基于模型建構(gòu)促進(jìn)初中生核心概念學(xué)習(xí)的嘗試與分析

史貴陽

【摘要】物理課程以提高每個學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為總目標(biāo)，如何提高每個學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)教師要思考的問題.在課堂教學(xué)中，運用模型構(gòu)建來促進(jìn)初中學(xué)生核心概念學(xué)習(xí)是一種行之有效的教學(xué)模式，在該模式中學(xué)生通過問題構(gòu)建模型，依托模型形成策略，豐富策略獲得主張，深化主張顯露思想.

【關(guān)鍵詞】模型構(gòu)建；核心概念；初中物理

新課標(biāo)特別重視培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，那么什么是核心素養(yǎng)？對人的飲食而言，人們常說吃了多少飯和肉，吃了哪些蔬菜和水果，但從身體所需看則是攝入多少營養(yǎng)素.對教學(xué)而言，教師常說教什么概念，其實概念教學(xué)只是一個載體，教師更需要關(guān)注概念教學(xué)承載的思維教育，應(yīng)將思維作為教學(xué)的核心要素來看待.要實現(xiàn)思維教育，教師可以采取的方式之一則是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型建構(gòu)，這里的模型不是淺層次的實物模型，而是將學(xué)生思維顯性化的思維模型.思維模型包括解決復(fù)雜問題的基本模型、理解疑難問題的分析模型和梳理知識的關(guān)系模型，這些模型旨在幫助學(xué)生解決科學(xué)問題，掌握科學(xué)核心概念，從而形成高階科學(xué)思維.

1 基于模型建構(gòu)促進(jìn)初中學(xué)生核心概念學(xué)習(xí)的解讀

模型構(gòu)建屬于科學(xué)思維的內(nèi)容之一，它主要體現(xiàn)在以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ)，對客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程.在本文中，主要是基于初中學(xué)生科學(xué)核心概念學(xué)習(xí)中存在的三種模型關(guān)系的構(gòu)建：

（1）基本模型：幫助學(xué)生解決疑難科學(xué)問題的模型，通過基本模型來理解復(fù)雜模型并解決實際問題；

（2）分析模型：通過規(guī)律建構(gòu)的模型，可以獲取事物間的關(guān)系，進(jìn)而運用到解決復(fù)雜問題中；

（3）關(guān)系模型：大概念下建構(gòu)的模型，有助于學(xué)生將碎片化的知識整合起來.

教師通過引導(dǎo)學(xué)生建立模型來理解科學(xué)核心概念是一種符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)模式，也是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的有效途徑.

2 基于模型建構(gòu)促進(jìn)初中學(xué)生核心概念學(xué)習(xí)的實施策略

在日常學(xué)習(xí)中，學(xué)生往往會遇到各種生活實際問題，這些生活實際問題由于具有一定的復(fù)雜性會使得學(xué)生摸不著頭腦，因此，教師有必要引導(dǎo)學(xué)生通過建構(gòu)基本模型來解決復(fù)雜問題.

教學(xué)案例一 受力分析

受力分析是考查學(xué)生運用力學(xué)知識能力的重要方式，不少學(xué)生由于對知識的機(jī)械識記，導(dǎo)致其不能真正理解核心概念，形成科學(xué)思維.

如圖1是站在勻速上升自動扶梯上的人的受力分析，不少學(xué)生會錯誤地認(rèn)為人受水平方向上的摩擦力，主要是因為學(xué)生憑經(jīng)驗答題，而不是運用知識進(jìn)行分析，為此，我們可以將模型進(jìn)行拆解，形成基本模型進(jìn)行教學(xué).

站在勻速上升自動扶梯上的人是生活中常見的一種情形（模型1），具有一定的復(fù)雜性.教師可以引導(dǎo)學(xué)生將其抽象成模型2，人就相當(dāng)于物體B，力F作用在A上，使得B與A一起向右做勻速直線運動.當(dāng)然，這只是完成了模型建構(gòu)的第一步，對于學(xué)生而言，這仍然是一個復(fù)雜問題，該模型的優(yōu)勢是去除了一些生活化元素對分析的干擾，也為基本模型的構(gòu)建奠定了一定的基礎(chǔ).接著，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模型建構(gòu)，由于物體B與A一起向右做勻速直線運動，因此以A為參照物，B是靜止的，進(jìn)而建構(gòu)出模型3.易得該模型與第二個模型中物體B的受力情況一致，也與勻速上升自動扶梯上的人受力情況一致.運用該模型可分析出物體B在水平方向上不受摩擦力（因為物體B沒有發(fā)生相對運動也不具有相對運動的趨勢），進(jìn)而得出站在勻速上升自動扶梯上的人在水平方向上不受摩擦力.

為了幫助學(xué)生真正掌握受力分析的科學(xué)方法，進(jìn)一步形成思維，可以進(jìn)行以下變式訓(xùn)練.教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)模型4分離出模型5，進(jìn)而建構(gòu)模型6，再反過來分析出模型4中B在水平方向上的受力情況.

受力分析往往是生活實際問題的解決，但是科學(xué)研究往往又高于生活，這導(dǎo)致學(xué)生必須具備高階思維才能解決這類問題，而基本模型的構(gòu)建有利于學(xué)生解決此類問題.

教學(xué)案例二 電路分析

電路分析對于學(xué)生來說也是較難的部分，如何幫助學(xué)生準(zhǔn)確進(jìn)行電路分析，教師依舊可以采用建構(gòu)基本模型的方法.

圖2是具有防霧、除露、化霜功能的汽車智能后視鏡模擬加熱原理圖，其中測試電源的電壓為 10V，四段電熱絲電阻均為 10Ω， 防霧、除露、化霜所需加熱功率依次增大.

理解開關(guān)與三檔功能及其電功率對學(xué)生來說有一定難度.此時教師不妨引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)以下三個基本模型：

通過電功率公式P=U2/R，進(jìn)一步分析可得模型1對應(yīng)防霧，模型2對應(yīng)除霜，模型3對應(yīng)化霜.

教學(xué)案例三 密度概念建構(gòu)

在提出密度公式后，教師提問學(xué)生物質(zhì)的密度與質(zhì)量大小是否有關(guān).大部分學(xué)生認(rèn)為有關(guān)，因為他們具有“鐵比棉花重”這樣的前概念.此時，教師說如果鐵的體積小于棉花，鐵的質(zhì)量可以等于甚至小于棉花.為了讓學(xué)生徹底摒棄原有的觀點，教師特意舉了這樣一個例子：相同條件下，一克水的密度與一千克水密度相同，從而證明物質(zhì)的密度與質(zhì)量無關(guān).

但上述教學(xué)手段是差強(qiáng)人意的，學(xué)生始終堅信密度與質(zhì)量、體積有關(guān).為此，筆者嘗試用實驗加模型構(gòu)建的方式幫助學(xué)生構(gòu)建密度概念.

實驗器材：體積為1立方厘米、2立方厘米、3立方厘米的實心鐵塊各一個，臺秤.用臺秤分別稱出上述鐵塊的質(zhì)量，記錄在下面的表格（表1）中.

然后引導(dǎo)學(xué)生將上述數(shù)據(jù)畫到下列兩幅坐標(biāo)圖中：

實驗是科學(xué)教學(xué)的重要手段，實驗可以將一個客觀事實呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生的認(rèn)識發(fā)生改變.在進(jìn)教室前，學(xué)生并非一無所知，他們的大腦里已經(jīng)儲備了一些經(jīng)驗和認(rèn)識，這里有些是正確的，有些是不正確的，也就是我們經(jīng)常提到的前概念.借助實驗可以解決認(rèn)知沖突，幫助學(xué)生建構(gòu)新概念.

3 結(jié)語

利用模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生核心概念學(xué)習(xí)的例子不勝枚舉，歸納起來就是通過問題構(gòu)建模型，依托模型形成策略，豐富策略獲得主張，深化主張顯露思想.

著名物理學(xué)家查德·費恩曼曾寫過這樣的詩句：

我想知道這是為什么？

我想知道為什么我想知道這是為什么？

我想知道究竟為什么我非要知道我為什么想知道這是為什么？

科學(xué)是一種方法，它教導(dǎo)人們：一些事物是如何被了解的，不了解的還有些什么.科學(xué)教學(xué)就是要將科學(xué)這種方法傳授給學(xué)生.正所謂“授人以魚不如授人以漁”.創(chuàng)新始于質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識是當(dāng)前科學(xué)教學(xué)的重中之重.在科學(xué)教學(xué)中，我們要引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成一種獨創(chuàng)精神HYPERLINK"http：//www.so.com/s？q=%E7%B2%BE%E7%A5%9E&ie=utf-8&src=internal_wenda_recommend_textn"＼t"https：//wenda.so.com/q/_blank"和自由探索精神，這比科學(xué)本身的價值更巨大.教師還要學(xué)會問自己：“有沒有更好的辦法來教？”

教學(xué)有法，教無定法.不管教師采用哪種教學(xué)方法，最終的目的是讓學(xué)生真正理解知識.我國著名物理學(xué)家李政道說過一句話：求學(xué)問，須學(xué)問；只學(xué)問，非學(xué)問.模型構(gòu)建的教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的教學(xué)，在模型構(gòu)建中中，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)不斷得到提升.

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