支架式教學提升高中生物理建模能力的策略

仇振輝

【內容摘要】高中生物理建模能力培養是中學物理教學研究的重要內容，歷來受到大家的重視。支架式教學以建構主義理論和最近發展區理論為指導，把教學過程比喻為教師在學生的已有能力和要求達到的能力之間搭上腳手架，讓學生自己沿著腳手架攀爬到既定目標。支架式教學提升高中生物理建模能力具有理論的優越性和實踐的可行性，其著眼點可以放在針對建模流程設置支架上，如在建模情景創設中設置引入支架，模型假設建立中設置探索支架，模型檢驗修正中設置交流支架，模型拓展升華中設置總結支架。

【關鍵詞】支架式教學?高中生物理?建模能力

一、情景分析能力：信息的提取能力，問題呈現能力

學生在建立物理模型時所遇到的第一個問題就是信息的提取問題。許多學生建模困難就是因為信息的提取能力比較差。面對一個實際的復雜問題情境，無從下手，不知道如何提取有效信息。原因在于所研究事物通常不是只有一方面的特征，不同方面往往都有不同的特征，如果不能有效的甄別主次矛盾，便不能提取有效信息。

措施：通過支架來引導學生掌握抽象與概括、近似與忽略等方法，來提升信息的提取能力。抽象是指從眾多的事物中抽取出共同的、本質性的特征，而舍棄其非本質的特征。概括則是把抽象出來的本質屬性推廣到具有這些屬性的所有事物上。抽象和概括能分清主次矛盾，把和所研究的問題無關的特征排除掉，只保留對所研究問題取關鍵作用的本質特征。從而使有效信息正確提取，物理模型逐漸清晰。如引導學生建立質點、點電荷模型，可以提供情景支架，引導學生思考，如計算比較人步行和騎自行車的平均速度時，通過問題支架引導學生發現體積大小在相對位移很小，對研究的問題沒有影響的情況下，是可以忽略的，進一步引導學生得出，在這樣的條件下，就可以忽略物體大小和形狀，保留質量這個關鍵特征，在抽象和概括下建立質點的概念，點電荷則是忽略大小和形狀，保留帶電量這個關鍵特征。再如求跳水運動員從跳臺上騰空到落水的時間，如把人抽象成一個質點，問題就簡化為一個豎直上拋運動，處理起來就方便了，否則就會無從下手。在這里，近似和忽略也是提升信息提取能力的重要方法。如果不采用近似和忽略的方法，就會因為干擾因素太多而無法提取有效的信息，導致建模失敗。

二、模型表征能力：問題數據的圖像化能力

學生的數據圖像化能力通俗的講就是學生的作圖能力，包括作情景圖，受力分析圖，過程分析圖，二維關系圖，三維關系圖等等。作圖的過程就是審題的過程，就是分析與綜合的過程，就是抽象思維形象化、直觀化的過程，往往圖作對了，題也就能解了。這里涉及到畫圖的能力，分析與綜合的能力，直觀思維能力，邏輯思維能力。學生的問題有兩個，首先一個就是沒有作圖意識，或者作圖意識淡薄，想不到要作圖來幫助分析，只是覺得無從下手。第二個就是想作圖而作不出，或作錯了，這就涉及到信息的提取能力，學生覺得信息太多太亂，抓不住重點和關鍵，為一些次要因素所干擾，在本應忽略的細節上耗費腦力。抽象與概括，分析與綜合能力不到位。

措施：這里首先要利用建議支架來提示學生作圖，多次重復后使學生養成作圖的習慣，從而培養良好的審題能力，分析與綜合能力。然后利用一些范例支架給學生提供樣板，例如跳水運動員從騰空到落水的時間。把運動員抽象成一個質點，然后畫出豎直上拋的示意圖，即重心位置的變化圖，即可以利用豎直上拋的規律順利求解了。

三、模型的分析與綜合能力：過程的分解能力

學生建模困難的原因之一是不能區分不同過程，把所有的信息堆積在一起，導致頭緒繁多，無從下手，尤其是碰到曲線運動，不會分解則困難重重。

措施：利用提示支架引導過程分析，借助作圖幫助尋找過程聯系。把一個復雜的運動分解為若干個相對簡單的子運動，找到各子運動的連接點，比如飛機上跳傘，把運動分解為打開降落傘之前的自由落體運動和打開降落傘之后的勻減速運動，而連接點就是自由落體階段的末速度和勻減速階段的初速度是同一個值。而對于曲線運動，強調利用運動的合成分解，分方向研究。

四、模型的拓展與修正能力：模型的遷移能力、合作交流能力、多解的討論能力

當學生遇到一個新的問題情境時，能夠調動出腦海中已有的模型進行對比分析，從而建立起一個新的模型，這需要模型的遷移能力。例如：小船過河的題目中，已知過河路線和水速，要求船的最小速度。這時遷移到已知合力的方向和其中一個分力，求另外一個分力的最小值，問題就迎刃而解。因為過河路線就是小船的合速度方向。建構主義理論認為：面對同一個物理現象，不同的人通過接收信息，同化和順應后建構起來的知識結構往往是不相同的，不完善的，有的甚至是錯誤的。因為不同的人原有的知識結構肯定有不同之處，在同化和順應的過程中肯定會產生不同的影響，所以建構起來的知識結構并不能保證是對的，著名的魚牛圖就是反映這種現象。在支架式教學提升物理建模能力的過程中，同樣面臨著這樣的問題，這就需要高中生要經常性的分享建模成果，取到既相互促進，又相互檢驗的效果。

措施：可以通過組織交流協作，評價總結等活動來促進成果的分享能力。活動是培養能力的重要平臺，在提升高中生物理建模能力的措施中，交流協作是活動的重要形式。通過協作交流，可以取到取長補短，可以共享經驗教訓，可以相互驗證自己建構起來的知識結構是否正確，可以相互促進對知識的進一步正確建構，也就能相互促進物理建模能力的提升。當一個問題含有多個可能結果時，學生往往因為思維缺乏周密性而漏解。而當一個問題的條件具有不確定性時，學生往往因為不知所措，無從下手。這里就需要學生具備多解的討論能力。

（作者單位：江蘇省啟東市第一中學）