胡國芬 毛國永

[摘要]提高學生的核心素養(yǎng)是科學教育的宗旨與目標。科學思維是科學核心素養(yǎng)的重要組成部分，其中建構(gòu)模型是促進學生發(fā)展科學思維的有效手段和方式。在知識鞏固、解題套路、歷史教育等方面科學地建構(gòu)模型，可以促進學生厘清科學知識，發(fā)展抽象邏輯思維，培養(yǎng)科學精神，發(fā)展核心素養(yǎng)

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);模型建構(gòu);知識鞏固;解題套路;歷史教育

[中圖分類號] G633.98

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）14-0092-02

“模型”是人們?yōu)榱朔奖阊芯靠茖W問題和探討科學問題的本質(zhì)，對研究對象的屬性進行科學抽象所做的一種簡化的描述或模擬[1]。科學模型是溝通科學基礎(chǔ)知識與科學應(yīng)用之間的橋梁，是科學自身發(fā)展的階梯，研究模型有助于學生對科學的探索，同時使學生對科學產(chǎn)生學習的興趣?！读x務(wù)教育初中科學課程標準（2011年版）》指出：“讓學生經(jīng)歷科學探究的過程，增進對科學探究的理解，發(fā)展科學探究能力，初步養(yǎng)成科學探究的習慣，增加創(chuàng)新意識和實踐能力……”基于模型建構(gòu)的科學學習方式有利于促進學生進行科學探究，提高學生的科學探究能力，培養(yǎng)學生的科學核心素養(yǎng)。

一、在知識鞏固中建模，厘清科學知識

隨著學習的深入，學生掌握的科學知識逐漸形成網(wǎng)絡(luò)，當中有知識的橫向式拓寬，也有知識的遞進式深化。通過橫向擴延和縱向深入，學生的知識和能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，學生的創(chuàng)造性思維也得到了很好的發(fā)展。在這過程中，建構(gòu)模型是揭示知識內(nèi)在聯(lián)系的好方法，通過建模、聯(lián)想、推理出一系列規(guī)律，使學生實現(xiàn)從學會建構(gòu)科學模型到運用科學模型的飛躍。

例如，《浮力》復(fù)習中，引導(dǎo)學生以“浮力”為主題，聯(lián)想浮力的相關(guān)知識以及各知識所對應(yīng)的各個分支，用知識網(wǎng)絡(luò)模型呈現(xiàn)知識之間的橫向與縱向聯(lián)系及深化。如圖1所示的知識網(wǎng)絡(luò)模型為框架結(jié)構(gòu)的模型，也可建構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)、思維導(dǎo)圖結(jié)構(gòu)等的模型。

在章節(jié)復(fù)習過程中，對知識進行梳理，形成知識網(wǎng)絡(luò)圖，建構(gòu)科學模型，不但使知識清晰，重點突出，便于學生理解和記憶以及提取知識，而且有利于培養(yǎng)學生的歸納、概括能力和語言表達能力，從而發(fā)展學生的科學思維。

又如，在《運動和力》教學中，利用如圖2所示的知識網(wǎng)絡(luò)模型，可以厘清力和運動的關(guān)系。

客觀事物總是處在多種因素交錯的復(fù)雜紛亂狀態(tài)中，這就使得人們深入研究某個問題時面臨難以著手的困難。借助模型能夠抓住事物的主要特征，凸顯事物本質(zhì)。尤其是對那些“時過境遷”、不能再現(xiàn)和不可能直接觀察到的現(xiàn)象，更需要借助模型的研究，提高學生的思維能力，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)[2]。

二、在解題套路上建模，發(fā)展抽象思維

解決科學問題對改善科學教學具有現(xiàn)實意義，加強科學問題解決的學習應(yīng)該成為改善學生科學學習的切入口。解決科學問題活動是探索的過程，而不是操練的過程，對于促進思維能力、應(yīng)用與實踐能力提升及改善課堂氣氛具有重要作用。解決科學問題活動的實質(zhì)是科學思考，是高級的思考過程。在解決科學問題教學中，我們強調(diào)仔細審題，明確科學過程，在頭腦中建立清晰的圖形，其實也就是建構(gòu)模型的過程。

比如，浮力大小的比較和計算，一般有以下幾種方法：（1）稱重法：F_浮=G_物-F_拉;（2）阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排;（3）狀態(tài)分析法：F_浮=G_物。由于公式和方法較多，學生往往無從下手，找不到著力點，這就需要教師引導(dǎo)學生分析特點、歸納類型、選擇方法、建構(gòu)模型。在教學中，通過層層引導(dǎo)和生生合作，建立了以下三種模型：

1.不同液體，同一個球

密度計測不同液體密度時的浮力、潛水器或船只在淡水和鹽水中的浮力等實例都可以利用如圖3的模型對應(yīng)的方法，即狀態(tài)分析法：（F_浮=G_物），來比較或計算浮力的大小。

2.同種液體，V_排不同的球

如圖4的模型對應(yīng)的方法為阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排，適用于潛水器在上浮和下潛過程中的浮力、湯圓煮熟后上浮過程中的浮力、魚鰾控制魚上升和下沉時的浮力等。

3.同種液體，質(zhì)量不同的球

當遇到質(zhì)量不同的物體在同種液體中漂浮時，可以運用如圖5的模型對應(yīng)的方法，即狀態(tài)分析法：F_浮=G_物。生活中的實例有萬噸巨輪卸貨或裝貨時的浮力等。

錯綜復(fù)雜的習題，看似不同， 細細分析，不難發(fā)現(xiàn)有些許共同之處。分析相應(yīng)的特點，對習題進行歸類，并抽絲剝繭，建構(gòu)相應(yīng)的模型，可化難為易，提升學生的思維能力，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

三、在歷史教育中建模，樹立科學精神

人的思維在不斷進步，因此科學發(fā)現(xiàn)也在不斷進步和修正。模型建構(gòu)的實質(zhì)就是要在自然現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)科學的本質(zhì)與規(guī)律[3]。尋找科學的本質(zhì)與規(guī)律的過程往往需要花遇幾年、幾十年甚至幾代人鍥而不舍地研究。在科學歷史教育過程中，應(yīng)讓學生體驗建構(gòu)模型的過程，領(lǐng)悟科學探究的艱辛與曲折，從而逐漸養(yǎng)成科學素養(yǎng)。

例如，“原子結(jié)構(gòu)模型的建立”教學中，在滲透科學歷史教育的同時，讓學生參與并體驗?zāi)Ｐ徒?gòu)的過程。首先，讓學生嘗試畫一畫原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，教師根據(jù)部分學生所畫的“實心球”，引出并介紹道爾頓的實心球模型及湯姆生的西瓜模型。在質(zhì)疑的過程中得出“西瓜模型也是不客觀的”，繼而通過盧瑟福α粒子散射實驗的動畫發(fā)現(xiàn)特殊現(xiàn)象;緊接著在教師的引導(dǎo)下小組討論與推斷原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，過程如下：

教師詢問學生：“絕大多數(shù)的α粒子通過金箔，沿原方向前進，可以推斷出原子內(nèi)部是怎樣的？”引導(dǎo)學生想象“如果你站在一個球形教室外，而這個教室是實心的，你還能進入教室并從教室的另一側(cè)出來嗎？”分析出原子內(nèi)部是空曠的。繼續(xù)指出：如果內(nèi)部是空的，應(yīng)該是所有粒子穿過去，而不會出現(xiàn)少數(shù)α粒子改變了方向（散射）的現(xiàn)象;得出“原子內(nèi)有障礙物，但是障礙物比較小，大多數(shù)粒子沒有碰到這個障礙物”;引導(dǎo)學生分析極個別的α粒子反彈回去的原因是障礙物帶正電荷。最后提問：“這個障礙物和α粒子相比，它的質(zhì)量如何呢？”最后通過“一個瘦小孩撞到一個胖小孩之后……胖小孩質(zhì)量大，瘦小孩被反彈”這一比喻推導(dǎo)出“這個障礙物質(zhì)量大”，由此引出“原子核”以及盧瑟福的有核模型，模型建構(gòu)過程圖如圖6所示。

模型是一種理想化的形態(tài)，在科學教學中，重視模型思想的運用，建立和正確使用模型，能將復(fù)雜問題簡單化、明了化，使抽象問題直觀化、具體化。教學中，教師要有意識地引導(dǎo)學生樹立建模思想，使學生逐步學會在觀察、分析的基礎(chǔ)上，從紛繁復(fù)雜的具體問題中抽象出模型，通過模型簡化思維，促進學生良好思維品質(zhì)的形成，真正實現(xiàn)核心素養(yǎng)發(fā)展的“育人為真”的教育日標。

[參考文獻]

[1]胡永兵.基于核心素養(yǎng)的初中科學核心概念教學探索[J].中學教學參考，2017（ 20）：79-81.

[2]蔡方芳.科學建模，“顯”化思維：例談建模法在初中科學教學中的應(yīng)用[J].教學月刊·中學版（教學參考），2013（9）：19-21.

[3]沈星華，試論模型建構(gòu)在初中科學教學中的應(yīng)用[J].中學課程輔導(dǎo)，2013（9）：91-93.

（責任編輯 黃春香）