基于核心素養(yǎng)的初中科學(xué)模型的建構(gòu)

胡國芬 毛國永

[摘要]提高學(xué)生的核心素養(yǎng)是科學(xué)教育的宗旨與目標(biāo)。科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，其中建構(gòu)模型是促進(jìn)學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維的有效手段和方式。在知識(shí)鞏固、解題套路、歷史教育等方面科學(xué)地建構(gòu)模型，可以促進(jìn)學(xué)生厘清科學(xué)知識(shí)，發(fā)展抽象邏輯思維，培養(yǎng)科學(xué)精神，發(fā)展核心素養(yǎng)

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);模型建構(gòu);知識(shí)鞏固;解題套路;歷史教育

[中圖分類號(hào)] G633.98

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（2020）14-0092-02

“模型”是人們?yōu)榱朔奖阊芯靠茖W(xué)問題和探討科學(xué)問題的本質(zhì)，對(duì)研究對(duì)象的屬性進(jìn)行科學(xué)抽象所做的一種簡化的描述或模擬[1]?？茖W(xué)模型是溝通科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)與科學(xué)應(yīng)用之間的橋梁，是科學(xué)自身發(fā)展的階梯，研究模型有助于學(xué)生對(duì)科學(xué)的探索，同時(shí)使學(xué)生對(duì)科學(xué)產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣?！读x務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出：“讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，增進(jìn)對(duì)科學(xué)探究的理解，發(fā)展科學(xué)探究能力，初步養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣，增加創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力……”基于模型建構(gòu)的科學(xué)學(xué)習(xí)方式有利于促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

一、在知識(shí)鞏固中建模，厘清科學(xué)知識(shí)

隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生掌握的科學(xué)知識(shí)逐漸形成網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)中有知識(shí)的橫向式拓寬，也有知識(shí)的遞進(jìn)式深化。通過橫向擴(kuò)延和縱向深入，學(xué)生的知識(shí)和能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，學(xué)生的創(chuàng)造性思維也得到了很好的發(fā)展。在這過程中，建構(gòu)模型是揭示知識(shí)內(nèi)在聯(lián)系的好方法，通過建模、聯(lián)想、推理出一系列規(guī)律，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從學(xué)會(huì)建構(gòu)科學(xué)模型到運(yùn)用科學(xué)模型的飛躍。

例如，《浮力》復(fù)習(xí)中，引導(dǎo)學(xué)生以“浮力”為主題，聯(lián)想浮力的相關(guān)知識(shí)以及各知識(shí)所對(duì)應(yīng)的各個(gè)分支，用知識(shí)網(wǎng)絡(luò)模型呈現(xiàn)知識(shí)之間的橫向與縱向聯(lián)系及深化。如圖1所示的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)模型為框架結(jié)構(gòu)的模型，也可建構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)、思維導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)等的模型。

在章節(jié)復(fù)習(xí)過程中，對(duì)知識(shí)進(jìn)行梳理，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖，建構(gòu)科學(xué)模型，不但使知識(shí)清晰，重點(diǎn)突出，便于學(xué)生理解和記憶以及提取知識(shí)，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括能力和語言表達(dá)能力，從而發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

又如，在《運(yùn)動(dòng)和力》教學(xué)中，利用如圖2所示的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)模型，可以厘清力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

客觀事物總是處在多種因素交錯(cuò)的復(fù)雜紛亂狀態(tài)中，這就使得人們深入研究某個(gè)問題時(shí)面臨難以著手的困難。借助模型能夠抓住事物的主要特征，凸顯事物本質(zhì)。尤其是對(duì)那些“時(shí)過境遷”、不能再現(xiàn)和不可能直接觀察到的現(xiàn)象，更需要借助模型的研究，提高學(xué)生的思維能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)[2]。

二、在解題套路上建模，發(fā)展抽象思維

解決科學(xué)問題對(duì)改善科學(xué)教學(xué)具有現(xiàn)實(shí)意義，加強(qiáng)科學(xué)問題解決的學(xué)習(xí)應(yīng)該成為改善學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的切入口。解決科學(xué)問題活動(dòng)是探索的過程，而不是操練的過程，對(duì)于促進(jìn)思維能力、應(yīng)用與實(shí)踐能力提升及改善課堂氣氛具有重要作用。解決科學(xué)問題活動(dòng)的實(shí)質(zhì)是科學(xué)思考，是高級(jí)的思考過程。在解決科學(xué)問題教學(xué)中，我們強(qiáng)調(diào)仔細(xì)審題，明確科學(xué)過程，在頭腦中建立清晰的圖形，其實(shí)也就是建構(gòu)模型的過程。

比如，浮力大小的比較和計(jì)算，一般有以下幾種方法：（1）稱重法：F_浮=G_物-F_拉;（2）阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排;（3）狀態(tài)分析法：F_浮=G_物。由于公式和方法較多，學(xué)生往往無從下手，找不到著力點(diǎn)，這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生分析特點(diǎn)、歸納類型、選擇方法、建構(gòu)模型。在教學(xué)中，通過層層引導(dǎo)和生生合作，建立了以下三種模型：

1.不同液體，同一個(gè)球

密度計(jì)測(cè)不同液體密度時(shí)的浮力、潛水器或船只在淡水和鹽水中的浮力等實(shí)例都可以利用如圖3的模型對(duì)應(yīng)的方法，即狀態(tài)分析法：（F_浮=G_物），來比較或計(jì)算浮力的大小。

2.同種液體，V_排不同的球

如圖4的模型對(duì)應(yīng)的方法為阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排，適用于潛水器在上浮和下潛過程中的浮力、湯圓煮熟后上浮過程中的浮力、魚鰾控制魚上升和下沉?xí)r的浮力等。

3.同種液體，質(zhì)量不同的球

當(dāng)遇到質(zhì)量不同的物體在同種液體中漂浮時(shí)，可以運(yùn)用如圖5的模型對(duì)應(yīng)的方法，即狀態(tài)分析法：F_浮=G_物。生活中的實(shí)例有萬噸巨輪卸貨或裝貨時(shí)的浮力等。

錯(cuò)綜復(fù)雜的習(xí)題，看似不同， 細(xì)細(xì)分析，不難發(fā)現(xiàn)有些許共同之處。分析相應(yīng)的特點(diǎn)，對(duì)習(xí)題進(jìn)行歸類，并抽絲剝繭，建構(gòu)相應(yīng)的模型，可化難為易，提升學(xué)生的思維能力，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

三、在歷史教育中建模，樹立科學(xué)精神

人的思維在不斷進(jìn)步，因此科學(xué)發(fā)現(xiàn)也在不斷進(jìn)步和修正。模型建構(gòu)的實(shí)質(zhì)就是要在自然現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)與規(guī)律[3]。尋找科學(xué)的本質(zhì)與規(guī)律的過程往往需要花遇幾年、幾十年甚至幾代人鍥而不舍地研究。在科學(xué)歷史教育過程中，應(yīng)讓學(xué)生體驗(yàn)建構(gòu)模型的過程，領(lǐng)悟科學(xué)探究的艱辛與曲折，從而逐漸養(yǎng)成科學(xué)素養(yǎng)。

例如，“原子結(jié)構(gòu)模型的建立”教學(xué)中，在滲透科學(xué)歷史教育的同時(shí)，讓學(xué)生參與并體驗(yàn)?zāi)Ｐ徒?gòu)的過程。首先，讓學(xué)生嘗試畫一畫原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，教師根據(jù)部分學(xué)生所畫的“實(shí)心球”，引出并介紹道爾頓的實(shí)心球模型及湯姆生的西瓜模型。在質(zhì)疑的過程中得出“西瓜模型也是不客觀的”，繼而通過盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的動(dòng)畫發(fā)現(xiàn)特殊現(xiàn)象;緊接著在教師的引導(dǎo)下小組討論與推斷原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，過程如下：

教師詢問學(xué)生：“絕大多數(shù)的α粒子通過金箔，沿原方向前進(jìn)，可以推斷出原子內(nèi)部是怎樣的？”引導(dǎo)學(xué)生想象“如果你站在一個(gè)球形教室外，而這個(gè)教室是實(shí)心的，你還能進(jìn)入教室并從教室的另一側(cè)出來嗎？”分析出原子內(nèi)部是空曠的。繼續(xù)指出：如果內(nèi)部是空的，應(yīng)該是所有粒子穿過去，而不會(huì)出現(xiàn)少數(shù)α粒子改變了方向（散射）的現(xiàn)象;得出“原子內(nèi)有障礙物，但是障礙物比較小，大多數(shù)粒子沒有碰到這個(gè)障礙物”;引導(dǎo)學(xué)生分析極個(gè)別的α粒子反彈回去的原因是障礙物帶正電荷。最后提問：“這個(gè)障礙物和α粒子相比，它的質(zhì)量如何呢？”最后通過“一個(gè)瘦小孩撞到一個(gè)胖小孩之后……胖小孩質(zhì)量大，瘦小孩被反彈”這一比喻推導(dǎo)出“這個(gè)障礙物質(zhì)量大”，由此引出“原子核”以及盧瑟福的有核模型，模型建構(gòu)過程圖如圖6所示。

模型是一種理想化的形態(tài)，在科學(xué)教學(xué)中，重視模型思想的運(yùn)用，建立和正確使用模型，能將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象問題直觀化、具體化。教學(xué)中，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生樹立建模思想，使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)在觀察、分析的基礎(chǔ)上，從紛繁復(fù)雜的具體問題中抽象出模型，通過模型簡化思維，促進(jìn)學(xué)生良好思維品質(zhì)的形成，真正實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)發(fā)展的“育人為真”的教育日標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胡永兵.基于核心素養(yǎng)的初中科學(xué)核心概念教學(xué)探索[J].中學(xué)教學(xué)參考，2017（ 20）：79-81.

[2]蔡方芳.科學(xué)建模，“顯”化思維：例談建模法在初中科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2013（9）：19-21.

[3]沈星華，試論模型建構(gòu)在初中科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)，2013（9）：91-93.

（責(zé)任編輯 黃春香）