基于模型认知的“物态变化”复习课的教学设计

摘 要：复习课的教学设计能反映出教师的教学理念、教学行为.本文分析“物态变化”课题的课程标准和学情;综述相关文献并创新提出从模型认知的角度进行教学设计.分别建构物态变化的分子模型、判断物态变化的思维模型和物态变化的过程模型等多角度进行知识的结构化处理，从而培养学生的解决问题的思维方法.

关键词：模型认知;物态变化;复习课;教学设计

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）22-0042-03

作者简介：徐祝林（1975-），男，浙江开化人，本科，中学高级教师，研究方向：基于科学本质的科学课堂教学研究和试题编制研究.

1 课程标准及学情分析

课程标准关于物态变化课程内容的要求为：了解物质三态及三态变化的特点，如水的沸腾、晶体的熔化和凝固;能用图像描述这些特点，知道物态变化伴随吸热和放热;能用物质粒子模型简要解释物质的三态变化，体验建立模型的思想方法.相关课程活动为：观察水的沸腾现象;观察晶体熔化过程，描绘晶体熔化曲线图[1].

由于物态变化内容安排在浙教版科学的七年级上册，到初三复习阶段学生的遗忘率较高，并且对如何判断物态变化、物态变化发生的条件和解释日常生活中的物态变化现象等能力要求不足.另外部分内容繁多，知识存在碎片化.根据初三学生的特点，教师如果还是按照传统的复习路径，学生势必会抗拒复习课.

2 教学设计创新点

关于“物态变化”复习的文献资料，都试图通过创设真实情境（活动或项目等）对知识结构化以达到复习核心概念的目的.谢惠梅[2]用循环图进行知识回顾、再现重点实验、相关知识点进行比较和归类，引导学生关注生活及自然界中的物態变化，通过观察和分析加深对知识的理解和应用.杨琳[3]整合多种资源，优化基于任务驱动的线上中考物理复习课设计，对提高线上教学质量，促进学生深度学习进行探索. 周梁琴[4]基于“单元设计”思想通盘统筹需要复习的知识点，明确复习的方向;利用DIS数字传感器重演重点实验，加深对“探究”的内涵理解，发展高阶思维;在“答—问”评价模式下，确保复习流程的顺利进行.王娟[5]采用生活化情境实施教学活动，能够引导学生从中体验到物理知识的魅力，激发学生的求知欲与思考的动力，让复习课更加有效.

但鲜有教师从模型认知的角度进行教学设计.模型认知，是指学生在学习知识的过程中，通过抽象、概括和一般化，把特定的研究对象或问题转化为普遍的本质规律（一个已有的关系、共性或结构等），从而用以解决问题的思维方法[6].因此笔者通过创设真实情境，唤起学生回忆知识，重新建构物态变化的分子模型，建构物态变化的思维模型以及过程模型等活动达到高效复习的目的.同时融入科学思维，试图让学生的思维可视化，达到对“物态变化”核心知识结构的深度复习，从而提高学生的核心素养和解决问题的深度思维.

3 核心素养目标

在物理观念方面，通过复习、整理碎片化知识及重构物态变化的各类模型对知识进行结构化处理，利用相关模型判断物态变化、解释日常现象中的物态变化.

在科学思维方面，通过复习，重构物态变化的分子模型、判断物态变化的思维模型和过程模型，感受模型建构的作用和意义[7].

在科学探究方面，通过观察演示实验，能从多种信息源中选择有用的信息提高、锻炼观察、比较技能;通过对冰的熔化和水的沸腾条件的实验探究，提高对获得的事实、数据进行分析和处理的能力;通过 “碘能从固态直接变为气态”的实验探究，自主设计实验方案，强化参与探究活动的思维深度，树立证据意识.

在科学态度与责任方面，通过演示实验创设真实情境，激发对科学现象的好奇心和求知欲，保持学习的热情;通过分析车玻璃起雾的原因和除雾的讨论活动，形成严谨求实的科学态度，树立交通安全意识.

4 教学设计

4.1 建构分子模型

教师活动：演示实验，在盛水的水槽中加入干冰.

学生活动：仔细观察观象，发现：干冰过一段时间消失;水槽上方出现大量“白气”;水槽内的水结冰.

教师活动：请用物质的固态、液态、气态分子模型对观察到的现象中涉及到物态变化进行构图，并标注吸（放）热.

学生活动：学生分组讨论，并互相交流构图.

教师活动：教师根据学生的交流结果，在黑板上板书如图1所示.并问学生如何完善图1.

学生活动：学生分组讨论，并进行补充完善.

教师活动：根据学生的交流结果，在黑板上补充完善板书，如图2所示.

设计意图：通过演示实验，帮助学生提高复习课的兴趣.通过固态、液态和气态分子模型对物态变化的状态进行模型重构，达到知识结构化的目的，从而使得学生能用物质粒子模型简要解释物质的三态变化，感受建立模型的思想方法.

4.2 建构思维模型

教师活动：教师提问，根据实验现象，请描述发生某一物态变化的具体过程，并归纳判断物态变化的思维模型.

学生活动：学生分组讨论，并进行判断物态变化的思维模型的构建.

教师活动：和学生一起建构思维模型，结合干冰的物态变化思维模型进行教学，在图2上标上升华这一物态变化.并在图2的右侧板书判断物态变化的思维模型如图3所示.

学生活动：学生根据判断物态变化的思维模型，分析判断水槽上方出现大量“白气”和水槽内的水结冰现象，并在图2中标上液化和凝固，如图4所示.

教师活动：教师根据学生的交流结果，在黑板上板书如图4所示.并提问学生如何完善图4.

学生活动：学生分组讨论，并进行补充完善.

教师活动：根据学生的交流结果，在黑板上补充完善板书，如图5所示.

设计意图：通过完善物态变化的分子模型帮助学生对物态变化进行整体架构，帮助学生树立从粒子角度对物态变化进行分析解释的思想.通过建构判断物态变化的思维模型，帮助学生建构问题解决的思维模型，从而达到举一反三的目的.

4.3 构建过程模型

教师活动：教师提问，如何使起始状态向最终状态转化？请以冰为研究对象，设计实验进行说明.

学生活动：学生分组合作讨论实验方案.

教师活动：对学生展示的实验方案进行点拨，并提醒学生注意实验操作注意事项，以及如何记录相关数据.

学生活动：学生按图6所示的装置进行分组实验.

教师活动：教师巡视并用手机对错误的实验操作进行拍照，用希沃助手进行展示点评，并帮助学生解决实验中遇到的问题.

学生活动：学生对实验收集到的数据进行处理，得到图7的大致图像.并得出晶体熔化和沸腾的发生条件.

设计意图：通过冰的熔化条件和水沸腾条件的实验探究，可以对学生科学探究过程的理解以及对实验技能进行训练;可以加强学生对物态变化中两大实验的深入认识;通过实验数据的收集和数据的处理，帮助学生理解科学探究需要证据意识.另外通过对冰的熔化和水沸腾条件进行实验探究，可以帮助学生建构过程模型，从而深入理解模型的意义，提高思维品质.

4.4 相关模型应用

教师活动：请根据所建构的物态变化相关模型，在PPT上展示如下两道思考题：

（1）冬天、夏天车窗起雾的原因是什么？如何除雾？

（2）在做“碘的升华”实验时，用酒精灯直接对放有少量固态碘的碘升华管加热，如图8所示，发现碘升华管内出现紫色的碘蒸气.小科同学上网查阅资料发现，常压下，碘的熔点为113.60℃，碘的沸点为184.25℃，酒精灯火焰的温度约400℃，根据这些资料，小科认为在实验中，碘可能经历由固态到液态再到气态的变化过程，教师的实验并不能得到碘升华结论.针对小科的结论，请设计一个实验，证明碘能从固态直接变为气态，可以选用上述器材或补充必要的辅助器材，写出实验方案并简要说明.

学生活动：小组成员讨论，并展示交流.

设计意图：通过思考题（1），帮助学生运用物态变化的分子模型、判断物态变化的思维模型以达到解决实际问题的目的，并帮助学生树立交通安全意识，培养学生的科学态度、情感和价值观[8].通过思考题（2），为了控制碘受热的温度不高于碘的熔点，将放有少量固态碘的碘升华管放在烧杯里的水中，用酒精灯对烧杯加热，帮助学生理解水浴加热的作用以及回忆初中阶段水浴加热的相关实验.同时体现科学教学的STSE教学理念.

5 板书设计

模型建构的过程反映知识从表象到本质的概念的形成过程，同时模型建构体现学生思维的可视化过程.因此本节课设计结构化板书，如图9所示.

6 教学反思

基于思维模型建构的复习课实质是将教授主义的教学设计转变为建构主义的教学设计[9]，充分体现“学为中心”的课堂，也达到科学探究的教学要求，从而发展学生的高阶思维.通过思维模型建构的复习，基于学生的前概念和真实情境，通过对碎片化知识进行结构化处理，达到知识迁移的目的.由于本节课的复习教学是基于三大思维模型的建构，特别是对冰的熔化条件和水沸腾条件的再探究，時间较紧，教师可以适当把该块内容的复习放在长课中进行教学.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]谢惠梅.初中物理“物态变化”复习课教学设计[J].中学物理教学参考，2021，50（09）：40-42.

[3]杨琳.任务驱动型复习课线上教学设计——以“物态变化”复习课为例[J].物理教学探讨，2021，39（03）：31-34.

[4]周梁琴，许帮正.物理高效复习课的架构实践——以“物态变化”的复习为例[J].物理教学探讨，2020，38（07）：4-6+9.

[5]王娟.基于生活情境的复习课教学设计——以苏科版“物态变化”复习课为例[J].中学物理教学参考，2020，49（08）：64-65.

[6]刘四方.基于思维模型结构的探究试题命制与应用[J].化学教学，2017（07）：77-83.

[7]樊祥民，陈素娟.基于物理认知模型的教学设计——以“平抛运动”教学为例[J].物理教师，2020，41（10）：25-28.

[8]张传来.“物态变化”单元复习课教学设计[J].黑龙江教育（中学），2017（Z1）：14-15.

[9]王文清，郭玉英，贾永.中学物理课堂探究中学生的认知发展心理模型[J].物理教师，2014，35（10）：2-3+11.

（收稿日期：2021-07-03）