基于模型認知的“物態變化”復習課的教學設計

摘 要：復習課的教學設計能反映出教師的教學理念、教學行為.本文分析“物態變化”課題的課程標準和學情;綜述相關文獻并創新提出從模型認知的角度進行教學設計.分別建構物態變化的分子模型、判斷物態變化的思維模型和物態變化的過程模型等多角度進行知識的結構化處理，從而培養學生的解決問題的思維方法.

關鍵詞：模型認知;物態變化;復習課;教學設計

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）22-0042-03

作者簡介：徐祝林（1975-），男，浙江開化人，本科，中學高級教師，研究方向：基于科學本質的科學課堂教學研究和試題編制研究.

1 課程標準及學情分析

課程標準關于物態變化課程內容的要求為：了解物質三態及三態變化的特點，如水的沸騰、晶體的熔化和凝固;能用圖像描述這些特點，知道物態變化伴隨吸熱和放熱;能用物質粒子模型簡要解釋物質的三態變化，體驗建立模型的思想方法.相關課程活動為：觀察水的沸騰現象;觀察晶體熔化過程，描繪晶體熔化曲線圖[1].

由于物態變化內容安排在浙教版科學的七年級上冊，到初三復習階段學生的遺忘率較高，并且對如何判斷物態變化、物態變化發生的條件和解釋日常生活中的物態變化現象等能力要求不足.另外部分內容繁多，知識存在碎片化.根據初三學生的特點，教師如果還是按照傳統的復習路徑，學生勢必會抗拒復習課.

2 教學設計創新點

關于“物態變化”復習的文獻資料，都試圖通過創設真實情境（活動或項目等）對知識結構化以達到復習核心概念的目的.謝惠梅[2]用循環圖進行知識回顧、再現重點實驗、相關知識點進行比較和歸類，引導學生關注生活及自然界中的物態變化，通過觀察和分析加深對知識的理解和應用.楊琳[3]整合多種資源，優化基于任務驅動的線上中考物理復習課設計，對提高線上教學質量，促進學生深度學習進行探索. 周梁琴[4]基于“單元設計”思想通盤統籌需要復習的知識點，明確復習的方向;利用DIS數字傳感器重演重點實驗，加深對“探究”的內涵理解，發展高階思維;在“答—問”評價模式下，確保復習流程的順利進行.王娟[5]采用生活化情境實施教學活動，能夠引導學生從中體驗到物理知識的魅力，激發學生的求知欲與思考的動力，讓復習課更加有效.

但鮮有教師從模型認知的角度進行教學設計.模型認知，是指學生在學習知識的過程中，通過抽象、概括和一般化，把特定的研究對象或問題轉化為普遍的本質規律（一個已有的關系、共性或結構等），從而用以解決問題的思維方法[6].因此筆者通過創設真實情境，喚起學生回憶知識，重新建構物態變化的分子模型，建構物態變化的思維模型以及過程模型等活動達到高效復習的目的.同時融入科學思維，試圖讓學生的思維可視化，達到對“物態變化”核心知識結構的深度復習，從而提高學生的核心素養和解決問題的深度思維.

3 核心素養目標

在物理觀念方面，通過復習、整理碎片化知識及重構物態變化的各類模型對知識進行結構化處理，利用相關模型判斷物態變化、解釋日?，F象中的物態變化.

在科學思維方面，通過復習，重構物態變化的分子模型、判斷物態變化的思維模型和過程模型，感受模型建構的作用和意義[7].

在科學探究方面，通過觀察演示實驗，能從多種信息源中選擇有用的信息提高、鍛煉觀察、比較技能;通過對冰的熔化和水的沸騰條件的實驗探究，提高對獲得的事實、數據進行分析和處理的能力;通過 “碘能從固態直接變為氣態”的實驗探究，自主設計實驗方案，強化參與探究活動的思維深度，樹立證據意識.

在科學態度與責任方面，通過演示實驗創設真實情境，激發對科學現象的好奇心和求知欲，保持學習的熱情;通過分析車玻璃起霧的原因和除霧的討論活動，形成嚴謹求實的科學態度，樹立交通安全意識.

4 教學設計

4.1 建構分子模型

教師活動：演示實驗，在盛水的水槽中加入干冰.

學生活動：仔細觀察觀象，發現：干冰過一段時間消失;水槽上方出現大量“白氣”;水槽內的水結冰.

教師活動：請用物質的固態、液態、氣態分子模型對觀察到的現象中涉及到物態變化進行構圖，并標注吸（放）熱.

學生活動：學生分組討論，并互相交流構圖.

教師活動：教師根據學生的交流結果，在黑板上板書如圖1所示.并問學生如何完善圖1.

學生活動：學生分組討論，并進行補充完善.

教師活動：根據學生的交流結果，在黑板上補充完善板書，如圖2所示.

設計意圖：通過演示實驗，幫助學生提高復習課的興趣.通過固態、液態和氣態分子模型對物態變化的狀態進行模型重構，達到知識結構化的目的，從而使得學生能用物質粒子模型簡要解釋物質的三態變化，感受建立模型的思想方法.

4.2 建構思維模型

教師活動：教師提問，根據實驗現象，請描述發生某一物態變化的具體過程，并歸納判斷物態變化的思維模型.

學生活動：學生分組討論，并進行判斷物態變化的思維模型的構建.

教師活動：和學生一起建構思維模型，結合干冰的物態變化思維模型進行教學，在圖2上標上升華這一物態變化.并在圖2的右側板書判斷物態變化的思維模型如圖3所示.

學生活動：學生根據判斷物態變化的思維模型，分析判斷水槽上方出現大量“白氣”和水槽內的水結冰現象，并在圖2中標上液化和凝固，如圖4所示.

教師活動：教師根據學生的交流結果，在黑板上板書如圖4所示.并提問學生如何完善圖4.

學生活動：學生分組討論，并進行補充完善.

教師活動：根據學生的交流結果，在黑板上補充完善板書，如圖5所示.

設計意圖：通過完善物態變化的分子模型幫助學生對物態變化進行整體架構，幫助學生樹立從粒子角度對物態變化進行分析解釋的思想.通過建構判斷物態變化的思維模型，幫助學生建構問題解決的思維模型，從而達到舉一反三的目的.

4.3 構建過程模型

教師活動：教師提問，如何使起始狀態向最終狀態轉化？請以冰為研究對象，設計實驗進行說明.

學生活動：學生分組合作討論實驗方案.

教師活動：對學生展示的實驗方案進行點撥，并提醒學生注意實驗操作注意事項，以及如何記錄相關數據.

學生活動：學生按圖6所示的裝置進行分組實驗.

教師活動：教師巡視并用手機對錯誤的實驗操作進行拍照，用希沃助手進行展示點評，并幫助學生解決實驗中遇到的問題.

學生活動：學生對實驗收集到的數據進行處理，得到圖7的大致圖像.并得出晶體熔化和沸騰的發生條件.

設計意圖：通過冰的熔化條件和水沸騰條件的實驗探究，可以對學生科學探究過程的理解以及對實驗技能進行訓練;可以加強學生對物態變化中兩大實驗的深入認識;通過實驗數據的收集和數據的處理，幫助學生理解科學探究需要證據意識.另外通過對冰的熔化和水沸騰條件進行實驗探究，可以幫助學生建構過程模型，從而深入理解模型的意義，提高思維品質.

4.4 相關模型應用

教師活動：請根據所建構的物態變化相關模型，在PPT上展示如下兩道思考題：

（1）冬天、夏天車窗起霧的原因是什么？如何除霧？

（2）在做“碘的升華”實驗時，用酒精燈直接對放有少量固態碘的碘升華管加熱，如圖8所示，發現碘升華管內出現紫色的碘蒸氣.小科同學上網查閱資料發現，常壓下，碘的熔點為113.60℃，碘的沸點為184.25℃，酒精燈火焰的溫度約400℃，根據這些資料，小科認為在實驗中，碘可能經歷由固態到液態再到氣態的變化過程，教師的實驗并不能得到碘升華結論.針對小科的結論，請設計一個實驗，證明碘能從固態直接變為氣態，可以選用上述器材或補充必要的輔助器材，寫出實驗方案并簡要說明.

學生活動：小組成員討論，并展示交流.

設計意圖：通過思考題（1），幫助學生運用物態變化的分子模型、判斷物態變化的思維模型以達到解決實際問題的目的，并幫助學生樹立交通安全意識，培養學生的科學態度、情感和價值觀[8].通過思考題（2），為了控制碘受熱的溫度不高于碘的熔點，將放有少量固態碘的碘升華管放在燒杯里的水中，用酒精燈對燒杯加熱，幫助學生理解水浴加熱的作用以及回憶初中階段水浴加熱的相關實驗.同時體現科學教學的STSE教學理念.

5 板書設計

模型建構的過程反映知識從表象到本質的概念的形成過程，同時模型建構體現學生思維的可視化過程.因此本節課設計結構化板書，如圖9所示.

6 教學反思

基于思維模型建構的復習課實質是將教授主義的教學設計轉變為建構主義的教學設計[9]，充分體現“學為中心”的課堂，也達到科學探究的教學要求，從而發展學生的高階思維.通過思維模型建構的復習，基于學生的前概念和真實情境，通過對碎片化知識進行結構化處理，達到知識遷移的目的.由于本節課的復習教學是基于三大思維模型的建構，特別是對冰的熔化條件和水沸騰條件的再探究，時間較緊，教師可以適當把該塊內容的復習放在長課中進行教學.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]謝惠梅.初中物理“物態變化”復習課教學設計[J].中學物理教學參考，2021，50（09）：40-42.

[3]楊琳.任務驅動型復習課線上教學設計——以“物態變化”復習課為例[J].物理教學探討，2021，39（03）：31-34.

[4]周梁琴，許幫正.物理高效復習課的架構實踐——以“物態變化”的復習為例[J].物理教學探討，2020，38（07）：4-6+9.

[5]王娟.基于生活情境的復習課教學設計——以蘇科版“物態變化”復習課為例[J].中學物理教學參考，2020，49（08）：64-65.

[6]劉四方.基于思維模型結構的探究試題命制與應用[J].化學教學，2017（07）：77-83.

[7]樊祥民，陳素娟.基于物理認知模型的教學設計——以“平拋運動”教學為例[J].物理教師，2020，41（10）：25-28.

[8]張傳來.“物態變化”單元復習課教學設計[J].黑龍江教育（中學），2017（Z1）：14-15.

[9]王文清，郭玉英，賈永.中學物理課堂探究中學生的認知發展心理模型[J].物理教師，2014，35（10）：2-3+11.

（收稿日期：2021-07-03）