周 建 秋

(瑞安市塘下鎮(zhèn)羅鳳中學(xué)，浙江 瑞安 325204)

在教學(xué)實(shí)踐中，教師對(duì)學(xué)生模型思維能力的培養(yǎng)出現(xiàn)種種弊端，因?yàn)槟Ｐ退季S能力缺乏層次性而導(dǎo)致的膚淺低效，或者教學(xué)情境不夠貼切而造成學(xué)生興趣不高，抑或教學(xué)方式單調(diào)而造成模型思維能力不夠深入，以致于達(dá)不到理想的效果。為此，教師要立足于教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，促進(jìn)學(xué)生模型思維能力的發(fā)展。

一、關(guān)于學(xué)生模型思維能力學(xué)習(xí)進(jìn)階的認(rèn)識(shí)

科學(xué)知識(shí)是發(fā)展學(xué)生模型思維能力的基礎(chǔ)，學(xué)生模型思維能力是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的具體體現(xiàn)。學(xué)生行為表現(xiàn)則是發(fā)展學(xué)生模型思維能力的途徑，學(xué)生行為表現(xiàn)直接關(guān)系到學(xué)生模型思維能力能否達(dá)成問(wèn)題。因此，為了更好地了解、培養(yǎng)與評(píng)價(jià)學(xué)生思維模型能力的發(fā)展水平，結(jié)合科學(xué)課程，構(gòu)建學(xué)生模型思維能力的發(fā)展可分為二個(gè)維度(如圖1所示)：

圖1 知識(shí)、行為與模型思維能力“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的二維結(jié)構(gòu)圖

橫向以科學(xué)知識(shí)、行為表現(xiàn)、能力水平發(fā)展為順序，縱向以認(rèn)識(shí)模型、理解模型、應(yīng)用模型、建構(gòu)模型發(fā)展構(gòu)成遞進(jìn)關(guān)系[1]。教師要根據(jù)科學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，突出學(xué)生模型思維能力培養(yǎng)的階段重點(diǎn)。例如，在講授磁感線(xiàn)時(shí)，教師要確定教學(xué)的目標(biāo)，讓學(xué)生說(shuō)出磁感線(xiàn)的特點(diǎn)，達(dá)到認(rèn)識(shí)模型即可。教師只有整體規(guī)劃學(xué)生模型思維能力培養(yǎng)的路徑，才能跳出教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的束縛，才能擺脫“走一步，看一步”的零亂的桎梏，才能站在“廬山”之外，看清攀登高峰的最佳途徑。

二、促進(jìn)學(xué)生模型思維能力發(fā)展“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的路徑

1.感知表征科學(xué)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展

模型思維能力發(fā)展的初級(jí)層次就是要求學(xué)生區(qū)別判斷模型，表征模型類(lèi)型[2]。根據(jù)科學(xué)模型所表現(xiàn)的形式不同，分為實(shí)物模型與思維模型[3]。實(shí)物模型有星圖、地形圖等；思維模型有磁場(chǎng)、物態(tài)變化圖示模型、生物層次結(jié)構(gòu)圖、物質(zhì)關(guān)系8圈圖等。根據(jù)科學(xué)模型所反映的內(nèi)容不同，常做以下分類(lèi)：對(duì)象模型，如磁感線(xiàn)、平面鏡等；過(guò)程模型，如水電解模型，體溫調(diào)節(jié)過(guò)程圖，血糖調(diào)節(jié)圖；條件模型，光滑平面，輕質(zhì)的杠桿等；數(shù)學(xué)模型，如密度公式、速度公式等；對(duì)稱(chēng)模型，如鏡像法等；關(guān)聯(lián)模型，如地月系、太陽(yáng)系等。例如，在物質(zhì)的微觀粒子模型教學(xué)中，教師可以出示金剛石與石墨兩種不同物質(zhì)，設(shè)置問(wèn)題，金剛石和石墨由什么微粒構(gòu)成？它們的宏觀性質(zhì)為什么會(huì)有這么巨大差異？呈現(xiàn)金剛石結(jié)構(gòu)圖、石墨結(jié)構(gòu)圖，讓學(xué)生感知模型。接著，教師舉例，二氧化碳分子與水分子的原子構(gòu)成情況。分發(fā)材料，讓學(xué)生動(dòng)手做出模型。然后，教師評(píng)價(jià)學(xué)生做好的模型。二氧化碳分子模型，3個(gè)原子呈直線(xiàn)排列，碳原子居中；水分子模型，氧原子應(yīng)居中，氫—氧—?dú)湓咏嵌燃s為105°。這樣，通過(guò)宏觀物質(zhì)呈現(xiàn)、微觀角度闡釋、動(dòng)手操作模型，學(xué)生能體會(huì)到模型就是形象地再現(xiàn)原型，更好地了解事物的本身。

2.理解模型建立的認(rèn)知價(jià)值，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展

科學(xué)模型是以結(jié)論、靜止的形態(tài)展現(xiàn)在學(xué)生面前，如果教師沒(méi)有從模型的源頭進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生就會(huì)感受不到科學(xué)學(xué)科特有的魅力與內(nèi)在蘊(yùn)涵思想。有些學(xué)生對(duì)科學(xué)模型的認(rèn)識(shí)只滿(mǎn)足于記住它的形式，而對(duì)模型所包含的深刻內(nèi)涵了解甚少，不明白模型建立的認(rèn)知價(jià)值，不明確模型成立的歷史條件，一概而論。作為教師，要關(guān)注科學(xué)模型的來(lái)龍去脈，模型是如何發(fā)生的，如何形成的，是如何發(fā)展。例如，在原子模型教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)科學(xué)史講解道爾頓的世界觀，他認(rèn)為世界是由很小微粒構(gòu)成，因此它建立了“實(shí)心球模型”。隨著科學(xué)的發(fā)展，湯姆生發(fā)現(xiàn)原子里還有微粒電子，他通過(guò)推理，原子中還應(yīng)有帶正電的微粒，因此構(gòu)建了自己的“西瓜(布丁)模型”。后來(lái)，盧瑟福做了a粒子散射實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。盧瑟福通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察、分析推理、聯(lián)想和類(lèi)比，建構(gòu)行星模型。隨后，證據(jù)一個(gè)個(gè)地發(fā)現(xiàn)，又出現(xiàn)了玻爾的“分層模型”、現(xiàn)代的“電子云模型”等。通過(guò)原子模型建立的科學(xué)史分析，模型不是一成不變的真理，它是講究證據(jù)的，是符合邏輯的，它也會(huì)不斷被新的模型質(zhì)疑，隨時(shí)可能被修改或代替。

圖2 原子核式結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)分析圖

3.應(yīng)用科學(xué)模型解釋科學(xué)現(xiàn)象，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展

模型是一個(gè)去偽存真、追本溯源的過(guò)程。模型能抽象出原型的本質(zhì)、特征，把問(wèn)題從千頭萬(wàn)緒縱橫交錯(cuò)的關(guān)系中顯現(xiàn)出來(lái)，并使它變得簡(jiǎn)潔明確[4]。如果我們恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用模型解釋?zhuān)湍転閱?wèn)題的解決帶來(lái)極大方便。例如，在解釋潛水艇與魚(yú)沉浮時(shí)，我們可以分別讓學(xué)生應(yīng)用“硬殼模型”、“軟殼模型”進(jìn)行解釋。教師提問(wèn)并出示材料：你有辦法讓一個(gè)裝入部分小石塊的礦泉水瓶下沉嗎？學(xué)生通過(guò)思考后提出2種實(shí)驗(yàn)方案：(1)繼續(xù)裝入小石塊，直至礦泉水瓶下沉；(2)將礦泉水瓶捏癟了，直至礦泉水瓶下沉。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這兩種方案均是可行的。第一種方案是在不改變礦泉水瓶的體積，只是增加它的重量的情況下實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)模型可稱(chēng)為“硬殼模型”?！坝矚つＰ汀迸c潛水艇沉浮相似。第二種方案是在改變礦泉水瓶的體積，不增加它的重量的情況下實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)模型可稱(chēng)為“軟殼模型”，“軟殼模型”與魚(yú)沉浮相似。因此，倘若學(xué)生能將新情景下的科學(xué)問(wèn)題跟已熟悉的模型進(jìn)行比較，運(yùn)用模型解釋?zhuān)蓽\入深、由此及彼，就能很好地理解科學(xué)問(wèn)題，起到事半功倍的效果。

4.建構(gòu)科學(xué)模型思維，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展

(1) 在科學(xué)知識(shí)整理中建構(gòu)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展。布魯納認(rèn)為結(jié)構(gòu)化的知識(shí)才是普適性最廣、遷移性最強(qiáng)的知識(shí)。知識(shí)網(wǎng)絡(luò)能刪煩就簡(jiǎn)，去粗存精，促進(jìn)了學(xué)生有效學(xué)習(xí)，而且?guī)椭鷮W(xué)生們更好地了解和研究知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈，找到繁多的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)在聯(lián)系，有利于學(xué)生綜合分析能力。例如，在“光的折射”教學(xué)中，如果教師只從局部知識(shí)點(diǎn)來(lái)思考，把光折射現(xiàn)象、光折射規(guī)律，光折射的成像特點(diǎn)等關(guān)鍵概念肢解成雜亂無(wú)章部分，那么不利于學(xué)生對(duì)光折射知識(shí)的意義建構(gòu)。教師可以把光的折射定律、折射現(xiàn)象、折射光路特點(diǎn)、折射成像的特點(diǎn)等知識(shí)編織網(wǎng)絡(luò)圖，揭示光的折射知識(shí)之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系，建構(gòu)模型(如圖3)，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展。

圖3 光的折射模型圖

(2) 在科學(xué)習(xí)題解決中建構(gòu)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展。在科學(xué)習(xí)題解決過(guò)程中，往往會(huì)存在多個(gè)相互影響或相互控制的因素，使整個(gè)過(guò)程隱晦莫測(cè)，讓解題者找不到思維的路徑，無(wú)從入手。這時(shí)可以通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)圖表，建構(gòu)思維模型，使學(xué)生的思維過(guò)程可視化，從而促進(jìn)模型思維能力發(fā)展。例如：用Zn(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液做下列實(shí)驗(yàn)(如圖4)，由此推斷濾液A是________；過(guò)量C溶液是________。(寫(xiě)一種)

圖4 Zn(NO3)2和Cu(NO3)2混合溶液的實(shí)驗(yàn)過(guò)程圖

圖5 關(guān)于“過(guò)量溶液C”的思維過(guò)程圖

(3) 在科學(xué)探究活動(dòng)中建構(gòu)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展?？茖W(xué)探究是學(xué)生建構(gòu)模型的重要方法，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，采用探究教學(xué)，重演科學(xué)知識(shí)的發(fā)生過(guò)程，建構(gòu)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展[4]。例如，在歐姆電律數(shù)學(xué)模型教學(xué)時(shí)，教師先演示小燈泡亮暗實(shí)驗(yàn)，分析電流與電壓、電阻的定性關(guān)系。接著明確研究目的，確定控制變量的研究方法。組織學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生的設(shè)計(jì)有很多，可能有以下四種電路圖(如圖6所示)。教師應(yīng)與學(xué)生一起進(jìn)行逐一討論并評(píng)價(jià)這些實(shí)驗(yàn)方案。再根據(jù)所設(shè)計(jì)的方案完成對(duì)電流、電阻、電壓的關(guān)系的定量研究，組織學(xué)生匯報(bào)成果。教師運(yùn)用投影儀上展示“研究電流與電阻、電壓的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并讓其他成員評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，共同討論分析數(shù)據(jù)背后的隱藏規(guī)律，得出結(jié)論，建立歐姆電律數(shù)學(xué)表達(dá)式。

圖6 歐姆定律設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖

(4) 在深度學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)模型，促進(jìn)模型思維能力發(fā)展。深度學(xué)習(xí)就是教師在教學(xué)過(guò)程中，用科學(xué)特有的內(nèi)在本質(zhì)啟迪學(xué)生的智慧，用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的深刻性激發(fā)學(xué)生的思維[5]。教師要選擇典型的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)有思維深度的教學(xué)問(wèn)題，在深度學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)模型，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維發(fā)展。例如，以往對(duì)于“大氣的壓強(qiáng)”教學(xué)，大多數(shù)教師采用演示實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)大氣壓，學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證大氣壓，教師再講解大氣壓的測(cè)量。學(xué)生在聽(tīng)、看、記、做學(xué)習(xí)過(guò)程中形成知識(shí)。這樣的教學(xué)，學(xué)生只能按部就班地按照老師教的去操作，缺少高階思維的培養(yǎng)，缺乏對(duì)大氣壓認(rèn)識(shí)的深度。為了促進(jìn)學(xué)生由低階思維向高階思維思維有序進(jìn)階，教師可以采用了三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)過(guò)程，認(rèn)識(shí)大氣壓，測(cè)量大氣壓，利用大氣壓。在利用大氣壓教學(xué)過(guò)程中，教師可以創(chuàng)設(shè)情境，先播放某一城市景觀噴泉實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生提供創(chuàng)造模型思維的意境，形成創(chuàng)造思維模型的心向。然后，教師可以提出問(wèn)題，如何利用圓底燒瓶、橡皮管、抽氣機(jī)、可口可樂(lè)、燒杯、水槽等儀器，設(shè)計(jì)一個(gè)噴泉實(shí)驗(yàn)？學(xué)生合作交流討論，得出結(jié)論。有的學(xué)生把橡皮管套在圓底燒瓶上，利用抽氣機(jī)對(duì)圓底燒瓶抽氣，然后把橡皮管套放在水槽中，形成噴泉。有的學(xué)生不斷地把可口可樂(lè)搖晃，使可口可樂(lè)中氣體壓強(qiáng)增大，然后打開(kāi)可口可樂(lè)，形成噴泉。教師通過(guò)有深度問(wèn)題的設(shè)計(jì)，引領(lǐng)學(xué)生在深度學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)大氣壓應(yīng)用模型，創(chuàng)造性解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生模型思維能力發(fā)展。

總之，促進(jìn)學(xué)生模型思維能力發(fā)展是提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，是全面落實(shí)育人目標(biāo)的重要舉措，是教師頂層設(shè)計(jì)學(xué)生核心能力發(fā)展的價(jià)值回歸。教師要根據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)的特點(diǎn)，立足教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生模型思維能力的發(fā)展。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] 楊玉琴.化學(xué)學(xué)科能力及其測(cè)評(píng)研究[D].上海：華東師范大學(xué)，2012：31.

[2] 翟小銘，郭玉英.美國(guó)科學(xué)建模教育研究三十年概述及啟示[J].全球教育展望，2015(12)：81-95.

[3] 周建秋.初中科學(xué)教學(xué)中學(xué)生建模能力的培養(yǎng)[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育，2010(10)：47-49.

[4] 姚建欣，郭玉英.為學(xué)生認(rèn)知發(fā)展建模：學(xué)習(xí)進(jìn)階十年研究回顧及展望[J].教育學(xué)報(bào)，2014(5)：35-42.

[5] 余文森.從有效教學(xué)走向卓越教學(xué)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：79.