新課標(biāo)下利用建模法解決抽象問(wèn)題的教學(xué)實(shí)踐
——以“月相”為例

駱霞琴 虞曉科

（1.德清縣教育研訓(xùn)中心, 浙江 湖州 313200; 2.浙江省德清縣第二中學(xué), 浙江 湖州 313200）

一、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)

本課首先利用學(xué)生感興趣的案例創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，在學(xué)生興趣高漲時(shí)拋出課題。

情境：月夜謀殺案件（見(jiàn)圖1）。美國(guó)總統(tǒng)林肯曾是律師，他受理過(guò)這樣一個(gè)案子。原告證人指證阿姆斯特朗謀財(cái)害命。證人說(shuō)，11月18日晚上11點(diǎn)多，他在東邊的草垛旁往西看，清晰地看見(jiàn)了阿姆斯特朗的臉，阿姆斯特朗在離他30米外的西邊大樹(shù)下開(kāi)槍殺人。分析了這段證詞后，林肯立刻宣布證詞是編造的。

圖1 月夜謀殺案件

激疑引思：林肯是依據(jù)什么做出這樣的判斷？你是否也想當(dāng)一回福爾摩斯，揭開(kāi)案件真相呢？

二、觀察記錄，認(rèn)識(shí)月球形態(tài)

直觀感知是學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。為了使學(xué)生有充分的感性認(rèn)識(shí)，教師在課前一個(gè)月布置了學(xué)習(xí)任務(wù)。

任務(wù)1：連續(xù)觀察一個(gè)月的月相變化，完成“月相觀察記錄單”（見(jiàn)表1）。

表1 月相觀察記錄單

活動(dòng)1：與老師和同學(xué)交流月球的形態(tài)變化。

學(xué)生通過(guò)觀察、記錄、交流，梳理“月相”知識(shí)的前概念，明確月球的形態(tài)是在變化的。教師將學(xué)生畫的月球的一些典型形態(tài)依次呈現(xiàn)出來(lái)，并據(jù)此引出“月相”概念——月球的各種圓缺形態(tài)。

任務(wù)2：觀察、比較不同月相的月面面貌特征。

活動(dòng)2：觀察、比較不同月相的月面面貌，展示月相圖（圖略）。

學(xué)生認(rèn)為：月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同，雖然人們看到的月相在不停地變化，而事實(shí)上人們看到的始終是月球的同一個(gè)面。

三、模擬體驗(yàn)，感知月相變化

任務(wù)3：模擬日、月、地體系。

活動(dòng)3：學(xué)生兩人一組，利用電子屏、乒乓球，模擬日、月、地體系。

電子屏光面較大，可視作太陽(yáng)發(fā)出的平行光；乒乓球代表月球；學(xué)生自己代表地球上的觀察者（見(jiàn)圖2）。為了區(qū)別“月球”是否被太陽(yáng)光照射，學(xué)生用筆將乒乓球上未被太陽(yáng)光照射的部分涂成陰影。

圖2 模擬月相變化

通過(guò)模擬體驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)一步感知到月球不發(fā)光也不透明，但能反射太陽(yáng)光。人們能看到月球，是由于看到了月球被太陽(yáng)光照亮的那一面。

模擬活動(dòng)有利于培養(yǎng)學(xué)生的建模意識(shí)，為后續(xù)學(xué)生模型法思維的發(fā)展做好鋪墊。

四、建構(gòu)模型，探究月相成因

初一學(xué)生正處于具體形象思維向抽象思維發(fā)展的過(guò)渡階段，教師需要為其搭建一個(gè)形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)化的平臺(tái)。

任務(wù)4：建構(gòu)月相模型。

活動(dòng)4：利用自制教具，探究“月相”成因。

四位學(xué)生為一個(gè)小組（見(jiàn)圖3）。兩位學(xué)生平舉教師自制的月相演示KT板。一位學(xué)生模擬地球上的觀察者，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，依次用手機(jī)拍攝月相照片，并通過(guò)希沃白板同屏同播。另一位同學(xué)將拍攝的月相形狀依次畫在黑板上。

圖3 學(xué)生自主建構(gòu)模型過(guò)程

自制的月相演示KT板為學(xué)生搭建了探究的階梯，有助于學(xué)生建構(gòu)合適的日、月、地模型。模型的建構(gòu)，使抽象、宏觀、難以觀察的月相變化變得具體、形象，讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)生過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探究的樂(lè)趣。在學(xué)生建構(gòu)模型的過(guò)程中，顯化了抽象問(wèn)題，突破了教學(xué)難點(diǎn)。

教師在探究活動(dòng)的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)，使學(xué)生明確月相形成的原因：月球不發(fā)光、也不透明，只能反射太陽(yáng)光；月相是地球上的人看到的視覺(jué)形態(tài)，即被照亮的月面；月球繞地球運(yùn)動(dòng)，使太陽(yáng)、地球、月球三者的相對(duì)位置在一個(gè)月中有規(guī)律地變化；不同的位置觀察月球，月球會(huì)有圓缺變化，而且這種變化是有規(guī)律的。

五、完善模型，揭秘變化規(guī)律

模型法作為貫穿科學(xué)學(xué)習(xí)的重要認(rèn)知手段和思維方式，在解決科學(xué)抽象問(wèn)題時(shí)能發(fā)揮重要作用。教師可以從原型出發(fā)，抓住原型的本質(zhì)特征，用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)模型的理解，在這一過(guò)程中完善模型，揭秘月相圓缺形態(tài)變化的規(guī)律。

任務(wù)5：揭秘月相變化規(guī)律。

活動(dòng)5：一位學(xué)生頭朝北面，伸出雙臂俯趴在桌上，形成上北下南左西右東的指向標(biāo)。在他東面的一位學(xué)生舉起“東”字面板，西面的一位學(xué)生舉起“西”字面板，然后讓扮演指向標(biāo)的學(xué)生翻身觀察天空中的“月球”，并說(shuō)出自己的方位——上北下南左東右西。此時(shí)強(qiáng)調(diào)觀察天空或天空中的星體方位皆為“左東右西”。由此讓學(xué)生判斷圖2中C、G位置月球亮面的朝向。用陰影代表觀察不到的暗面，觀察到的部分留白。參照月相演示KT板繪制月球的各種圓缺形態(tài)。

問(wèn)題驅(qū)動(dòng)：（1）在拍攝“月球”的過(guò)程中，有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么特點(diǎn)？（2）月相變化的原因是什么？（3）月球和地球一樣，也有東西南北之分，我們所畫出的月相實(shí)際被照亮的是月球的哪一面呢？（4）上弦月和下弦月是最難區(qū)分的兩種月相，你能總結(jié)這兩種月相的特點(diǎn)嗎？（5）月相變化有什么規(guī)律？

學(xué)生在任務(wù)、活動(dòng)和問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的協(xié)同作用下，逐漸完善“月相模型”。學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)到：我們能看到的是月球被太陽(yáng)光照亮的那一面；拍攝到的不同月相的月面面貌相同，說(shuō)明我們只看到了月球的同一個(gè)面；月相變化的原因是月球繞地球運(yùn)動(dòng)，使太陽(yáng)、地球、月球三者的相對(duì)位置在一個(gè)月中有規(guī)律地變化；觀察天空和天空中的星體方位皆為“左東右西”，學(xué)生由此判斷圖2中C位置亮面朝西，G 位置亮面朝東；上弦月和下弦月的月相規(guī)律為“上上上西西，下下下東東”（上弦月上半月上半夜西邊天空西面亮，下弦月下半月下半夜東邊天空東面亮）；月相的變化規(guī)律為“新月—蛾眉月—上弦月—凸月—滿月—凸月—下弦月—蛾眉月—新月”（見(jiàn)圖4）。

圖4 月相模型圖

學(xué)生再次建構(gòu)日、地、月模型，揭秘月相變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)從具體形象到抽象邏輯的過(guò)渡。

六、運(yùn)用模型，促進(jìn)知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化

新課標(biāo)對(duì)“月球是地球的衛(wèi)星”提出的內(nèi)容要求是“學(xué)會(huì)運(yùn)用三球儀模擬地球、月球和太陽(yáng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)”。初中階段是學(xué)生具體形象思維向邏輯抽象思維過(guò)渡的重要階段，教師不可止步于用具體形象代替邏輯抽象。科學(xué)教學(xué)，不僅要利用模型讓學(xué)生認(rèn)識(shí)客觀現(xiàn)象，更要利用模型揭示事物發(fā)展的客觀規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的抽象邏輯思維能力，促進(jìn)知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化。

任務(wù)6：從科學(xué)角度賞析詩(shī)句中的月相。

活動(dòng)6：說(shuō)出詩(shī)句中相應(yīng)月相的名稱、出現(xiàn)的時(shí)間、月球亮面的朝向。

材料：“月上柳梢頭，人約黃昏后”“娟娟月姊滿眉顰，更無(wú)奈、風(fēng)姨吹雨”“海上生明月，天涯共此時(shí)”“今又重陽(yáng)，戰(zhàn)地黃花分外香”等。

詩(shī)句中分別描述了元宵節(jié)、七夕節(jié)、中秋節(jié)、重陽(yáng)節(jié)等我國(guó)根據(jù)農(nóng)歷確定的節(jié)日。農(nóng)歷中的月份就是根據(jù)朔望月確定的，每個(gè)月的朔為農(nóng)歷月的初一，望為十五或十六。通過(guò)老師的引導(dǎo)，學(xué)生以小組合作的方式展開(kāi)探究，觀察、分析客觀現(xiàn)象，歸納總結(jié)月相與農(nóng)歷的關(guān)系（見(jiàn)表2）。

表2 月相與農(nóng)歷的關(guān)系

任務(wù)7：成功破案。

活動(dòng)7：月夜謀殺案件當(dāng)天是農(nóng)歷初八，是上弦月。晚11點(diǎn)，月已落山或正懸于西方近地平線，證人由東往西看阿姆斯特朗是背光，不可能清晰地看見(jiàn)阿姆斯特朗的臉。

活動(dòng)6有利于跨學(xué)科的融合。活動(dòng)7與導(dǎo)入課堂的情境首尾呼應(yīng)，可以診斷學(xué)生利用模型法解決抽象問(wèn)題的實(shí)際水平，評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

模型法的應(yīng)用，不僅使學(xué)生獲得了結(jié)構(gòu)化的知識(shí)，而且提升了思維品質(zhì)，促進(jìn)知識(shí)向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化。應(yīng)用模型描述、解釋、預(yù)測(cè)客觀世界，能使科學(xué)探究從淺層次、低階思維向高層次、高階思維的水平發(fā)展。“模型建構(gòu)”是科學(xué)思維方式之一，從建模到用模、從具體形象到邏輯抽象、從低階思維到高階思維，旨在通過(guò)科學(xué)教育幫助學(xué)生逐漸形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。本課例建構(gòu)了一個(gè)合適的日、地、月體系模型，解決了學(xué)生不易觀察、難以理解的抽象事物的問(wèn)題。初中科學(xué)課程中常常涉及大量的抽象概念和理論，建模法大有可為。