用图形说话

张俊华

摘 要：“建模能力”在众多的学科领域都是适用的，在初中科学学科学习中运用这种能力对提高学习能力同样效果显著。学生在实际的学习过程中，就可以运用这种模型去解决具体的学习问题，或是进行自主学习，变被动学习为主动学习。

关键词：“建模能力”；自主学习；主动学习

长期以来，在初中科学教学中存在着这样的问题：知识教条僵化，学生缺乏提出问题、分析问题、解决问题的能力。所以教师在平时的教学中，要既传授学科的基础知识，又教给学生科学的学习方法，培养学生自主学习的能力，从而提高学生学习能力。“建模能力”就是其中科学而高效的方法之一。

所谓“建模能力”，就是在占有大量知识资源和信息的基础上，通过对知识的深入分析，找到知识之间的内在联系，构建知识体系，通过反复归纳研究，形成规律性认识，建立起一种知识学习模型。学生在实际的学习过程中，就可以运用这种模型去解决具体的学习问题，或是进行自主学习，变被动学习为主动学习。

“建模能力”在众多的学科领域都是适用的，在初中科学学科的学习中运用这种方法同样效果显著。那么，“建模能力”是怎么使用的呢？教师要做什么？学生要他们做什么？怎么做？笔者认为，课堂教学过程设计的着眼点应在于让学生大多数参与进来。通常建模能力在学习和应用中的一般程序为：“信息→建模→解模→用模→新信息”。笔者就结合多年的教学具体事例，侧重通过图像模型在科学课堂教学中的应用，简要解析如下。

一、挖掘教材资源，巧妙建立模型

七年级的学生，由于刚刚接触比较抽象的概念，对物质三态，六个物态变化的过程名称及吸放热情况容易混淆。教材使用了比较直观的图形模型。我们称它为“金三角”。具体如下图所示：

建立模型：物质通常共有三种状态，即固态、液态和气态。三种状态之间有六种物态变化，分别是熔化和凝固、汽化和液化（凝结）、升华和凝华。其中吸热的有：熔化、汽化和升华；放热的有：凝固、凝结（液化）和凝华。学生对这六种物态变化过程以及吸放热情况非常容易混淆。笔者学生建立图形模型如下：物态变化过程中，凡是有“凝”字的都为放热变化，那么其他三种为吸热变化。模型中的双向箭头表示三种物质之间互相都可以转化。对七年级的学生来说，这个模型的建立，把抽象的概念转化成了具体的图形，大大降低了记忆上的难度，也提高了知识掌握的准确性。

在九年级上册，学生在短时间内迅速接触了酸、碱、盐的知识。对于这些内容的核心知识，在短时间内很容易混淆和遗忘，学生的知识掌握情况也不理想。那么，有没有类似的图形模型，来帮助学生理解和记忆呢？利用酸、碱、盐之间可以两两发生反应，我们建立了图像模型如下，并称之为暧昧“三角恋”。

建立模型：常见的酸、碱、盐互相之间都可以发生应，在一定的条件下可以相互发生转化。

例如，酸可以跟碱反应生成盐和水，也可以跟盐反应生成新的酸和新的盐。用化学方程式表示如下：

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

又如，碱可以跟酸反应生成盐和水，也可以跟盐反应生成新的碱和新的盐。用化学方程式表示如下：

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

同样，当碱同时遇到酸和盐时，反应虽都能进行，但它们也是有顺序的。即碱先与酸反应，再与盐反应。例如，往H2SO4和CuSO4的混合溶液中滴加NaOH，开始没有明显现象，再有蓝色沉淀生成。具体原理用化学方程式表达如下：先H2SO4+2NaOH=Na2SO4+2H2O，后CuSO4+2NaOH=Cu（OH）2↓+Na2SO4。

綜上所述，酸、碱和盐之间的暧昧“三角恋”是有一定隐含条件的，它比物质的三态变化模型稍微复杂。

二、利用错误资源，认真研究模型

在学生初步认识了图像模型的作用后，他们学会逐渐建立之间的模型。在这个过程中，难免会发生错误。这时，我们教师应该正确看待。我们完全可以利用错误资源，指导学生认真研究模型，并在此基础上建立属于之间的正确模型。

例如，在九年级上册的第三章，学生接触了温度、内能和热量三个概念之后，非常容易混淆。而且在应用过程中经常张冠李戴，对概念的内涵含糊不清。究其原因，是学生对基本概念以及概念之间的相同点和不同点没有明确。理清这三个概念的关系，重点解释这六句话。温度与热量的关系：（1）物体吸收热量，温度不一定升高；（2）物体的温度升高了，不一定是由吸收热量引起的；热量与内能的关系；（3）物体吸收热量，内能一定增加；（4）物体的内能增加了，不一定是由吸收热量引起的；温度与内能的关系：（5）物体的温度升高，内能一定增加；（6）物体的内能增加，温度不一定升高。这样的解释，学生还是容易混淆。但是在建立模型之后，效果就不一样了。跟酸碱盐的暧昧“三角恋”不同，我们称之为另类“三角恋”。

较之第二个模型不同，图形中的横线代表两者之间的关系是不一定，而箭头指向代表两者之间是一定的。也就是说它们三者的关系归纳为六条，具体的不一定解释如下：（1）物体吸收热量，温度不一定升高（晶体熔化时，吸收热量，温度保持不变）；（2）物体的温度升高了，不一定是由吸收热量引起的；（当外界对物体做功是，物体温度升高）；（3）物体的内能增加了，不一定是由吸收热量引起的（还可能是由外界对物体做功引起的）；（4）物体的内能增加，温度不一定升高（晶体熔化时，内能增加，但温度保持不变）。这样，通过又一个三角形模型的建立，很好地解决了学生对概念掌握不清的问题。

三、对比新旧资源，适时应用模型

那么，图形模型的建立，是不是一劳永逸的呢？显然，这是不成立的。因为，在不同的科学概念应用过程中，总会有不同的问题与解释。在九年级上册的第四章《代谢与平衡》中，学生对糖类、蛋白质和脂肪三类营养素的相互转化容易混淆。简单地说，它们三者的相互转化关系为：三者都可以为人体提供能量。先后顺序为：糖类、脂肪、蛋白质。糖类和脂肪何以互相转换，蛋白质可以转化成糖类和脂肪，糖类可以合成部分蛋白质。由于有以往三个概念之间的图形模型，学生很容易联想到了三角形模型。显然，新旧资源之间肯定存在不同。通过对比，学生建立了图形模型如下：

对比以前的图形模型，箭头代表可以转化，横线代表不能转化。这个模型的主要难点是如何解释脂肪不能转化成蛋白质。应用我们人体当中的具体例子就是：当一个人长时间的节食会导致消瘦很多，主要原因是脂肪转化成了糖类和蛋白质；当一个人长时间食用糖类丰富的食物会变胖，主要原因是糖类转化成了脂肪；当一个人减肥成功后并没有变得肌肉发达，主要原因是脂肪不能直接转化成蛋白质。从元素的角度分析，蛋白质比脂肪多了一种氮元素，所以，脂肪不能转化成蛋白质。学生通过对一系列的模型建立，逐渐学会了建立模型的方法。而这些方法为学生的后续学习打下了坚实的能力基础。

“建模能力”注重培养学生的思维品质（思维的广阔性、深刻性、独立性、敏捷性、灵活性、逻辑性、创新性），提高学生的学习能力（理解能力，应用能力，创新能力）。学生通过对知识模型的解模和研究，提高了学生学习知识和运用知识的能力，提高了学习效率。同时，也促进了教师在教学活动中角色的转换，由通过讲授型传递知识转换为通过互动型传递方法和技能，提升了教师的教学理念。

编辑 韩 晓