1、在科学教学中建构模型的初步探索摘要：模型是科学研究共同体对物理系统和自然现象进行表征、探究和解释的主要手段，在科学教学中建模思想无处不在，科学问题的解决和规律的探究过程就是一个典型的构建过程。把建模思想应用到初中科学教学中有实际的意义。关键词：科学教学 构建模型 建模思想应用到科学课堂教学中，不仅能够培养学生学习科学的深厚兴趣，形成探究科学世界的能力，还能转变学生的学习方式，培养学生的创新的精神，符合新课改的思想，具有重要的实际意义。模学生学习的过程就是科学建模的过程。模型与建模能力是科学探究的主要能力之一。在科学教学中如何让学生经历科学探究的过程，掌握科学探究的一般方法，如何利用科学探究解决
2、科学问题已经成为科学教育的核心问题之一。一、科学建模教学理论科学建模教学是一种科学学习和教学的模式，建模教学理论的创立者赫斯顿斯认为人是建模的动物，人总因模型或建模思想来表证客观世界的情景，利用已知的各种模型对客观世界进行思考、分析解释和预测。在科学研究中，对客观对象进行了一定的观察实验和所有获得的科学事实进行初步的概括后，常常利用想象、抽象、类比等方法建立一个适当的模型来反映代替客观对象，并通过研究这个模型来揭示客观对象的形态、特征和本质，这样的方法就是模型方法。建模教学认为：模型建模教学的目的是促进学生通过建构和使用科学模型去描述、解释、预言，设计理解科学世界和调控科学现象，建模教学应提供
3、学生建模科学现象和过程的基本抽象性的工具，特别是数学、图形表格工具用以发展学生对科学的洞察力，并通过比较鉴别来评价科学模型，从而让学生感知科学知识是如何并检验的，由此来发展学生的建模技能。二 、科学教学中建构模型的设计思想“问题解决、模型化和应用”是科学建模教学过程的主要问题，建模教学重在“建” ，在初中科学教学中直接能够用“公式”解决问题的并不是很多，现用的新课程淡化了知识的系统性，初中科学就是强化了物理、化学、生物、地理间的学科渗透，往往使学生感觉科学知识“多而杂” ，解决问题时找不到路径。建模是一个学科学、做科学、用科学的过程，它体现了学和用的统一。在科学教学中更强调学生积极主动的参与，
4、把教学过程更自觉地变成学生活动的过程。教师不应只是“讲演者” 、 “总是正确的指导者” ，而应不时扮演下列角色：模特他不仅演示正确的开始，也表现失误的开端和“拨乱反正” 的思维技能。参谋提一些求解的建议，提供可参考的信息，但并不代替学生做决断。询问者故作不知，问原因、找漏洞，督促学生弄清楚、说明白，完成进度。仲裁者和鉴赏者评判学生工作及成果的价值、意义、优劣，鼓励学生的有创造性的想法和做法。依据建构主义学习理论中的情景性学习理论和合作学习理论的指导，科学建模的教学设计首先应表现“活动”的特点，教学过程设计的着眼点应考虑让学生更多地参与进来，让他们做什么？怎么做？或者怎样让他们自己悟出该做什么？
5、应怎样去做？通常的教学过程是：“问题 建模 扩展完善模型 应用 新的问题和更广泛的模型 ” 。同时教师要特别注意其教育功能，建模活动过程中激发学生学习的动机和兴趣，培养学生的注意力、意志力和认真求实、崇尚真理、追求完美、讲求效率、联系实际的学习态度和学习习惯。三、建模思想在科学教学中的运用1在科学史教学中的运用科学本身就是建模的过程，而学生学习科学是学习模型的过程，科学建模是科学家从事科学研究过程的最常用的表示方法之一。他们在研究客观世界的过程中，总是根据自己的知识结构及其新发现来建构模型，从而对客观世界进行解释并作出预测。如科学史上对原子结构的认识过程，其实就是不断建立新的模型的过程：道尔顿
6、创立原子学说后，很长时间内人们都认为原子就是一个小得不能再小的实心球，里面再没有什么东西了，这就是实心球模型。汤姆逊发现了电子后，针对电子带负电，而原子不显电性的事实，科学家提出了许多原子模型，其中具有代表性的是汤姆逊的葡萄干蛋糕模型，认为原子中还有个均匀的阳电球，而电子分布在球体中就像葡萄干点缀在一块蛋糕里。自从卢瑟福做了一个 粒子的散射实验后，发现了许多实验现象根本不能用原来的汤姆逊葡萄干蛋糕模型来解释，他在大量实验、理论计算和深思熟虑后大胆地提出了有核原子模型，认为原子的正电荷必须集中在原子中心的一个很小的核内，卢瑟福提出的这个模型象一个太阳系，带电荷的原子核像太阳，带负电的电子像绕核运
7、行的行星。后来，一位丹麦的年轻人玻尔在卢瑟福模型的基础上，提出了电子在核外的量子化轨道，解决了卢瑟福原子结构的稳定性问题，提出了玻尔模型。现代化学又提出了原子结构的电子云模型。原子结构的各种模型是科学家根据一定事实和自己的认识，对原子结构的形象描绘，一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段，人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。现在科学家已能用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄原子图像的照片，随着科学的发展，人类对原子的认识过程会不断深化。对某一事物结果的预测与猜想是进行科学创新的思想前提，大胆地对问题的预测是打开科学大门的钥匙，原子结构模型的建立，有力地证明了这一点。美国教育家杜威指出：对
8、于科学，要求学生掌握的不只是知识，还应包括过程、方法，而在科学探究中创建出实际问题的模型的过程和方法训练，应该是科学探究教学重要内容之一。2在科学课堂中的运用科学探究的是现实中的实际问题，而实验问题往往是复杂多变的，是非线性的，要在实际问题中，找出简单的较理想的模型来，往往是较困难的，这就需要对现实问题进行条件弱化，人为地控制实验条件，透过表象去领悟内在的本质联系。因此，学生在科学探究中，要设法控制实验条件，并且适当弱化，在系统初期有序变化的现象中找规律建模型。如：为什么远去的帆船，船身先消失，驶来的帆船，船帆先出现。学生很难站在地球外看地球，通过让学生观察在篮球表面移动的铅笔，慢慢的从下到上
9、开始消失，而木板上的铅笔则不会消失，这个和帆船消失远去的原理一样，证明地球是圆的。在太阳和月球这一课的教学中，学生对于太阳和月球的大小只限于书本上的数据，在黑板上画出直径为 1厘米的圆代表地球，请一位学生画代表太阳（直径 109 厘米）和月球（直径 0.25 厘米）的圆，再建立表格进行对比：直径 体积 质量太阳 109 130万 33万地球 1 1 1月球 1/4 1/49 1/81通过建构模型进一步提高学生对这些抽象问题的理解。建模对教师和学生都有一个逐步学习和适应的过程。教师在设计建模活动时，特别应考虑学生的实际能力和水平，起点要低，形式应有利于更多的学生参与。科学建模教学设计应和科学教材
10、有机结合，把建模教学和科学课堂知识的学习更好地结合起来。课堂教学中教师结合学生的实际水平，分层次逐步地推进“建模”活动，教给学生科学建模的研究方法。如月相为什么有那么多的圆缺变化？学生最难的是要发挥想象力。设疑激趣：月球和地球一样不会发光，太阳总是把半个月球照亮，能否建立一个模型来模拟月球。出乎意料的是一些科学成绩不很好的学生参与研究的积极性高于一些优秀生，这些同学扬长避短，做出了很好的结果。他们在小组讨论中发言积极，思想活跃，敢于标新立异，给他们一个施展才华的机会。通过生生、师生合作学习建立了乒乓球模型。实验：黑板当太阳，人作为地球，手持一只用墨汁涂黑一半的白色乒乓球，乒乓球当月球并将乒乓球
11、白的一面始终向着黑板，表示被照亮。让学生分别按前、左前、左、左后、后、右后、右、右前、前的逆时针的方向观察球被太阳光照亮的部分的形状。 （实验过程中白面始终向着黑板）实验后，再让学生讨论月相形成的原因。这样通过建立模型，解决了学生难以想象的抽象事物，使学生学习的积极性大增，从而提高学生的科学学习水平。在科学建模教与学的过程中。教师应把学生当作问题解决的主体，不要仅仅是把问题解决过程展示给学生看。问题环境和问题解决过程应有利于发挥学生的主动性、创造性和协作精神，让学生能把学习知识、应用知识、探索发现、培养良好的科学态度一思维品质更好地结合起来。要让学生在问题、困难、挑战、挫折、取胜的交替体验中；在选择、判断、协作、交流的轮换操作中；经历一个个学科学、做科学、用科学的过程，从而培养能力、激发兴趣、形成学生主动学习的良性循环模型是一种理想化的形态，在科学教学中，建立和正确使用模型，重视模型思想的运用，能将复杂问题简单化、明细化，使抽象问题直观、具体、形象、鲜明，对问题的解决起到事半功倍的效果，能大大激发学生学习科学的兴趣，提高学生的学习水平。参考文献1张思明.中学数学建模教学的实践与探索.北京:北京教育出版社,19982张克龙.建模思想在化学复习中的应用.中学化学教学参考,2005,(4)33-34
