用圖形說話

張俊華

摘 要：“建模能力”在眾多的學科領域都是適用的，在初中科學學科學習中運用這種能力對提高學習能力同樣效果顯著。學生在實際的學習過程中，就可以運用這種模型去解決具體的學習問題，或是進行自主學習，變被動學習為主動學習。

關鍵詞：“建模能力”；自主學習；主動學習

長期以來，在初中科學教學中存在著這樣的問題：知識教條僵化，學生缺乏提出問題、分析問題、解決問題的能力。所以教師在平時的教學中，要既傳授學科的基礎知識，又教給學生科學的學習方法，培養學生自主學習的能力，從而提高學生學習能力。“建模能力”就是其中科學而高效的方法之一。

所謂“建模能力”，就是在占有大量知識資源和信息的基礎上，通過對知識的深入分析，找到知識之間的內在聯系，構建知識體系，通過反復歸納研究，形成規律性認識，建立起一種知識學習模型。學生在實際的學習過程中，就可以運用這種模型去解決具體的學習問題，或是進行自主學習，變被動學習為主動學習。

“建模能力”在眾多的學科領域都是適用的，在初中科學學科的學習中運用這種方法同樣效果顯著。那么，“建模能力”是怎么使用的呢？教師要做什么？學生要他們做什么？怎么做？筆者認為，課堂教學過程設計的著眼點應在于讓學生大多數參與進來。通常建模能力在學習和應用中的一般程序為：“信息→建?！饽！媚！滦畔ⅰ?。筆者就結合多年的教學具體事例，側重通過圖像模型在科學課堂教學中的應用，簡要解析如下。

一、挖掘教材資源，巧妙建立模型

七年級的學生，由于剛剛接觸比較抽象的概念，對物質三態，六個物態變化的過程名稱及吸放熱情況容易混淆。教材使用了比較直觀的圖形模型。我們稱它為“金三角”。具體如下圖所示：

建立模型：物質通常共有三種狀態，即固態、液態和氣態。三種狀態之間有六種物態變化，分別是熔化和凝固、汽化和液化（凝結）、升華和凝華。其中吸熱的有：熔化、汽化和升華；放熱的有：凝固、凝結（液化）和凝華。學生對這六種物態變化過程以及吸放熱情況非常容易混淆。筆者學生建立圖形模型如下：物態變化過程中，凡是有“凝”字的都為放熱變化，那么其他三種為吸熱變化。模型中的雙向箭頭表示三種物質之間互相都可以轉化。對七年級的學生來說，這個模型的建立，把抽象的概念轉化成了具體的圖形，大大降低了記憶上的難度，也提高了知識掌握的準確性。

在九年級上冊，學生在短時間內迅速接觸了酸、堿、鹽的知識。對于這些內容的核心知識，在短時間內很容易混淆和遺忘，學生的知識掌握情況也不理想。那么，有沒有類似的圖形模型，來幫助學生理解和記憶呢？利用酸、堿、鹽之間可以兩兩發生反應，我們建立了圖像模型如下，并稱之為曖昧“三角戀”。

建立模型：常見的酸、堿、鹽互相之間都可以發生應，在一定的條件下可以相互發生轉化。

例如，酸可以跟堿反應生成鹽和水，也可以跟鹽反應生成新的酸和新的鹽。用化學方程式表示如下：

HCl+NaOH=NaCl+H2O；2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2O+CO2↑

又如，堿可以跟酸反應生成鹽和水，也可以跟鹽反應生成新的堿和新的鹽。用化學方程式表示如下：

NaOH+HCl=NaCl+H2O；2NaOH+CuCl2=Cu（OH）2↓+2NaCl

同樣，當堿同時遇到酸和鹽時，反應雖都能進行，但它們也是有順序的。即堿先與酸反應，再與鹽反應。例如，往H2SO4和CuSO4的混合溶液中滴加NaOH，開始沒有明顯現象，再有藍色沉淀生成。具體原理用化學方程式表達如下：先H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O，后CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4。

綜上所述，酸、堿和鹽之間的曖昧“三角戀”是有一定隱含條件的，它比物質的三態變化模型稍微復雜。

二、利用錯誤資源，認真研究模型

在學生初步認識了圖像模型的作用后，他們學會逐漸建立之間的模型。在這個過程中，難免會發生錯誤。這時，我們教師應該正確看待。我們完全可以利用錯誤資源，指導學生認真研究模型，并在此基礎上建立屬于之間的正確模型。

例如，在九年級上冊的第三章，學生接觸了溫度、內能和熱量三個概念之后，非常容易混淆。而且在應用過程中經常張冠李戴，對概念的內涵含糊不清。究其原因，是學生對基本概念以及概念之間的相同點和不同點沒有明確。理清這三個概念的關系，重點解釋這六句話。溫度與熱量的關系：（1）物體吸收熱量，溫度不一定升高；（2）物體的溫度升高了，不一定是由吸收熱量引起的；熱量與內能的關系；（3）物體吸收熱量，內能一定增加；（4）物體的內能增加了，不一定是由吸收熱量引起的；溫度與內能的關系：（5）物體的溫度升高，內能一定增加；（6）物體的內能增加，溫度不一定升高。這樣的解釋，學生還是容易混淆。但是在建立模型之后，效果就不一樣了。跟酸堿鹽的曖昧“三角戀”不同，我們稱之為另類“三角戀”。

較之第二個模型不同，圖形中的橫線代表兩者之間的關系是不一定，而箭頭指向代表兩者之間是一定的。也就是說它們三者的關系歸納為六條，具體的不一定解釋如下：（1）物體吸收熱量，溫度不一定升高（晶體熔化時，吸收熱量，溫度保持不變）；（2）物體的溫度升高了，不一定是由吸收熱量引起的；（當外界對物體做功是，物體溫度升高）；（3）物體的內能增加了，不一定是由吸收熱量引起的（還可能是由外界對物體做功引起的）；（4）物體的內能增加，溫度不一定升高（晶體熔化時，內能增加，但溫度保持不變）。這樣，通過又一個三角形模型的建立，很好地解決了學生對概念掌握不清的問題。

三、對比新舊資源，適時應用模型

那么，圖形模型的建立，是不是一勞永逸的呢？顯然，這是不成立的。因為，在不同的科學概念應用過程中，總會有不同的問題與解釋。在九年級上冊的第四章《代謝與平衡》中，學生對糖類、蛋白質和脂肪三類營養素的相互轉化容易混淆。簡單地說，它們三者的相互轉化關系為：三者都可以為人體提供能量。先后順序為：糖類、脂肪、蛋白質。糖類和脂肪何以互相轉換，蛋白質可以轉化成糖類和脂肪，糖類可以合成部分蛋白質。由于有以往三個概念之間的圖形模型，學生很容易聯想到了三角形模型。顯然，新舊資源之間肯定存在不同。通過對比，學生建立了圖形模型如下：

對比以前的圖形模型，箭頭代表可以轉化，橫線代表不能轉化。這個模型的主要難點是如何解釋脂肪不能轉化成蛋白質。應用我們人體當中的具體例子就是：當一個人長時間的節食會導致消瘦很多，主要原因是脂肪轉化成了糖類和蛋白質；當一個人長時間食用糖類豐富的食物會變胖，主要原因是糖類轉化成了脂肪；當一個人減肥成功后并沒有變得肌肉發達，主要原因是脂肪不能直接轉化成蛋白質。從元素的角度分析，蛋白質比脂肪多了一種氮元素，所以，脂肪不能轉化成蛋白質。學生通過對一系列的模型建立，逐漸學會了建立模型的方法。而這些方法為學生的后續學習打下了堅實的能力基礎。

“建模能力”注重培養學生的思維品質（思維的廣闊性、深刻性、獨立性、敏捷性、靈活性、邏輯性、創新性），提高學生的學習能力（理解能力，應用能力，創新能力）。學生通過對知識模型的解模和研究，提高了學生學習知識和運用知識的能力，提高了學習效率。同時，也促進了教師在教學活動中角色的轉換，由通過講授型傳遞知識轉換為通過互動型傳遞方法和技能，提升了教師的教學理念。

編輯 韓 曉