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聚焦科学本质教学，培养问题表征能力

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费志明赵海军

摘要表征是人们对客观事物经过大脑进行加工后作出的反应。表征是客观事物的反映，又是被加工的客体。初中科学是以提高学生科学素养和揭示科学本质为宗旨的课程。初中科学教学的主要任务是让学生学会认知、学会思维、学会表征，同时提高学生发现问题、解决问题、反思问题能力，以提高学生科学学科素养。本文就实际教学过程中通过难点突破、活动探究、说题练习等方面对诱发、增强、锻炼学生的表征能力的具体实践实例进行了分析。

关键词科学本质表征能力难点突破活动探究

表征是人们对客观事物经过大脑进行加工后作出的反应。表征是客观事物的反映，又是被加工的客体。同一事物，其表征的方式不同，对它的加工也不相同。表征其实是一种对事物的认识过程，这个过程是一个复杂过程，受到信息来源、人脑的分析、表征的形式等各种因素的影响，但通过表征后，都能从片面和全面的角度去反应事物的本质。

1表征在科学教学中的意义

表征是问题解决中最重要的—个阶段或环节，在问题解决中所具有的决定性的核心作用。正如经济学诺贝尔奖获得者郝伯特·西蒙所说：“正确表征问题就等于了问题解决的一半”。在初中科学教学过程，表征有多种形式，文字表征（即口头表征）、图像表征、表格表征、模型表征等，而这些表征形式在解决一些科学本质问题时，可以通过各种器官对本质问题由浅及深、由简单到复杂进行学习，这样以来，能使学生深入理解科学概念、全面了解事物的发展过程、锻炼学生各种思维的深度学习、培养学生学科创新的能力。

2在教学中如何培养学生的问题表征能力的策略

2.1难点突破诱发问题表征能力

难点突破是教师教学的关键所在，如何突破主要看教师的问题引导和学生的有效表征。问题设计受其呈现方式的影响较为显著，学生在对问题表征时，更容易接受问题依次呈现这种方式。那么，在一些科学本质教学中，采用问题依次呈现的方式教学，即“问题链”引领策略，把一个大的、难的、不容易理解的问题分解成若千个小的、简单的、容易理解的问题，降低教学的难度，便于突破难点，抓住重点，同时也更有利于学生形成正确的问题表征。

例：八上第四章第一节《电流与电荷》中，关于静电摩擦是如何让物体带电的探究中，如果单凭文字表述和教师讲解是难以让学生理解其本质。而这次的优秀课例让我记忆犹新，也感受到了抽象表征对科学教学的重要作用。

......

师：我们已经知道了世界上有两种电荷，而且一些相互摩擦可以使物体带电，同学们你知道物体是怎么带上电的吗？

生：摩擦创生了电、摩擦产生的电、摩擦是物体原本的电荷发生了转移等等。

师：这么多可能呀！那么老师给大家放一段视频（原子的内部结构）帮助大家一下。

看完视频，好多同学恍然大悟，原子中由原子核（带正电的质子和不带电的中组成）和高速运动的带负电核外电子组成，而且质子数和电子数相同

师：你们现在能知道摩擦带电的原因了吗？

生：可能是核外电子经摩擦后转移走了，导致原子的质子数和电子数不同而是物体带电。

师：那么请大家在任务单上把该过程画出来（让学生用建模来表征）。

生：小组进行汇报。

师：请优秀小组在黑板上模型演示摩擦带电过程（教师事先准备若干模型：⊕代表质子、代表中子、代表核外电子）

师：同学现在明白物体摩擦带电的原因了吗？

生：齐声回答是电子转移。

通过“问题链”引领策略的实践，我们发现，这样做可以搭建起培养学生表征能力与科学本质学习之间的桥梁，把一个较为科学本质难点问题分解为几个分散的、逐渐递进的小的、简单的、容易理解问题。一方面，突破了教学上的难点;另一方面，便于学生从自己的长时记忆系统中寻找心理图示，产生联想与想象，形成正确的问题表征，也不断的培养了学生的表征能力。

2.2活动探究增强问题表征能力

初中科学教学，科学探究作为发展学生的科学素养的核心，强调科学探究是一种重要而有效的学习方式，明确地提出发展科学探究能力所包含的内容与培养目标。教师应给学生提供充分的科学探究机会，让学生通过手脑并用的探究活动，体验探究过程的曲折和乐趣，培养学生科学探究的能力并增强对科学本质问题的表征能力。

如在学习《熔化和凝固》一课时，探究实验活动对晶体和非晶体的熔化规律时，教师通过冬季滴水成冰和春季冰雪消融引入熔化和凝固的概念。

接着用“物质熔化需要什么条件？”、“不同的物质熔化的规律一样吗？” 两个设问提出探究活动的问题。

第一步：实验设计

问题一：需要测量什么数据？问题二：需要哪些仪器？其作用是什么？

第二步：实验活动

（1）按照课本实验装置图，把装有海波的试管放在盛水的烧杯里，缓慢加热，观察海波状态的变化。待温度升到40℃开始，每隔0.5分钟记录一次温度;在海波完全熔化后再记录4～5次。

（2）改用松香做实验，重复上述实验。

第三步：数据记录与处理。让学生对实验的数据进行分析，通过不同的表征形式进行体现物质的熔化规律。（以海波为例）

表征一：表格形式

表征二：图像形式

AB：海波吸热温度升高，仍然是固态

B点：开始熔化

BC：熔化过程，海波吸热温度不变（48℃），为固液共存态

CD：吸热，温度升高，为液态

C点：熔化完成

表征三：文字形式

整个过程都从外界吸收热量;温度先上升后不变（48℃）再上升;物态变化是先固态后固液共存再液态。

探究活动能让学生在学习中，自己不断发现问题、解决问题，同时获取科学知识、体会科学方法、受到情感态度价值观的熏陶。而在此过程中，学生需要大量的表征来阐明自己的探究内容，从而对科学问题进行理解和认知。分析近几年中考命题趋势，主观探究表述题目增多，对学生的表征能力测试加大。故此我们教师在平时的教学中，要对探究活动精心设计，通过问题引导、实验观察、思维冲突等形式，使学生对科学知识的表征能力不斷增强。

課后说题巩固

2.3说题练习锻炼问题表征能力

美国教育学家布卢姆把学习目标分成六类：知识、理解、应用、分析、综合、评价，其中知识、理解、应用被称为低阶思维，分析、综合、评价被称为高阶思维。特别是在近几年中考的说理题型表现有位突出，所以我们的教学要注重培养学生高阶思维，而说题练习对学生形成高阶思维的过程至关重要。也能巩固学生对科学问题的表征能力。

在学习测量液体体积一课时，由于在量筒使用过程中会出现很多细节问题，导致测量只存在很多误差，这是教学的难点，也是学生头疼的问题，这时我们可以在课堂或课后选择一些经典题目让学生进行说题，不但可以锻炼他们思维能力，同时也可以锻炼他们的问题表征能力，一举两得。

例题：某同学在用量筒量取液体时，先俯视读得液，体的体积为34毫升，倒出一部分液体后，再仰视读得液体的体积为15毫升，则倒出液体的体积是。

A.大于19毫升? B.小于19毫升C.等于19毫升? D.无法判断

教师应提前讲清“学生说题”过程，即“三说”

说知识：量筒读数的误差分析。

说思维：在测量液体的实验中，读数的。俯视偏大，仰视偏小。

说方法：生1：特殊值法。即倒出液体前俯视读数为34毫升，结合“俯视偏大”可知，平视量筒读数应小于34毫升，如33毫升;倒出液体后仰视读数为15毫升，结合“仰视偏小”可知，平视量筒读数应大于15毫升，如16毫升。则实际倒出液体应为17毫升，结果小于19毫升，故B正确。

生2：作图法。根据右图量筒读数时的要求，画出对应本题的体积数，自己体会三种情况下导致的误差。引导学生得出：眼睛应注视凹液面最低处，当俯视读出量筒的结果为34毫升时，此时的实际液面即为液面A;当仰视读出量筒的结果为15毫升时，此时的实际液面即为液面B.通过图4可实际倒出部分液体的体积为液面A与液面B的体积数值差，即图4中的阴影部分，很明显比19毫升小。

教师点评：量筒读数的误差分析，对于七年级学生来说是一个重点，更是一个难点，虽然在平时的作业中反复练习，但在考试过程中，仍会有很多学生因为各种原因而做错。其主要原因是学生对该问题的认识不深。通过生1和生2，尤其是生2的解决方法，学生更直观地明白了背后的科学道理，培养了学生思维的深刻性，锻炼学生对科学问题的表征能力。

表征是体现科学思维的一种有效途径。因此，在平时的科学教学中，教师要有意识的对学生的表征能力进行培养，才能让学生的思维从低阶向高阶逐步发展，顺利完成各种科学本质的教学。当学生有了良好的表征能力时，不仅能轻松的理解初中科学问题，还能向更深层次的方向探究科学知识。当然，培养学生的表征能力不仅限于文中的四种形式，我们教师要不断的探索，寻找更多的方法对学生的表征能力近进行有效培养。

参考文献

[1] 郑青岳.科学教育讲演录[M].浙江教育出版社，2015.

[2] 沈伟云.初中科学教学研究[M].浙江大学出版社，2015.

[3] 王耀村.初中科学教学关键问题指导[M].高等教育出版社，2016.

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