以“图式模型”为思维起点　促进核心概念理解的复习设计

何方送

摘 要：浙教版《科学》是一门综合性学科，知识点多，涉及面广.如何在有限的時间内提高中考复习效率？本文抓住“欧姆定律”“伏安法测电阻”“测小灯泡的额定功率”实验探究都有一个相似的电路图模型作为思维的起点.采用随机进入教学模式，围绕“电路图模型”帮助学生回忆实验探究过程，深层次理解核心概念之间的异同点，重构知识体系，提高中考复习效率.

关键词：图像模型;随机进入教学;核心概念;中考复习

文章编号：1008-4134（2019）14-0025中图分类号：G633.7文献标识码：B

《科学（2014年版）》指出：一个模型可以是一幅图、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.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代替和反应客观对象，并通过研究这个模型来揭示客观对象的形态、特征和本质，这是一个建模的过程，这样的方法就是模型方法.可见，模型方法是一种学生探究科学知识过程中必须掌握运用的科学方法.综观历年中考试题，大量的图表题就足以说明“模型认知”教学的重要性.在中考复习课中，如何利用有限的复习时间帮助学生把众多的知识点进行串联并系统化？笔者认为，以“图式模型”为学生思维起点进行归类复习不失为一种行之有效的复习方法.本文一个电路图作为学生思维的起点，完成几个电学核心概念的复习教学设计，以供同行探讨、交流.

1 挖掘核心概念内涵，构建“图式模型”

学科核心概念是位于学科中心的概念性知识，是学科结构的主干部分，学生对核心概念的理解直接影响其对整个学科的理解.不难理解中考复习为什么要紧扣核心概念进行教学，因为核心概念的学习过程是培养学生学科素养最本质的途径，它们是核心考点.如何高效进行核心概念的中考复习？仁者见仁，智者见智.笔者认为，一门学科是一个完整的知识体系，这个体系由若干个知识板块构成，而这些板块本身就是小知识体系，其骨架的主体部分就是核心概念构建的.只要我们认真挖掘核心概念的内涵，找出其内在的本质联系，这个本质联系就是“图式模型”的原点，也是复习教学过程中启发学生思维的起点.

“欧姆定律”“伏安法测电阻”“测小灯泡的额定功率”都是电学的核心概念知识，也是中考探究题的高频考点.“欧姆定律”是电学知识的基石，“伏安法测电阻”是“欧姆定律”的具体应用，而“测小灯泡的额定功率”是在“欧姆定律”基础上进一步揭示电能转化的原理和规律，所以“欧姆定律”探究实验的设计思路就是后面几个实验探究教学的思维原点，图1正是这个思维原点的“图式模型”，也是复习课中勾起学生回顾实验过程，重新深层次理解核心概念的思维起点.学生通过图1观察很直观知道实验所需要的器材，这些器材能测什么值？操作要点？能够马上就想起图1设计所做的探究实验.这种低起点的思维方式为学生有话可说、知识点相对能说完整提供了可能，为后续的随机进入教学创造了良好的课堂情景，师生互动有了契机.

2 以“图式模型”为表征，随机切入教学

美国心理学家布卢姆说过：“学习的最大动力，是对学习材料的兴趣.”如何再现旧知识，让学生有兴趣学是每个教师最烦脑的事情.无新花样的炒冷饭绝对勾不起学生的“食欲”，谈不上“营养吸收”，更不用说“高效复习”.

图式理论主要研究知识是如何表征的，怎样的表征方式有利于知识的理解.图1是新课探究实验教学中学生设计的实验方案，使学生知道为什么要设计这个电路图进行科学探究，如何控制变量进行实验探究等等知识问题.在复习课中，图1就成了一幅“图式模型”，一种思维工具，是用来组织与表征知识的工具，是炒新式冷饭的“铲”.这把“铲”要依据吃饭者的口味要求，随机炒出新式冷饭.也就是说，让学习者可以随意通过不同途径、不同方式进入同样教学内容的学习，从而获得对同一事物或同一问题的多方面的认识与理解，这就是“随机进入教学模式”，是建构主义教学理论下的一种教学模式.

【创设问题情境】今天我们一起复习电学中重要的几个探究实验的相关知识，同学们看一下这个电路图（如图1所示），通过它可以探究哪些科学问题？得到哪些实验结果？比一比同学们提取旧知识的快慢.

【设计意图】赞科夫说：“对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机.”通过问题情景的创设，依据“图式模型”饶有兴趣勾起学生回顾知识点，有竞争意味地让学生先说、多说.并不断追问：“同学再仔细观察图1，还能做什么实验？”然后按照学生回忆知识的先后顺序，随机进入相关知识内容的复习整理.

【随机进入1】研究电流与电压的关系：以图1为切入点，通过不断追问让学生回忆知识点.

（1）需要哪些器材？连接电路时应注意什么？（开关断开，滑动变阻器位于最大值）

（2）研究电流与电压关系时，需要控制哪个量不变（保持R的阻值不变）？这种研究方法叫什么（控制变量法）？测几组数据，为什么？（让学生弄清知识易错点：“伏安法测电阻”多次测量的目的是为了求电阻平均值，减少实验误差，而研究电流与电阻的关系”多次测量的目的是为了找出二者之间的关系，防止实验的偶然性.）

【随机进入2】研究电流与电阻的关系：以图1为切入点，通过不断追问让学生回忆知识点.

（1）需要哪些器材？连接电路时应注意什么？（开关断开，滑动变阻器位于最大值）

（2）如何研究电流与电阻的关系？控制什么量不变（U不变）？当你把5Ω换成10Ω时，如何保持电阻两端电压（假设2V）不变？（小组讨论突破难点：如何正确选择滑动变阻器？）

归纳：通过研究电流与电压、电阻的关系，能得出什么规律？哪位同学回忆一下欧姆定律内容？数学表达式？在应用欧姆定律公式时，应注意什么？（I、U、R必须是同一段导体、同一时间的对应量，即同体性、同时性）.

【随机进入3】伏安法测电阻：以图1为切入点，通过不断追问让学生回忆知识点.

（1）实验原理（公式）？

（2）需要什么器材？

（3）依据电路图，想一想实验步骤：连接电路时注意什么？（开关断开，滑动变阻器位于最大值）滑动变阻器起什么作用？（保护电路、改变R两端电压和电路中的电流）测一组数据可以吗？为什么要多次测量？（求出R的平均值，减少实验误差）

（4）若把图1中的定值电阻R换成小灯泡如图2所示，测出的电阻值会出现怎样的结果？

【随机进入4】测小灯泡的额定功率：以图1为切入点（定值电阻换成小灯泡）回忆知识点.

（1）下面我们再回忆一下测小灯泡的额定功率又有什么不同？（原理不同，P=UI）

（2）还有什么不同？（改变滑动变阻器，读出电压表等于额定电压时电流表的示数）

（3）需要多次测量吗？（不需要）为什么？（因为我们测的是额定电压下的实际功率）

【课堂反馈】在实际教学中，学生依据图1较快回忆“研究电流与电压的关系”“研究电流与电阻的关系”“欧姆定律”“伏安法测电阻”相关实验知识，学生争着发言，课堂气氛活跃.当老师提出“若把图1中的定值电阻R换成小灯泡如图2所示，测出的电阻值会出现怎样的结果？”时，马上就有同学举手回答：“图2还可以测小灯炮的额定功率.”受此启发，个别同学通过图1知识的迁移还联想到“研究串联电路电流、电压特点”“焦耳定律”等知识，给老师今后的教学备课留下无限想象的空间.

【总结提升】四方面知识学习完毕后，通过归纳总结出如图3所示的知识结构，以图式模型的形式呈现核心概念之间的内在联系，使思维可视化.这种更直观、更系统、逻辑性更好的图式模型作为思维的起点，能有效促进学生形成深层次理解核心概念的思维方式，达到事半功倍的复习效果.课后布置作业：在图3基础上，以思维导图形式完成四方面知识点的补充.若课时充足，则可以再展示学生的思维导图，互相评价、补充完善知识结构等.教无定法，贵在得法，目标只有一个：让学生学会复习整理.

3 找“图式模型”对接口，探究考点新动向

【过渡】刚才我们一起回顾整理了“研究电流与电压的关系”“研究电流与电阻的关系”“伏安法測电阻”“测小灯泡的额定功率”四方面知识的重新回顾建构.那么中考考什么？主要考二个方面：一是考电路连接;二是考实验数据的分析处理.（紧扣核心知识点，突破考题难点进行复习）

【高频考点1】电路连接

（1）连接电路时，开关断开，滑动变阻器位于最大值.

（2）实验异常现象的分析处理.

①电表指针反向？

②电流表无读数，电压表有读数？（电阻R或小灯泡断路）

③电流表有读数，电压表无读数？（定值电阻R短路或电压表断路（或短路））

④在做电流与电阻关系实验时，有时会出现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都达不到实验要求（保持2伏不变）？（滑动变阻器的选择有要求）

例1 （2017·黄石）小华同学用“伏安法”来测量一只阻值约为5 Ω的定值电阻Rx，实验室有如下器材供选用：

A.两节干电池

B.开关一个和导线若干

C.电压表（0～3～15 V）

D.电流表（0～0.6～3 A）

E.滑动变阻器（0～10 Ω）

F.滑动变阻器（0～100 Ω）

（1）小华同学完成实验电路设计后，为了操作顺利和方便，除了A、B、C和D外，小华同学还需选用_________（选填“E”或“F”）器材.

（2）根据设计的实验电路要求，请用笔画线代替导线连接图甲中最后的两根导线.

（3）如图甲所示，连接好电路.在闭合开关前，为保护电路，滑动变阻器的滑片P应该滑至_________（选填“G”或“H”）端.

（4）小华在闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片P时，发现电流表示数始终为零，而电压表有示数但不发生变化，此时电路中的一处故障是_________.

（5）排除故障后，电流表示数为0.40 A，电压表示数如乙图所示，则本次实验测得的定值电阻Rx是_________Ω.

【选题意图】通过此题训练，巩固实验器材的正确选择并连接、电表的正确使用及故障的判断等基础知识.

例2 （2017台州）小柯利用如图5所示的电路研究电流与电阻的关系，已知电源电压为6V且保持不变.实验所用电阻R的阻值分别为5Ω、10Ω、20Ω，滑动变阻器的规格为“30Ω 2A”.

（2）小柯将5欧的电阻接入电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电压表示数为2V，读出相应的电流值记录在表1中，然后更换电阻重复上述实验.当接入20Ω的电阻时，发现无论怎样调节滑动变阻器，电压表示数都无法达到2V，其原因是.

【选题意图】如何依据实验要求，正确选择滑动变阻器是中考的失分点.选择此题意在突破这一难点_________.

【高频考点2】实验数据的分析处理

【教学片断】

下面为“伏安法测电阻”实验记录，见表2和表3.

问题1：把表2、表3中数据与图6中a、b、c图像对应起来，并说出依据.

【设计意图】（1）通过对比让学生明白小灯泡的电阻随温度变化而发生改变;（2）让学生明白除通过表格数据直接分析可以得出结论外，其实分析数据的手段有多种，如坐标图、圆饼图、柱状图等，都能直观反映出数据之间的内在关系;（3）表格数据是非连续性的，而坐标图数据是连续的.比方说，表2、表3两张表格，把它们转化成坐标图，很直观就能看出数据的变化规律.

问题2：依据表2数据，我们通过求平均值的方法得出R的阻值.那么表3数据能否用平均值的方法得出R的阻值？

【设计意图】欧姆定律是电学的基石，也是易错点.通过此题让学生进一步巩固运用欧姆定律时公式中的U和I是指同一导体，同一时刻的电流和电压值，不可混用的道理.

问题3：如果表3数据是通过测量额定电压为2.5伏的小灯泡的电阻得到的，但由于小柯粗心，忘记测量小灯泡正常发光时电流值，那么你有方法不通过重新实验算出小灯泡正常发光时的电阻吗？小妍通过认真思考后，解决了这个问题.

【设计意图】训练学生逆向思维能力，实际课堂正象预设一样，学生卡住了.在教师引导下，通过小组讨论，当把表3数据转化为坐标（如图7所示），学生恍然大悟.R=2.5V/0.25A=10Ω.在此启发下，问题4迎刃而解，达到触类旁通的教学效果.

问题4：同时，小妍还进一步发现，在“测量小灯泡的额定功率”实验时，如果忘记测量，那么同样可以用此方法求出小灯泡的额定功率_________.（由图7可知，额定电压2.5V时，小灯泡额定功率为0.25W）通过这个问题的解决，她认为很多科学知识是相通的，可以通过一幅图或一张表来串联知识点，提高学习效率.

问题5：如果小高同学也因为粗心，没有“试触”、因电路中电流过大造成电流表指针弯曲变形不能使用，那么你如何利用现有器材完成Rx值的测量（已知滑动变阻器最大阻值为R0）：

①闭合开关S，滑片移至阻值最小位置记下电压表示数U1;

②滑片移至阻值最大位置记下电压表示数U2，

表达式为：Rx=_________.

【设计意图】通过小柯、小妍、小高3人小组实验探究过程中碰到的实际问题来组织教学，让学生有种亲身实验的亲切感，激发学生解决问题的兴趣;问题3—5的设置由浅入深，既培养了学生图表模型分析数据相互转化的能力，又训练了变式题的思维能力.

4 教学反思

課本中大量的图表是《科学》教材的重要特点.如何充分利用“模型认知”来组织教学，是每个科学教师值得重点思考的课题.由于同一知识板块或不同知识板块中许多图表模型存在结构的相似性或知识的内在联系，这为“以图式模型为思维起点，随机进入教学”复习方式提供可行依据.另外，图式模型对知识的直观呈现，系统清晰的逻辑脉络，帮助学生实现有意义记忆，就像我们平时一见熟人，就能想起曾经相处的趣事.图1就是这节课的“熟人”，帮助孩子们回忆曾经学习的有趣知识和探究活动过程.

参考文献：

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