建立模型法在初中科学教学中的应用研究

建立模型法在初中科学教学中的应用研究

建立模型法是解决问题时常用的思想方法，笔者根据自己的教学实践，从概念教学、规律教学、科学过程分析及习题教学四个方面，分别探讨了如何引导初中生通过建立理想模型的方法来提高学生的学习效率，在构建理想模型的过程中提高学生的科学素养。

一、模型与建立模型法

科学课程的教学目标不仅是传授知识和基本技能，更重要的是培养学生科学的思想方法，形成良好的科学素养。人们在解决复杂问题时，会将复杂问题分解成一个或若干个比较简单的问题来解决，这种思维过程就是建立模型的思想方法。模型在科学课程中有较为广泛的应用，有对象模型、条件模型、过程模型、数学模型等，其实质就是一幅熟悉的图景，也可以是一个公式、图画、图表，它的原型来自日常生活，能反映自然界事物的结构、变化过程及规律。在科学课程学习中常常采用建立理想模型的方法来解决问题和认识事物。一般的操作方法是这样的，先分析问题，明确影响问题的主次因素，然后忽略次要因素，用理想状态的图景或过程反映事物的本质特性。通过建立事物模型的过程，学生能加深对事物的理解，解决客观的问题，同时模型的建立也是

培养学生创新能力的过程。由此可见，引导初中生建立解决问题的符合科学规律的理想化模型，是培养学生创造性思维和创新能力不可多得的方法。 二、引导学生建立模型教学实践 1.建立模型法在概念教学中的应用

在科学课程概念教学中，通过建立模型法构建概念能提高概念教学的效率，对学习者来说也能加深对概念的理解。概念是反映客观对象一般的、本质的属性，是人们对事物进行分析、比较、综合、抽象和概括的思维形式，有一定的抽象性，学生在学习概念时由于缺乏一定的感性认识，容易形成思维障碍，但是，运用建模思想则能将概念体现的科学内容直观地呈现出来，从而达到直观的教学效果。在科学课程抽象概念教学中，通过帮助学生建立理想的概念模型，使其形成一个形象的思考对象，从而提高构建概念的效率。建立理想化的概念模型实际上是抓住影响事物的主要因素，运用类比、具体的实验分析等方法，将科学概念的本质抽象出来，再将它与人脑中已有的事物联系起来，使之形象化、具体化，然后再构建成比较熟悉的、形象的内容。建立概念模型是一种有效的思维方式，能使学生更容易、更透彻地理解概念。下面以用类比和实验的方法构建大气压的概念模型为例谈谈引导学生构建概念模型的方法。

科学教学中大气压概念的构建是一个难点，这主要存在

如下几个原因：首先初中学生对大气压强的存在缺乏感性认识，其次大气具有流动性，再者大气压又受密度、温度等因素影响，这些都增加了学生的理解难度，同时初中生整体把握问题、分析问题的能力是有限的，这也给学生构建大气压概念带来了困难。所以在教学中引导学生建立理想的大气压模型，能突破大气压概念构建的难点。具体的课堂教学过程如下：

首先精心设置问题，通过问题引导学生把大气压与水作类比，初步建立科学图景。

①大家回忆水的压强有什么特点？ ②水的压强具有这种特点的原因是什么？ ③空气和水比较有哪些相似的特点？ ④处在空气中的物体会受到空气的压强吗？ ⑤空气和水比较应该有哪些不同的特点？ ⑥你们觉得空气产生的压强应该有什么特点？ 然后利用三个演示实验直观地表现大气压的特点，形成理想的科学图景。实验一：演示覆杯实验，将硬纸片盖在盛满水的杯子口上，慢慢倒转使杯口向下，然后再横放杯子。学生看到杯口向下时纸片没有掉下来，就会理解纸片受到空气施加的向上的压强，同样，学生看到横放杯子时纸片也没有掉下来，也会明白纸片受到空气水平方向的压强。实验二：演示杯子吞鸡蛋实验，先加热瓶内空气，再将去壳的熟鸡蛋

放在瓶口，当看到熟鸡蛋慢慢“挤入”瓶中时，学生明白鸡蛋受到了空气向下的压强。实验三：体验拉开两个吸盘挂钩的力度，将两个吸盘对压挤去里面的空气，再让学生把它们拉开，以此来体验大气压强的大小。最后，综合得到大气压概念模型：犹如海水一样，大气会向各个方向对处于其中的物体产生力的作用；同一高度，大气对各个方向的压强相同；随着高度增加压强值减小；大气压强的值很大。通过与水类比的方法和实验的方法，建立了大气压的图景模型，大气压的概念也随之构建起来。

2.建立模型法在规律教学中的应用

在科学课程规律教学中运用建立模型法有利于学生对所学内容的理解。规律是客观对象本质属性间的联系和趋势，是建立在观察和实验之上，利用所学的概念和一定的科学方法总结出来，用来描述特定的现实世界，科学规律包括定律、定理、假说、原理、法则等。有些规律的表述较为抽象，对于形象思维占主导的初中生来说，在理解上存在一些困难，因此在学习中采用建立理想模型法能降低学习的难度。通常的做法是这样的，利用简化、形象的方法建立反映客观规律的理想模型，再利用理想模型来理解和解释客观规律。 例如，在学习达尔文提出的生物进化的原因――自然选择的自然规律时，草原上长颈鹿的生活场景是学生不熟悉的，学生学习时只能凭空想象，这会妨碍学生对“过渡繁殖、生

长竞争、优胜劣汰、遗传变异”进化规律的理解。所以，笔者用简化、形象的方法建立鱼缸内鱼群生活的理想模型来解释达尔文的进化论规律，将教材中草原、鹿群这个庞大的生态系统简化成一个小型的鱼缸生态系统。学生对鱼缸的生态系统比较熟悉，整体上容易把握鱼的各种生命活动及其相互关系，理解各种影响因素也容易一些，所以学生运用这种方法理解达尔文提出的进化规律时就会容易得多。具体步骤如下：

①分析鱼缸中的生命现象，引导学生了解鱼的生命活动中包括摄食、竞争、繁殖、生长发育、死亡等行为和过程。 ②分析影响鱼生命活动的因素，引导学生了解影响鱼生存的因素有食物、水质的好坏、水中的含氧量、鱼缸的大小、鱼自身的体积大小等。由于建立的是解释达尔文进化论规律的理想模型，所以我们只关注食物对鱼生存的影响，对于水中氧气含量、鱼的体积大小、鱼缸的体积大小等因素统统忽略。 ③再改变外在影响因素，通过课堂问答的方式建立优胜劣汰的图景。

教师：鱼产数量很大的卵，繁殖出数量很大的个体，这些鱼如果能正常成长，需要满足什么条件？ 学生：逐渐增加每天的投食量。

教师：如果每天投食量没变，鱼的生命活动将会发生什么变化？

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