支架式教学提升高中生物理建模能力的策略

仇振辉

【内容摘要】高中生物理建模能力培养是中学物理教学研究的重要内容，历来受到大家的重视。支架式教学以建构主义理论和最近发展区理论为指导，把教学过程比喻为教师在学生的已有能力和要求达到的能力之间搭上脚手架，让学生自己沿着脚手架攀爬到既定目标。支架式教学提升高中生物理建模能力具有理论的优越性和实践的可行性，其着眼点可以放在针对建模流程设置支架上，如在建模情景创设中设置引入支架，模型假设建立中设置探索支架，模型检验修正中设置交流支架，模型拓展升华中设置总结支架。

【关键词】支架式教学 高中生物理 建模能力

一、情景分析能力：信息的提取能力，问题呈现能力

学生在建立物理模型时所遇到的第一个问题就是信息的提取问题。许多学生建模困难就是因为信息的提取能力比较差。面对一个实际的复杂问题情境，无从下手，不知道如何提取有效信息。原因在于所研究事物通常不是只有一方面的特征，不同方面往往都有不同的特征，如果不能有效的甄别主次矛盾，便不能提取有效信息。

措施：通过支架来引导学生掌握抽象与概括、近似与忽略等方法，来提升信息的提取能力。抽象是指从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，而舍弃其非本质的特征。概括则是把抽象出来的本质属性推广到具有这些属性的所有事物上。抽象和概括能分清主次矛盾，把和所研究的问题无关的特征排除掉，只保留对所研究问题取关键作用的本质特征。从而使有效信息正确提取，物理模型逐渐清晰。如引导学生建立质点、点电荷模型，可以提供情景支架，引导学生思考，如计算比较人步行和骑自行车的平均速度时，通过问题支架引导学生发现体积大小在相对位移很小，对研究的问题没有影响的情况下，是可以忽略的，进一步引导学生得出，在这样的条件下，就可以忽略物体大小和形状，保留质量这个关键特征，在抽象和概括下建立质点的概念，点电荷则是忽略大小和形状，保留带电量这个关键特征。再如求跳水运动员从跳台上腾空到落水的时间，如把人抽象成一个质点，问题就简化为一个竖直上抛运动，处理起来就方便了，否则就会无从下手。在这里，近似和忽略也是提升信息提取能力的重要方法。如果不采用近似和忽略的方法，就会因为干扰因素太多而无法提取有效的信息，导致建模失败。

二、模型表征能力：问题数据的图像化能力

学生的数据图像化能力通俗的讲就是学生的作图能力，包括作情景图，受力分析图，过程分析图，二维关系图，三维关系图等等。作图的过程就是审题的过程，就是分析与综合的过程，就是抽象思维形象化、直观化的过程，往往图作对了，题也就能解了。这里涉及到画图的能力，分析与综合的能力，直观思维能力，逻辑思维能力。学生的问题有兩个，首先一个就是没有作图意识，或者作图意识淡薄，想不到要作图来帮助分析，只是觉得无从下手。第二个就是想作图而作不出，或作错了，这就涉及到信息的提取能力，学生觉得信息太多太乱，抓不住重点和关键，为一些次要因素所干扰，在本应忽略的细节上耗费脑力。抽象与概括，分析与综合能力不到位。

措施：这里首先要利用建议支架来提示学生作图，多次重复后使学生养成作图的习惯，从而培养良好的审题能力，分析与综合能力。然后利用一些范例支架给学生提供样板，例如跳水运动员从腾空到落水的时间。把运动员抽象成一个质点，然后画出竖直上抛的示意图，即重心位置的变化图，即可以利用竖直上抛的规律顺利求解了。

三、模型的分析与综合能力：过程的分解能力

学生建模困难的原因之一是不能区分不同过程，把所有的信息堆积在一起，导致头绪繁多，无从下手，尤其是碰到曲线运动，不会分解则困难重重。

措施：利用提示支架引导过程分析，借助作图帮助寻找过程联系。把一个复杂的运动分解为若干个相对简单的子运动，找到各子运动的连接点，比如飞机上跳伞，把运动分解为打开降落伞之前的自由落体运动和打开降落伞之后的匀减速运动，而连接点就是自由落体阶段的末速度和匀减速阶段的初速度是同一个值。而对于曲线运动，强调利用运动的合成分解，分方向研究。

四、模型的拓展与修正能力：模型的迁移能力、合作交流能力、多解的讨论能力

当学生遇到一个新的问题情境时，能够调动出脑海中已有的模型进行对比分析，从而建立起一个新的模型，这需要模型的迁移能力。例如：小船过河的题目中，已知过河路线和水速，要求船的最小速度。这时迁移到已知合力的方向和其中一个分力，求另外一个分力的最小值，问题就迎刃而解。因为过河路线就是小船的合速度方向。建构主义理论认为：面对同一个物理现象，不同的人通过接收信息，同化和顺应后建构起来的知识结构往往是不相同的，不完善的，有的甚至是错误的。因为不同的人原有的知识结构肯定有不同之处，在同化和顺应的过程中肯定会产生不同的影响，所以建构起来的知识结构并不能保证是对的，著名的鱼牛图就是反映这种现象。在支架式教学提升物理建模能力的过程中，同样面临着这样的问题，这就需要高中生要经常性的分享建模成果，取到既相互促进，又相互检验的效果。

措施：可以通过组织交流协作，评价总结等活动来促进成果的分享能力。活动是培养能力的重要平台，在提升高中生物理建模能力的措施中，交流协作是活动的重要形式。通过协作交流，可以取到取长补短，可以共享经验教训，可以相互验证自己建构起来的知识结构是否正确，可以相互促进对知识的进一步正确建构，也就能相互促进物理建模能力的提升。当一个问题含有多个可能结果时，学生往往因为思维缺乏周密性而漏解。而当一个问题的条件具有不确定性时，学生往往因为不知所措，无从下手。这里就需要学生具备多解的讨论能力。

（作者单位：江苏省启东市第一中学）