铺设建构,自主建模

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1、铺设建构,自主建模　　【摘要】在2011年版的《初中科学课程标准》的科学知识与技能目标中，要求学生“会运用简单的模型解释物质的运动和特性。”本文试从建构数学模型、物理模型和概念模型三个方面，和学生一同体验建立模型的思维和方法，发挥科学学科的优势，从而更好的体现，科学课堂的有效性。　　【关键词】模型、科学、教学难点、有效性　　在自然科学研究中，人们通过一定的科学方法，建立一个适当的模型来反映和代替客观对象，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。一个模型可以是一幅

2、图、一张表或计算机图像，也可以是一个复杂的对象或过程的示意。　　我国新一轮的课程改革在工作机制上为初中、高中课程的整体设计提供了保障。标准组在设计初中科学课程标准时，就为初、高中的衔接做了统一的设计，尤其在课程目标中，在共同课程理念的指导下，初、高中课程目标在表述方式、目标的指向等方面具有很强的一致性，并呈现出递进的关系。　　高中的课程标准，要求学生从建构概念模型、物理模型和数学模型三个方面，“将实际问题抽象成模型，并进行解释与运用”。初中的课程标准，则是要求学生“通过了解模型，体验建立模型的思想

3、和方法。”10　　初中科学的很多内容，以文字为主，信息量大、概括性强而且非常抽象，笔者对这部分内容，试通过构建由简单到复杂，由具体到抽象的生物学模型，并配以合理的问题串为引导，创设体验水平的教学情景，在一定程度上，促成学生由感性到理性认识的飞跃。　　一、数学模型――使生命现象数量、趋势、理性化　　数学模型是为了某种目的，用字母、数字及其它数学符号建立起来的等式或不等式以及图表、图象、框图等描述客观事物的特征及其内在联系的数学结构表达式。由于生命科学以描述性的语言为主，有的学生往往以为学好生命科学是

4、与数学没有关系的。他们尚未树立理科意识，缺乏理科思维。这些需要教师在平时的课堂教学中给予提炼总结，并进行数学建模。这在生命科学部分的教学中，培养理性思维也起到十分重要的作用。　　（1）巧用表格，将生命现象数量化　　比如在《体温的控制》里，学生在已有的知识范畴中已经知道，人体的体温是恒定的，但恒定的体温是不是不变呢？为了让学生体会“在正常的生理条件下，体温可随昼夜、性别、年龄、环境温度、精神状态和体力活动等情况不同，在一定的范围内波动。”笔者在课堂上增加了两个数据表格，如图1，图2。　　学生的思维豁

5、然开朗，通过表格，学生不仅能体会体温与个体、部位都有关系，而且体会到一组多维度的数据，我们可以分维度来捕捉信息。即巩固了老知识，又学到了新技能，从小学的纯知识学习，过渡为通过数学模型，得出准确结论，使整堂课的科学味更提升了一步。　　（2）巧用折线图――将生命现象趋势化10　　表格只能表示出数字的有变化，却无法揭示事物变化的规律，以及变化的趋势，有一定的局限性。　　比如学生看到图2能得出一些信息。　　生1：“人体的体温有变化”　　生2：“人体的体温随着时间变化，有变化。”　　生3：“人体的体温因为人

6、体的活动不同，而不同。”　　师：“蔡雨同学的体温变化，有什么趋势吗？”　　学生又沉默了。　　可见表格只能看出体温有变化，却无法揭示体温变化的规律，因此我们把它建构成另一种模型――坐标图的数学模型，利用建立坐标图，使一些抽象的知识变得更具体，从而得到了人体体温变化的大体趋势，如图4。一目了然的呈现体温变化的规律。看着曲线，同时产生新问题生成了：“为什么图像不停留在一条直线上？是不是人体的体温根本就不恒定？”　　　　师生共同探讨，得出“人的体温是在一个范围内波动的。”　　通过两个数学模型，学生的认识了

7、体温恒定的真正含义，体会到了科学来源于生活，用数据讲话，才是硬道理。　　（3）巧用扇形图――使问题本质的认识理性化　　初中科学中，大量的现象与规律是极为复杂的，存在着许多不确定因素和例外的现象，在对模型解答进行数学分析的基础上，通过观察和分析，对原有的模型进行补充或修正，使学生能从多种渠道获得信息资料，并与自己的探究进行比较。　　在分析“10人体在安静和运动状态时，主要的产热器官或组织分别是什么？”的时候，启用条形统计图和扇型统计图如图4，两种模型的呈现，既一目了然的得出结论，老师追问，引发学生思

8、考，“运动时候心脏的跳动明显快于安静时，为什么运动时候的内脏产热却比较少呢？”从而突破了又一难点――我们所获取的信息，只是产热的百分比。　　　　通过建构数学模型，学生对于“体温恒定”有了更深刻的认识。通过统计图，学生把抽象的东西转化为具体化的知识，有助于知识的理论问题识记、理解和掌握。　　同时在科学教学中构建学生的建模意识与培养学生的创造性思维能力是相辅相成，密不可分的。教师在科学课堂中，通过数学建模，培养学生通过文字提炼模型的能力，为提高学生的创新意识和创新能力也提供了很好的方向