童建鹤

[摘要]模型法是初中科学教学中用于简化问题、解决问题的常见方法。科学课程中涉及大量抽象的概念和理论，模型法的运用有利于将隐藏在复杂现象中的规律以更加直观的方式呈现出来，能够有效加深学生的理解。在初中科学教学中，教师应将模型法应用到科学教学的各个环节中，以不断提高科学教学的质量。

[关键词]模型法；初中科學教学；概念模型；物理模型；数学模型

[中图分类号]G633.98[文献标识码]A[文章编号]16746058（2018）08008702

钱学森先生曾经说过：“人认识世界的过程像小孩子一样，是从形象思维开始的，而不是抽象思维。”由此可见，人更容易接受形象的、直观的东西。初中阶段，学生大脑处于发育的关键时期，也是形象思维向抽象思维发展的过渡时期。如果在科学教学的过程中，为学生搭建一个形象思维和抽象思维互相转换的桥梁，则能更有利于学生厘清知识脉络，探寻知识的内在规律。在初中科学课堂上，教师经常会用到模型，如牛顿第一定律如果忽略外力作用就是一个相对理想的模型；光线、杠杆、磁感线等内容的学习也会经常将研究对象设置为直观模型。因此，在初中科学课堂教学中，教师更应重视建模，将模型法应用到教学的各个环节中。

一、模型的分类

所谓模型，通常有概念模型、数学模型和物理模型三种形式。概念模型，就是以文字的形式来表述事物之间的联系与本质的模型。概念模型的构建能够促进学生对所学知识进行结构化整理和归纳总结，提高学生的语言表述和综合概括能力。

例如，八年级下册《原子结构模型》中的卢瑟福模型，我们的目标是了解黑箱方法，并依据输出信息构建原子结构模型，如图1所示。

具体的教学步骤为：先让红外线水平射入空箱，观察箱壁上光斑的数量，再在箱内悬挂实体的大小球，让红外线光束射向黑箱，再观察光斑数量并测算内球的大小。在这一过程中，教师可以借助微视频向学生介绍卢瑟福粒子散射实验的操作流程，帮助学生分辨输入信息和输出信息，并推断金原子中有一个带正电的极小极重的中心体原子核，从而建立概念模型。这一过程不仅能让学生将实验与模型相结合，还能使学生成为模型的主动构建者，有效提高学生的自主学习能力。

数学模型指的是用来描述一个系统及其性质的数学形式，多应用于速度计算、欧姆定律、血糖变化以及阿基米德原理等内容中。初中科学教学中的数学模型一般分为两类，一是坐标系模型，二是数学公式类模型。前者多用于表示某因素与某个量之间的变化关系。

例如，溶解度教学中，坐标系表示的是温度变化对物质溶解度的影响，如图2所示。

从图2中，我们可以清楚地看到，较之氯化钠，碳酸钠的溶解度受温度的影响比较大，结晶时氯化钠只能用蒸发溶剂的方法，而碳酸钠除此之外还可以用冷却热饱和溶液的方法。这也是人们为什么冬天捞碱夏天晒盐的原因。建立数学模型的一般步骤为：观察研究对象，提出问题—做出合理假设—根据实验数据用数学形式对事物性质进行描述—通过进一步实验或观察等对模型进行检验和修正。

物理模型就是在解决问题的过程中，忽视非本质的因素，强调本质的特征，从而对物理过程进行简化的模型。具体步骤为：明确研究对象—分析环境，建立物理环境—分析对象在物理环境中的运动规律。同时，也可以建立类比或等效变换模型，这样有利于学生求同思维的发展。学生理解模型后就会在以后的学习中灵活运用，进而达到举一反三、触类旁通的目的。

二、模型法的应用

下面，我们以具体的教学环节为例，对模型法在初中科学教学中的应用进行分析。

1.概念模型的应用

科学教学中，概念是一个较为抽象的属性，能够反映客观的、本质的内容，如果学生在学习的过程中没有感性认知做基础，则可能会导致理解错误或思维障碍。建立概念模型则很好地解决了这一问题，它能抓住影响事物发展的主要因素，加入对比、分析、综合、实验等方式，将抽象的概念与人脑中存在的事物联系起来，使学生的理解更加清晰和透彻。

例如，在教学液体浮力相关内容时，由于液体浮力大小的测量、沉浮条件等概念理解起来较为抽象，无形中增加了学生的学习难度。因此，教师引导学生建立液体浮力概念模型显得十分必要。

在教学中

教师可精心设置问题，通过提问建立相关科学图景，还可利用相关容器和材料进行引题，通过盐水和鸡蛋来演示浮力实验，引导学生通过多种方法计算浮力大小。通过实际操作，小组讨论，构建相应的概念模型，最终学生深刻理解了“浸入液体中的物体所受到的浮力等于它排开液体受到的重力”这一本质内涵。

2.数学模型的应用

初中科学课程中涉及很多定律、原理、假说以及法则等，这些内容都比较抽象，学生理解起来有些困难，建立数学模型能够有效降低学习难度。

例如，在学习“质量守恒定律”时，需要构建数学等式模型进行解题，如“某有机物R在足量氧气中完全燃烧后的化学方程式如下：2R+13O2=8CO2+10H2O，根据质量守恒定律，求R的化学式。”质量守恒定律是指参加化学反应的各物质的原子，重新组合形成其他物质，反应前后物质的原子种类和数目没有改变。因此，在解答上述例题时，考虑到等式右边O原子为26个，C原子为8个，H原子为20个，而等式左边需要同样数量的相同原子，结合数学模型计算可知，R为C4H10。

又如，学习金属与酸反应的相关知识时，往往需要构建数学坐标模型，研究相关图像，进而发现规律解决问题，如“等质量的镁、铁、锌与相同质量分数的足量的稀硫酸反应，请在图像的曲线上标出镁、铁、锌。”在进行解题时，需要考虑到每条曲线中，斜线越陡，说明单位时间内产生的氢气多，反应快，金属活动性越强。等质量的不同金属与足量酸反应，化合价相同时，“人小志气大”。在明确相关知识的后，结合数学模型，可明确图像揭示的规律，如图3所示。

再如，学习有关溶液的pH值与溶液的关系时，往往涉及数学模型的构建，此时必须明确数学模型的相关特点。如NaOH溶液中不断加入稀硫酸，请判断溶液pH随加入试剂的体积变化而变化的关系。由于NaOH为

碱性溶液，稀硫酸为酸性溶液，随着稀硫酸的加入，溶液的酸碱性由碱性逐渐转向酸性，pH值逐渐下降。以横轴表示加入试剂的体积，纵坐标表示溶液的pH值，建立坐标系。可见，图像应呈下降的趋势，开始时pH值逐渐趋向7，并且在稀硫酸加到一定体积后，pH值小于7，由此便可以确定图像，如图4所示。

3.物理模型的应用

物理模型的建立蕴含着丰富的内涵。在科学教学中，我们不仅要让学生理解基本概念和基本规律，更重要的是引导他们分析问题，善于从材料中提取信息，实现对已有知识的迁移。

例如，一根劲度系数为k的弹簧，将其一端固定在墙面，而另一端连着质量为m的物体，该物体静止于光滑水平面的O点上，现有一个质量为M的子弹以水平速度v射入且留在物体中，那么最少需要多久物体达到O点？在此过程中，我们要忽视子弹的转动，将子弹视为平行射入，从而建立质点系统模型。然后，选取子弹、物体和弹簧为研究对象，忽略空气阻力等因素，建立弹簧振子模型，根据机械能守恒，可求得研究对象的动能，进而解决问题。至此，模型得以建立，所有问题也就迎刃而解。

综上所述，模型法对于初中科学教学来说，是一种较为高效的教学方法，有利于学生提取主要信息进行对比、假设和分析，从而化抽象为具体，促进学生理解知识，解决问题。要想使初中科学教学取得理想的效果，教师要引导学生构建各种各样的模型。学生通过构建模型能更加清晰直观地了解事物的本质，从而提高学习效率。

[参考文献]

[1]任丽君.模型法在初中物理教学中的应用研究[D].苏州：苏州大学，2016.

[2]朱月爱.浅谈理想模型法在物理教学中的应用[J].云南教育：中学教师，2015（10）.

[3]陈宇欣.电解水微观过程示意图在初中化学教学中培养学生“模型认知”素养的妙用[J].文理导航·教育研究与实践，2017（9）.

（特约编辑安平）