基于模型建構促進初中生核心概念學習的嘗試與分析

史貴陽

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

【關鍵詞】模型構建；核心概念；初中物理

新課標特別重視培養學生的核心素養，那么什么是核心素養？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素.對教學而言，教師常說教什么概念，其實概念教學只是一個載體，教師更需要關注概念教學承載的思維教育，應將思維作為教學的核心要素來看待.要實現思維教育，教師可以采取的方式之一則是引導學生進行模型建構，這里的模型不是淺層次的實物模型，而是將學生思維顯性化的思維模型.思維模型包括解決復雜問題的基本模型、理解疑難問題的分析模型和梳理知識的關系模型，這些模型旨在幫助學生解決科學問題，掌握科學核心概念，從而形成高階科學思維.

1 基于模型建構促進初中學生核心概念學習的解讀

模型構建屬于科學思維的內容之一，它主要體現在以經驗事實為基礎，對客觀事物進行抽象和概括，進而建構模型；運用模型分析、解釋現象和數據，描述系統的結構、關系及變化過程.在本文中，主要是基于初中學生科學核心概念學習中存在的三種模型關系的構建：

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

（2）分析模型：通過規律建構的模型，可以獲取事物間的關系，進而運用到解決復雜問題中；

（3）關系模型：大概念下建構的模型，有助于學生將碎片化的知識整合起來.

教師通過引導學生建立模型來理解科學核心概念是一種符合學生認知規律的教學模式，也是培養學生高階思維的有效途徑.

2 基于模型建構促進初中學生核心概念學習的實施策略

在日常學習中，學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雜性會使得學生摸不著頭腦，因此，教師有必要引導學生通過建構基本模型來解決復雜問題.

教學案例一 受力分析

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

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

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），具有一定的復雜性.教師可以引導學生將其抽象成模型2，人就相當于物體B，力F作用在A上，使得B與A一起向右做勻速直線運動.當然，這只是完成了模型建構的第一步，對于學生而言，這仍然是一個復雜問題，該模型的優勢是去除了一些生活化元素對分析的干擾，也為基本模型的構建奠定了一定的基礎.接著，教師進一步引導學生進行模型建構，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，進而建構出模型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沒有發生相對運動也不具有相對運動的趨勢），進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.

為了幫助學生真正掌握受力分析的科學方法，進一步形成思維，可以進行以下變式訓練.教師引導學生根據模型4分離出模型5，進而建構模型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，但是科學研究往往又高于生活，這導致學生必須具備高階思維才能解決這類問題，而基本模型的構建有利于學生解決此類問題.

教學案例二 電路分析

電路分析對于學生來說也是較難的部分，如何幫助學生準確進行電路分析，教師依舊可以采用建構基本模型的方法.

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.

理解開關與三檔功能及其電功率對學生來說有一定難度.此時教師不妨引導學生建構以下三個基本模型：

通過電功率公式P=U2/R，進一步分析可得模型1對應防霧，模型2對應除霜，模型3對應化霜.

教學案例三 密度概念建構

在提出密度公式后，教師提問學生物質的密度與質量大小是否有關.大部分學生認為有關，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，鐵的質量可以等于甚至小于棉花.為了讓學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，從而證明物質的密度與質量無關.

但上述教學手段是差強人意的，學生始終堅信密度與質量、體積有關.為此，筆者嘗試用實驗加模型構建的方式幫助學生構建密度概念.

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量，記錄在下面的表格（表1）中.

然后引導學生將上述數據畫到下列兩幅坐標圖中：

實驗是科學教學的重要手段，實驗可以將一個客觀事實呈現在學生面前，讓學生的認識發生改變.在進教室前，學生并非一無所知，他們的大腦里已經儲備了一些經驗和認識，這里有些是正確的，有些是不正確的，也就是我們經常提到的前概念.借助實驗可以解決認知沖突，幫助學生建構新概念.

3 結語

利用模型建構促進學生核心概念學習的例子不勝枚舉，歸納起來就是通過問題構建模型，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？

科學是一種方法，它教導人們：一些事物是如何被了解的，不了解的還有些什么.科學教學就是要將科學這種方法傳授給學生.正所謂“授人以魚不如授人以漁”.創新始于質疑，培養學生的問題意識是當前科學教學的重中之重.在科學教學中，我們要引導學生養成一種獨創精神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，這比科學本身的價值更巨大.教師還要學會問自己：“有沒有更好的辦法來教？”

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

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.全日制義務教育科學（1-9年級）課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]鄭青岳.指向理解的科學教學[M].杭州：浙江教育出版社，2020.

[3]郭玉英，姚建欣.基于核心素養學習進階的科學教學設計[J].課程·教材·教法.2016，36（11）：64-70.

[4]任虎虎.基于核心素養的物理深度教學策略探討[J].物理之友，2019，35（01）：23-25