聚焦科學(xué)本質(zhì)教學(xué)，培養(yǎng)問題表征能力

費(fèi)志明 趙海軍

摘 要 表征是人們對(duì)客觀事物經(jīng)過大腦進(jìn)行加工后作出的反應(yīng)。表征是客觀事物的反映，又是被加工的客體。初中科學(xué)是以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和揭示科學(xué)本質(zhì)為宗旨的課程。初中科學(xué)教學(xué)的主要任務(wù)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)認(rèn)知、學(xué)會(huì)思維、學(xué)會(huì)表征，同時(shí)提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、反思問題能力，以提高學(xué)生科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。本文就實(shí)際教學(xué)過程中通過難點(diǎn)突破、活動(dòng)探究、說(shuō)題練習(xí)等方面對(duì)誘發(fā)、增強(qiáng)、鍛煉學(xué)生的表征能力的具體實(shí)踐實(shí)例進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 科學(xué)本質(zhì) 表征能力 難點(diǎn)突破 活動(dòng)探究

表征是人們對(duì)客觀事物經(jīng)過大腦進(jìn)行加工后作出的反應(yīng)。表征是客觀事物的反映，又是被加工的客體。同一事物，其表征的方式不同，對(duì)它的加工也不相同。表征其實(shí)是一種對(duì)事物的認(rèn)識(shí)過程，這個(gè)過程是一個(gè)復(fù)雜過程，受到信息來(lái)源、人腦的分析、表征的形式等各種因素的影響，但通過表征后，都能從片面和全面的角度去反應(yīng)事物的本質(zhì)。

1表征在科學(xué)教學(xué)中的意義

表征是問題解決中最重要的—個(gè)階段或環(huán)節(jié)，在問題解決中所具有的決定性的核心作用。正如經(jīng)濟(jì)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者郝伯特·西蒙所說(shuō)：“正確表征問題就等于了問題解決的一半”。在初中科學(xué)教學(xué)過程，表征有多種形式，文字表征（即口頭表征）、圖像表征、表格表征、模型表征等，而這些表征形式在解決一些科學(xué)本質(zhì)問題時(shí)，可以通過各種器官對(duì)本質(zhì)問題由淺及深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣以來(lái)，能使學(xué)生深入理解科學(xué)概念、全面了解事物的發(fā)展過程、鍛煉學(xué)生各種思維的深度學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科創(chuàng)新的能力。

2在教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的問題表征能力的策略

2.1難點(diǎn)突破誘發(fā)問題表征能力

難點(diǎn)突破是教師教學(xué)的關(guān)鍵所在，如何突破主要看教師的問題引導(dǎo)和學(xué)生的有效表征。問題設(shè)計(jì)受其呈現(xiàn)方式的影響較為顯著，學(xué)生在對(duì)問題表征時(shí)，更容易接受問題依次呈現(xiàn)這種方式。那么，在一些科學(xué)本質(zhì)教學(xué)中，采用問題依次呈現(xiàn)的方式教學(xué)，即“問題鏈”引領(lǐng)策略，把一個(gè)大的、難的、不容易理解的問題分解成若千個(gè)小的、簡(jiǎn)單的、容易理解的問題，降低教學(xué)的難度，便于突破難點(diǎn)，抓住重點(diǎn)，同時(shí)也更有利于學(xué)生形成正確的問題表征。

例：八上第四章第一節(jié)《電流與電荷》中，關(guān)于靜電摩擦是如何讓物體帶電的探究中，如果單憑文字表述和教師講解是難以讓學(xué)生理解其本質(zhì)。而這次的優(yōu)秀課例讓我記憶猶新，也感受到了抽象表征對(duì)科學(xué)教學(xué)的重要作用。

......

師：我們已經(jīng)知道了世界上有兩種電荷，而且一些相互摩擦可以使物體帶電，同學(xué)們你知道物體是怎么帶上電的嗎？

生：摩擦創(chuàng)生了電、摩擦產(chǎn)生的電、摩擦是物體原本的電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移等等。

師：這么多可能呀！那么老師給大家放一段視頻（原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）幫助大家一下。

看完視頻，好多同學(xué)恍然大悟，原子中由原子核（帶正電的質(zhì)子和不帶電的中組成）和高速運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電核外電子組成，而且質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)相同

師：你們現(xiàn)在能知道摩擦帶電的原因了嗎？

生：可能是核外電子經(jīng)摩擦后轉(zhuǎn)移走了，導(dǎo)致原子的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)不同而是物體帶電。

師：那么請(qǐng)大家在任務(wù)單上把該過程畫出來(lái)（讓學(xué)生用建模來(lái)表征）。

生：小組進(jìn)行匯報(bào)。

師：請(qǐng)優(yōu)秀小組在黑板上模型演示摩擦帶電過程（教師事先準(zhǔn)備若干模型：⊕代表質(zhì)子、 代表中子、 代表核外電子）

師：同學(xué)現(xiàn)在明白物體摩擦帶電的原因了嗎？

生：齊聲回答是電子轉(zhuǎn)移。

通過“問題鏈”引領(lǐng)策略的實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，這樣做可以搭建起培養(yǎng)學(xué)生表征能力與科學(xué)本質(zhì)學(xué)習(xí)之間的橋梁，把一個(gè)較為科學(xué)本質(zhì)難點(diǎn)問題分解為幾個(gè)分散的、逐漸遞進(jìn)的小的、簡(jiǎn)單的、容易理解問題。一方面，突破了教學(xué)上的難點(diǎn);另一方面，便于學(xué)生從自己的長(zhǎng)時(shí)記憶系統(tǒng)中尋找心理圖示，產(chǎn)生聯(lián)想與想象，形成正確的問題表征，也不斷的培養(yǎng)了學(xué)生的表征能力。

2.2活動(dòng)探究增強(qiáng)問題表征能力

初中科學(xué)教學(xué)，科學(xué)探究作為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的核心，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究是一種重要而有效的學(xué)習(xí)方式，明確地提出發(fā)展科學(xué)探究能力所包含的內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)。教師應(yīng)給學(xué)生提供充分的科學(xué)探究機(jī)會(huì)，讓學(xué)生通過手腦并用的探究活動(dòng)，體驗(yàn)探究過程的曲折和樂趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力并增強(qiáng)對(duì)科學(xué)本質(zhì)問題的表征能力。

如在學(xué)習(xí)《熔化和凝固》一課時(shí)，探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)對(duì)晶體和非晶體的熔化規(guī)律時(shí)，教師通過冬季滴水成冰和春季冰雪消融引入熔化和凝固的概念。

接著用“物質(zhì)熔化需要什么條件？”、“不同的物質(zhì)熔化的規(guī)律一樣嗎？” 兩個(gè)設(shè)問提出探究活動(dòng)的問題。

第一步：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

問題一：需要測(cè)量什么數(shù)據(jù)？ 問題二：需要哪些儀器？其作用是什么？

第二步：實(shí)驗(yàn)活動(dòng)

（1）按照課本實(shí)驗(yàn)裝置圖，把裝有海波的試管放在盛水的燒杯里，緩慢加熱，觀察海波狀態(tài)的變化。待溫度升到40℃開始，每隔0.5分鐘記錄一次溫度;在海波完全熔化后再記錄4～5次。

（2）改用松香做實(shí)驗(yàn)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。

第三步：數(shù)據(jù)記錄與處理。讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過不同的表征形式進(jìn)行體現(xiàn)物質(zhì)的熔化規(guī)律。（以海波為例）

表征一：表格形式

表征二：圖像形式

AB：海波吸熱溫度升高，仍然是固態(tài)

B點(diǎn)：開始熔化

BC：熔化過程，海波吸熱溫度不變（48℃），為固液共存態(tài)

CD：吸熱，溫度升高，為液態(tài)

C點(diǎn)：熔化完成

表征三：文字形式

整個(gè)過程都從外界吸收熱量;溫度先上升后不變（48℃）再上升;物態(tài)變化是先固態(tài)后固液共存再液態(tài)。

探究活動(dòng)能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中，自己不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，同時(shí)獲取科學(xué)知識(shí)、體會(huì)科學(xué)方法、受到情感態(tài)度價(jià)值觀的熏陶。而在此過程中，學(xué)生需要大量的表征來(lái)闡明自己的探究?jī)?nèi)容，從而對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行理解和認(rèn)知。分析近幾年中考命題趨勢(shì)，主觀探究表述題目增多，對(duì)學(xué)生的表征能力測(cè)試加大。故此我們教師在平時(shí)的教學(xué)中，要對(duì)探究活動(dòng)精心設(shè)計(jì)，通過問題引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)觀察、思維沖突等形式，使學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的表征能力不斷增強(qiáng)。

課后說(shuō)題鞏固

2.3說(shuō)題練習(xí)鍛煉問題表征能力

美國(guó)教育學(xué)家布盧姆把學(xué)習(xí)目標(biāo)分成六類：知識(shí)、理解、應(yīng)用、分析、綜合、評(píng)價(jià)，其中知識(shí)、理解、應(yīng)用被稱為低階思維，分析、綜合、評(píng)價(jià)被稱為高階思維。特別是在近幾年中考的說(shuō)理題型表現(xiàn)有位突出，所以我們的教學(xué)要注重培養(yǎng)學(xué)生高階思維，而說(shuō)題練習(xí)對(duì)學(xué)生形成高階思維的過程至關(guān)重要。也能鞏固學(xué)生對(duì)科學(xué)問題的表征能力。

在學(xué)習(xí)測(cè)量液體體積一課時(shí)，由于在量筒使用過程中會(huì)出現(xiàn)很多細(xì)節(jié)問題，導(dǎo)致測(cè)量只存在很多誤差，這是教學(xué)的難點(diǎn)，也是學(xué)生頭疼的問題，這時(shí)我們可以在課堂或課后選擇一些經(jīng)典題目讓學(xué)生進(jìn)行說(shuō)題，不但可以鍛煉他們思維能力，同時(shí)也可以鍛煉他們的問題表征能力，一舉兩得。

例題：某同學(xué)在用量筒量取液體時(shí)，先俯視讀得液，體的體積為34毫升，倒出一部分液體后，再仰視讀得液體的體積為15毫升，則倒出液體的體積是。

A.大于19毫升? B.小于19毫升C.等于19毫升? D.無(wú)法判斷

教師應(yīng)提前講清“學(xué)生說(shuō)題”過程，即“三說(shuō)”

說(shuō)知識(shí)：量筒讀數(shù)的誤差分析。

說(shuō)思維：在測(cè)量液體的實(shí)驗(yàn)中，讀數(shù)的。俯視偏大，仰視偏小。

說(shuō)方法： 生1：特殊值法。即倒出液體前俯視讀數(shù)為34毫升，結(jié)合“俯視偏大”可知，平視量筒讀數(shù)應(yīng)小于34毫升，如33毫升;倒出液體后仰視讀數(shù)為15毫升，結(jié)合“仰視偏小”可知，平視量筒讀數(shù)應(yīng)大于15毫升，如16毫升。則實(shí)際倒出液體應(yīng)為17毫升，結(jié)果小于19毫升，故B正確。

生2：作圖法。根據(jù)右圖量筒讀數(shù)時(shí)的要求，畫出對(duì)應(yīng)本題的體積數(shù)，自己體會(huì)三種情況下導(dǎo)致的誤差。引導(dǎo)學(xué)生得出：眼睛應(yīng)注視凹液面最低處，當(dāng)俯視讀出量筒的結(jié)果為34毫升時(shí)，此時(shí)的實(shí)際液面即為液面A;當(dāng)仰視讀出量筒的結(jié)果為15毫升時(shí)，此時(shí)的實(shí)際液面即為液面B.通過圖4可實(shí)際倒出部分液體的體積為液面A與液面B的體積數(shù)值差，即圖4中的陰影部分，很明顯比19毫升小。

教師點(diǎn)評(píng)：量筒讀數(shù)的誤差分析，對(duì)于七年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)重點(diǎn)，更是一個(gè)難點(diǎn)，雖然在平時(shí)的作業(yè)中反復(fù)練習(xí)，但在考試過程中，仍會(huì)有很多學(xué)生因?yàn)楦鞣N原因而做錯(cuò)。其主要原因是學(xué)生對(duì)該問題的認(rèn)識(shí)不深。通過生1和生2，尤其是生2的解決方法，學(xué)生更直觀地明白了背后的科學(xué)道理，培養(yǎng)了學(xué)生思維的深刻性，鍛煉學(xué)生對(duì)科學(xué)問題的表征能力。

表征是體現(xiàn)科學(xué)思維的一種有效途徑。因此，在平時(shí)的科學(xué)教學(xué)中，教師要有意識(shí)的對(duì)學(xué)生的表征能力進(jìn)行培養(yǎng)，才能讓學(xué)生的思維從低階向高階逐步發(fā)展，順利完成各種科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)。當(dāng)學(xué)生有了良好的表征能力時(shí)，不僅能輕松的理解初中科學(xué)問題，還能向更深層次的方向探究科學(xué)知識(shí)。當(dāng)然，培養(yǎng)學(xué)生的表征能力不僅限于文中的四種形式，我們教師要不斷的探索，尋找更多的方法對(duì)學(xué)生的表征能力近進(jìn)行有效培養(yǎng)。

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