎn).

（1）實(shí)驗(yàn)原理（公式）？

（2）需要什么器材？

（3）依據(jù)電路圖，想一想實(shí)驗(yàn)步驟：連接電路時注意什么？（開關(guān)斷開，滑動變阻器位于最大值）滑動變阻器起什么作用？（保護(hù)電路、改變R兩端電壓和電路中的電流）測一組數(shù)據(jù)可以嗎？為什么要多次測量？（求出R的平均值，減少實(shí)驗(yàn)誤差）

（4）若把圖1中的定值電阻R換成小燈泡如圖2所示，測出的電阻值會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？

【隨機(jī)進(jìn)入4】測小燈泡的額定功率：以圖1為切入點(diǎn)（定值電阻換成小燈泡）回憶知識點(diǎn).

（1）下面我們再回憶一下測小燈泡的額定功率又有什么不同？（原理不同，P=UI）

（2）還有什么不同？（改變滑動變阻器，讀出電壓表等于額定電壓時電流表的示數(shù)）

（3）需要多次測量嗎？（不需要）為什么？（因?yàn)槲覀儨y的是額定電壓下的實(shí)際功率）

【課堂反饋】在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生依據(jù)圖1較快回憶“研究電流與電壓的關(guān)系”“研究電流與電阻的關(guān)系”“歐姆定律”“伏安法測電阻”相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識，學(xué)生爭著發(fā)言，課堂氣氛活躍.當(dāng)老師提出“若把圖1中的定值電阻R換成小燈泡如圖2所示，測出的電阻值會出現(xiàn)怎樣的結(jié)果？”時，馬上就有同學(xué)舉手回答：“圖2還可以測小燈炮的額定功率.”受此啟發(fā)，個別同學(xué)通過圖1知識的遷移還聯(lián)想到“研究串聯(lián)電路電流、電壓特點(diǎn)”“焦耳定律”等知識，給老師今后的教學(xué)備課留下無限想象的空間.

【總結(jié)提升】四方面知識學(xué)習(xí)完畢后，通過歸納總結(jié)出如圖3所示的知識結(jié)構(gòu)，以圖式模型的形式呈現(xiàn)核心概念之間的內(nèi)在聯(lián)系，使思維可視化.這種更直觀、更系統(tǒng)、邏輯性更好的圖式模型作為思維的起點(diǎn)，能有效促進(jìn)學(xué)生形成深層次理解核心概念的思維方式，達(dá)到事半功倍的復(fù)習(xí)效果.課后布置作業(yè)：在圖3基礎(chǔ)上，以思維導(dǎo)圖形式完成四方面知識點(diǎn)的補(bǔ)充.若課時充足，則可以再展示學(xué)生的思維導(dǎo)圖，互相評價、補(bǔ)充完善知識結(jié)構(gòu)等.教無定法，貴在得法，目標(biāo)只有一個：讓學(xué)生學(xué)會復(fù)習(xí)整理.

3 找“圖式模型”對接口，探究考點(diǎn)新動向

【過渡】剛才我們一起回顧整理了“研究電流與電壓的關(guān)系”“研究電流與電阻的關(guān)系”“伏安法測電阻”“測小燈泡的額定功率”四方面知識的重新回顧建構(gòu).那么中考考什么？主要考二個方面：一是考電路連接;二是考實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理.（緊扣核心知識點(diǎn)，突破考題難點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)）

【高頻考點(diǎn)1】電路連接

（1）連接電路時，開關(guān)斷開，滑動變阻器位于最大值.

（2）實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象的分析處理.

①電表指針反向？

②電流表無讀數(shù)，電壓表有讀數(shù)？（電阻R或小燈泡斷路）

③電流表有讀數(shù)，電壓表無讀數(shù)？（定值電阻R短路或電壓表斷路（或短路））

④在做電流與電阻關(guān)系實(shí)驗(yàn)時，有時會出現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表示數(shù)都達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求（保持2伏不變）？（滑動變阻器的選擇有要求）

例1 （2017·黃石）小華同學(xué)用“伏安法”來測量一只阻值約為5 Ω的定值電阻Rx，實(shí)驗(yàn)室有如下器材供選用：

A.兩節(jié)干電池

B.開關(guān)一個和導(dǎo)線若干

C.電壓表（0～3～15 V）

D.電流表（0～0.6～3 A）

E.滑動變阻器（0～10 Ω）

F.滑動變阻器（0～100 Ω）

（1）小華同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)后，為了操作順利和方便，除了A、B、C和D外，小華同學(xué)還需選用_________（選填“E”或“F”）器材.

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路要求，請用筆畫線代替導(dǎo)線連接圖甲中最后的兩根導(dǎo)線.

（3）如圖甲所示，連接好電路.在閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑動變阻器的滑片P應(yīng)該滑至_________（選填“G”或“H”）端.

（4）小華在閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片P時，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)始終為零，而電壓表有示數(shù)但不發(fā)生變化，此時電路中的一處故障是_________.

（5）排除故障后，電流表示數(shù)為0.40 A，電壓表示數(shù)如乙圖所示，則本次實(shí)驗(yàn)測得的定值電阻Rx是_________Ω.

【選題意圖】通過此題訓(xùn)練，鞏固實(shí)驗(yàn)器材的正確選擇并連接、電表的正確使用及故障的判斷等基礎(chǔ)知識.

例2 （2017臺州）小柯利用如圖5所示的電路研究電流與電阻的關(guān)系，已知電源電壓為6V且保持不變.實(shí)驗(yàn)所用電阻R的阻值分別為5Ω、10Ω、20Ω，滑動變阻器的規(guī)格為“30Ω 2A”.

（2）小柯將5歐的電阻接入電路，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表示數(shù)為2V，讀出相應(yīng)的電流值記錄在表1中，然后更換電阻重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).當(dāng)接入20Ω的電阻時，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電壓表示數(shù)都無法達(dá)到2V，其原因是.

【選題意圖】如何依據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，正確選擇滑動變阻器是中考的失分點(diǎn).選擇此題意在突破這一難點(diǎn)_________.

【高頻考點(diǎn)2】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理

【教學(xué)片斷】

下面為“伏安法測電阻”實(shí)驗(yàn)記錄，見表2和表3.

問題1：把表2、表3中數(shù)據(jù)與圖6中a、b、c圖像對應(yīng)起來，并說出依據(jù).

【設(shè)計(jì)意圖】（1）通過對比讓學(xué)生明白小燈泡的電阻隨溫度變化而發(fā)生改變;（2）讓學(xué)生明白除通過表格數(shù)據(jù)直接分析可以得出結(jié)論外，其實(shí)分析數(shù)據(jù)的手段有多種，如坐標(biāo)圖、圓餅圖、柱狀圖等，都能直觀反映出數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系;（3）表格數(shù)據(jù)是非連續(xù)性的，而坐標(biāo)圖數(shù)據(jù)是連續(xù)的.比方說，表2、表3兩張表格，把它們轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)圖，很直觀就能看出數(shù)據(jù)的變化規(guī)律.

問題2：依據(jù)表2數(shù)據(jù)，我們通過求平均值的方法得出R的阻值.那么表3數(shù)據(jù)能否用平均值的方法得出R的阻值？

【設(shè)計(jì)意圖】歐姆定律是電學(xué)的基石，也是易錯點(diǎn).通過此題讓學(xué)生進(jìn)一步鞏固運(yùn)用歐姆定律時公式中的U和I是指同一導(dǎo)體，同一時刻的電流和電壓值，不可混用的道理.

問題3：如果表3數(shù)據(jù)是通過測量額定電壓為2.5伏的小燈泡的電阻得到的，但由于小柯粗心，忘記測量小燈泡正常發(fā)光時電流值，那么你有方法不通過重新實(shí)驗(yàn)算出小燈泡正常發(fā)光時的電阻嗎？小妍通過認(rèn)真思考后，解決了這個問題.

【設(shè)計(jì)意圖】訓(xùn)練學(xué)生逆向思維能力，實(shí)際課堂正象預(yù)設(shè)一樣，學(xué)生卡住了.在教師引導(dǎo)下，通過小組討論，當(dāng)把表3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)（如圖7所示），學(xué)生恍然大悟.R=2.5V/0.25A=10Ω.在此啟發(fā)下，問題4迎刃而解，達(dá)到觸類旁通的教學(xué)效果.

問題4：同時，小妍還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在“測量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)時，如果忘記測量，那么同樣可以用此方法求出小燈泡的額定功率_________.（由圖7可知，額定電壓2.5V時，小燈泡額定功率為0.25W）通過這個問題的解決，她認(rèn)為很多科學(xué)知識是相通的，可以通過一幅圖或一張表來串聯(lián)知識點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率.

問題5：如果小高同學(xué)也因?yàn)榇中?，沒有“試觸”、因電路中電流過大造成電流表指針彎曲變形不能使用，那么你如何利用現(xiàn)有器材完成Rx值的測量（已知滑動變阻器最大阻值為R0）：

①閉合開關(guān)S，滑片移至阻值最小位置記下電壓表示數(shù)U1;

②滑片移至阻值最大位置記下電壓表示數(shù)U2，

表達(dá)式為：Rx=_________.

【設(shè)計(jì)意圖】通過小柯、小妍、小高3人小組實(shí)驗(yàn)探究過程中碰到的實(shí)際問題來組織教學(xué)，讓學(xué)生有種親身實(shí)驗(yàn)的親切感，激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣;問題3—5的設(shè)置由淺入深，既培養(yǎng)了學(xué)生圖表模型分析數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)化的能力，又訓(xùn)練了變式題的思維能力.

4 教學(xué)反思

課本中大量的圖表是《科學(xué)》教材的重要特點(diǎn).如何充分利用“模型認(rèn)知”來組織教學(xué)，是每個科學(xué)教師值得重點(diǎn)思考的課題.由于同一知識板塊或不同知識板塊中許多圖表模型存在結(jié)構(gòu)的相似性或知識的內(nèi)在聯(lián)系，這為“以圖式模型為思維起點(diǎn)，隨機(jī)進(jìn)入教學(xué)”復(fù)習(xí)方式提供可行依據(jù).另外，圖式模型對知識的直觀呈現(xiàn)，系統(tǒng)清晰的邏輯脈絡(luò)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)有意義記憶，就像我們平時一見熟人，就能想起曾經(jīng)相處的趣事.圖1就是這節(jié)課的“熟人”，幫助孩子們回憶曾經(jīng)學(xué)習(xí)的有趣知識和探究活動過程.

參考文獻(xiàn)：

[1]李進(jìn)，湯金波，肖永琴.再論學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的最優(yōu)途徑[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2019，36（01）：3-7.

[2]姚樹石.高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].課程教育研究，2018（21）：84-85.

[3]劉燁. STEM理念下的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)校本課程開發(fā)和研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2017.

[4]錢永昌. 指導(dǎo)學(xué)生開展“中學(xué)物理低成本創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”設(shè)計(jì)與開發(fā)的實(shí)踐研究[D].福州：福建師范大學(xué)，2008.

[5]董濤. 中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2003.

[6]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.