基于核心素养的初中科学模型的建构

胡国芬 毛国永

[摘要]提高学生的核心素养是科学教育的宗旨与目标。科学思维是科学核心素养的重要组成部分，其中建构模型是促进学生发展科学思维的有效手段和方式。在知识巩固、解题套路、历史教育等方面科学地建构模型，可以促进学生厘清科学知识，發展抽象逻辑思维，培养科学精神，发展核心素养

[关键词]核心素养;模型建构;知识巩固;解题套路;历史教育

[中图分类号] G633.98

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）14-0092-02

“模型”是人们为了方便研究科学问题和探讨科学问题的本质，对研究对象的属性进行科学抽象所做的一种简化的描述或模拟[1]。科学模型是沟通科学基础知识与科学应用之间的桥梁，是科学自身发展的阶梯，研究模型有助于学生对科学的探索，同时使学生对科学产生学习的兴趣。《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》指出：“让学生经历科学探究的过程，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力，初步养成科学探究的习惯，增加创新意识和实践能力……”基于模型建构的科学学习方式有利于促进学生进行科学探究，提高学生的科学探究能力，培养学生的科学核心素养。

一、在知识巩固中建模，厘清科学知识

随着学习的深入，学生掌握的科学知识逐渐形成网络，当中有知识的横向式拓宽，也有知识的递进式深化。通过横向扩延和纵向深入，学生的知识和能力产生了质的飞跃，学生的创造性思维也得到了很好的发展。在这过程中，建构模型是揭示知识内在联系的好方法，通过建模、联想、推理出一系列规律，使学生实现从学会建构科学模型到运用科学模型的飞跃。

例如，《浮力》复习中，引导学生以“浮力”为主题，联想浮力的相关知识以及各知识所对应的各个分支，用知识网络模型呈现知识之间的横向与纵向联系及深化。如图1所示的知识网络模型为框架结构的模型，也可建构为树状结构、思维导图结构等的模型。

在章节复习过程中，对知识进行梳理，形成知识网络图，建构科学模型，不但使知识清晰，重点突出，便于学生理解和记忆以及提取知识，而且有利于培养学生的归纳、概括能力和语言表达能力，从而发展学生的科学思维。

又如，在《运动和力》教学中，利用如图2所示的知识网络模型，可以厘清力和运动的关系。

客观事物总是处在多种因素交错的复杂纷乱状态中，这就使得人们深入研究某个问题时面临难以着手的困难。借助模型能够抓住事物的主要特征，凸显事物本质。尤其是对那些“时过境迁”、不能再现和不可能直接观察到的现象，更需要借助模型的研究，提高学生的思维能力，发展学生的核心素养[2]。

二、在解题套路上建模，发展抽象思维

解决科学问题对改善科学教学具有现实意义，加强科学问题解决的学习应该成为改善学生科学学习的切入口。解决科学问题活动是探索的过程，而不是操练的过程，对于促进思维能力、应用与实践能力提升及改善课堂气氛具有重要作用。解决科学问题活动的实质是科学思考，是高级的思考过程。在解决科学问题教学中，我们强调仔细审题，明确科学过程，在头脑中建立清晰的图形，其实也就是建构模型的过程。

比如，浮力大小的比较和计算，一般有以下几种方法：（1）称重法：F_浮=G_物-F_拉;（2）阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排;（3）状态分析法：F_浮=G_物。由于公式和方法较多，学生往往无从下手，找不到着力点，这就需要教师引导学生分析特点、归纳类型、选择方法、建构模型。在教学中，通过层层引导和生生合作，建立了以下三种模型：

1.不同液体，同一个球

密度计测不同液体密度时的浮力、潜水器或船只在淡水和盐水中的浮力等实例都可以利用如图3的模型对应的方法，即状态分析法：（F_浮=G_物），来比较或计算浮力的大小。

2.同种液体，V_排不同的球

如图4的模型对应的方法为阿基米德原理法：F_浮=G_排=ρ_液gV_排，适用于潜水器在上浮和下潜过程中的浮力、汤圆煮熟后上浮过程中的浮力、鱼鳔控制鱼上升和下沉时的浮力等。

3.同种液体，质量不同的球

当遇到质量不同的物体在同种液体中漂浮时，可以运用如图5的模型对应的方法，即状态分析法：F_浮=G_物。生活中的实例有万吨巨轮卸货或装货时的浮力等。

错综复杂的习题，看似不同， 细细分析，不难发现有些许共同之处。分析相应的特点，对习题进行归类，并抽丝剥茧，建构相应的模型，可化难为易，提升学生的思维能力，发展学生的核心素养。

三、在历史教育中建模，树立科学精神

人的思维在不断进步，因此科学发现也在不断进步和修正。模型建构的实质就是要在自然现象中发现科学的本质与规律[3]。寻找科学的本质与规律的过程往往需要花遇几年、几十年甚至几代人锲而不舍地研究。在科学历史教育过程中，应让学生体验建构模型的过程，领悟科学探究的艰辛与曲折，从而逐渐养成科学素养。

例如，“原子结构模型的建立”教学中，在渗透科学历史教育的同时，让学生参与并体验模型建构的过程。首先，让学生尝试画一画原子内部的结构，教师根据部分学生所画的“实心球”，引出并介绍道尔顿的实心球模型及汤姆生的西瓜模型。在质疑的过程中得出“西瓜模型也是不客观的”，继而通过卢瑟福α粒子散射实验的动画发现特殊现象;紧接着在教师的引导下小组讨论与推断原子的内部结构，过程如下：

教师询问学生：“绝大多数的α粒子通过金箔，沿原方向前进，可以推断出原子内部是怎样的？”引导学生想象“如果你站在一个球形教室外，而这个教室是实心的，你还能进入教室并从教室的另一侧出来吗？”分析出原子内部是空旷的。继续指出：如果内部是空的，应该是所有粒子穿过去，而不会出现少数α粒子改变了方向（散射）的现象;得出“原子内有障碍物，但是障碍物比较小，大多数粒子没有碰到这个障碍物”;引导学生分析极个别的α粒子反弹回去的原因是障碍物带正电荷。最后提问：“这个障碍物和α粒子相比，它的质量如何呢？”最后通过“一个瘦小孩撞到一个胖小孩之后……胖小孩质量大，瘦小孩被反弹”这一比喻推导出“这个障碍物质量大”，由此引出“原子核”以及卢瑟福的有核模型，模型建构过程图如图6所示。

模型是一种理想化的形态，在科学教学中，重视模型思想的运用，建立和正确使用模型，能将复杂问题简单化、明了化，使抽象问题直观化、具体化。教学中，教师要有意识地引导学生树立建模思想，使学生逐步学会在观察、分析的基础上，从纷繁复杂的具体问题中抽象出模型，通过模型简化思维，促进学生良好思维品质的形成，真正实现核心素养发展的“育人为真”的教育日标。

[参考文献]

[1]胡永兵.基于核心素养的初中科学核心概念教学探索[J].中学教学参考，2017（ 20）：79-81.

[2]蔡方芳.科学建模，“显”化思维：例谈建模法在初中科学教学中的应用[J].教学月刊·中学版（教学参考），2013（9）：19-21.

[3]沈星华，试论模型建构在初中科学教学中的应用[J].中学课程辅导，2013（9）：91-93.

（责任编辑 黄春香）