基于模型建构促进初中生核心概念学习的尝试与分析

史贵阳

【摘要】物理课程以提高每个学生的科学素养为总目标，如何提高每个学生的科学素养是科学教师要思考的问题.在课堂教学中，运用模型构建来促进初中学生核心概念学习是一种行之有效的教学模式，在该模式中学生通过问题构建模型，依托模型形成策略，丰富策略获得主张，深化主张显露思想.

【关键词】模型构建；核心概念；初中物理

新课标特别重视培养学生的核心素养，那么什么是核心素养？对人的饮食而言，人们常说吃了多少饭和肉，吃了哪些蔬菜和水果，但从身体所需看则是摄入多少营养素.对教学而言，教师常说教什么概念，其实概念教学只是一个载体，教师更需要关注概念教学承载的思维教育，应将思维作为教学的核心要素来看待.要实现思维教育，教师可以采取的方式之一则是引导学生进行模型建构，这里的模型不是浅层次的实物模型，而是将学生思维显性化的思维模型.思维模型包括解决复杂问题的基本模型、理解疑难问题的分析模型和梳理知识的关系模型，这些模型旨在帮助学生解决科学问题，掌握科学核心概念，从而形成高阶科学思维.

1 基于模型建构促进初中学生核心概念学习的解读

模型构建属于科学思维的内容之一，它主要体现在以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型；运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程.在本文中，主要是基于初中学生科学核心概念学习中存在的三种模型关系的构建：

（1）基本模型：帮助学生解决疑难科学问题的模型，通过基本模型来理解复杂模型并解决实际问题；

（2）分析模型：通过规律建构的模型，可以获取事物间的关系，进而运用到解决复雜问题中；

（3）关系模型：大概念下建构的模型，有助于学生将碎片化的知识整合起来.

教师通过引导学生建立模型来理解科学核心概念是一种符合学生认知规律的教学模式，也是培养学生高阶思维的有效途径.

2 基于模型建构促进初中学生核心概念学习的实施策略

在日常学习中，学生往往会遇到各种生活实际问题，这些生活实际问题由于具有一定的复杂性会使得学生摸不着头脑，因此，教师有必要引导学生通过建构基本模型来解决复杂问题.

教学案例一 受力分析

受力分析是考查学生运用力学知识能力的重要方式，不少学生由于对知识的机械识记，导致其不能真正理解核心概念，形成科学思维.

如图1是站在匀速上升自动扶梯上的人的受力分析，不少学生会错误地认为人受水平方向上的摩擦力，主要是因为学生凭经验答题，而不是运用知识进行分析，为此，我们可以将模型进行拆解，形成基本模型进行教学.

站在匀速上升自动扶梯上的人是生活中常见的一种情形（模型1），具有一定的复杂性.教师可以引导学生将其抽象成模型2，人就相当于物体B，力F作用在A上，使得B与A一起向右做匀速直线运动.当然，这只是完成了模型建构的第一步，对于学生而言，这仍然是一个复杂问题，该模型的优势是去除了一些生活化元素对分析的干扰，也为基本模型的构建奠定了一定的基础.接着，教师进一步引导学生进行模型建构，由于物体B与A一起向右做匀速直线运动，因此以A为参照物，B是静止的，进而建构出模型3.易得该模型与第二个模型中物体B的受力情况一致，也与匀速上升自动扶梯上的人受力情况一致.运用该模型可分析出物体B在水平方向上不受摩擦力（因为物体B没有发生相对运动也不具有相对运动的趋势），进而得出站在匀速上升自动扶梯上的人在水平方向上不受摩擦力.

为了帮助学生真正掌握受力分析的科学方法，进一步形成思维，可以进行以下变式训练.教师引导学生根据模型4分离出模型5，进而建构模型6，再反过来分析出模型4中B在水平方向上的受力情况.

受力分析往往是生活实际问题的解决，但是科学研究往往又高于生活，这导致学生必须具备高阶思维才能解决这类问题，而基本模型的构建有利于学生解决此类问题.

教学案例二 电路分析

电路分析对于学生来说也是较难的部分，如何帮助学生准确进行电路分析，教师依旧可以采用建构基本模型的方法.

图2是具有防雾、除露、化霜功能的汽车智能后视镜模拟加热原理图，其中测试电源的电压为 10V，四段电热丝电阻均为 10Ω， 防雾、除露、化霜所需加热功率依次增大.

理解开关与三档功能及其电功率对学生来说有一定难度.此时教师不妨引导学生建构以下三个基本模型：

通过电功率公式P=U2/R，进一步分析可得模型1对应防雾，模型2对应除霜，模型3对应化霜.

教学案例三 密度概念建构

在提出密度公式后，教师提问学生物质的密度与质量大小是否有关.大部分学生认为有关，因为他们具有“铁比棉花重”这样的前概念.此时，教师说如果铁的体积小于棉花，铁的质量可以等于甚至小于棉花.为了让学生彻底摒弃原有的观点，教师特意举了这样一个例子：相同条件下，一克水的密度与一千克水密度相同，从而证明物质的密度与质量无关.

但上述教学手段是差强人意的，学生始终坚信密度与质量、体积有关.为此，笔者尝试用实验加模型构建的方式帮助学生构建密度概念.

实验器材：体积为1立方厘米、2立方厘米、3立方厘米的实心铁块各一个，台秤.用台秤分别称出上述铁块的质量，记录在下面的表格（表1）中.

然后引导学生将上述数据画到下列两幅坐标图中：

实验是科学教学的重要手段，实验可以将一个客观事实呈现在学生面前，让学生的认识发生改变.在进教室前，学生并非一无所知，他们的大脑里已经储备了一些经验和认识，这里有些是正确的，有些是不正确的，也就是我们经常提到的前概念.借助实验可以解决认知冲突，帮助学生建构新概念.

3 结语

利用模型建构促进学生核心概念学习的例子不胜枚举，归纳起来就是通过问题构建模型，依托模型形成策略，丰富策略获得主张，深化主张显露思想.

著名物理学家查德·费恩曼曾写过这样的诗句：

我想知道这是为什么？

我想知道为什么我想知道这是为什么？

我想知道究竟为什么我非要知道我为什么想知道这是为什么？

科学是一种方法，它教导人们：一些事物是如何被了解的，不了解的还有些什么.科学教学就是要将科学这种方法传授给学生.正所谓“授人以鱼不如授人以渔”.创新始于质疑，培养学生的问题意识是当前科学教学的重中之重.在科学教学中，我们要引导学生养成一种独创精神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，这比科学本身的价值更巨大.教师还要学会问自己：“有没有更好的办法来教？”

教学有法，教无定法.不管教师采用哪种教学方法，最终的目的是让学生真正理解知识.我国著名物理学家李政道说过一句话：求学问，须学问；只学问，非学问.模型构建的教学是培养学生思维能力的教学，在模型构建中中，学生的科学素养不断得到提升.

参考文献：

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[3]郭玉英，姚建欣.基于核心素养学习进阶的科学教学设计[J].课程·教材·教法.2016，36（11）：64-70.

[4]任虎虎.基于核心素养的物理深度教学策略探讨[J].物理之友，2019，35（01）：23-25