基于模型和建模掌握科學(xué)概念的科學(xué)教學(xué)

黃惠娜

【摘? 要】在教學(xué)中通過(guò)利用模型，學(xué)生參與設(shè)計(jì)、制作模型等科學(xué)探究活動(dòng)，學(xué)生能正確認(rèn)識(shí)科學(xué)現(xiàn)象，能夠?qū)茖W(xué)現(xiàn)象作出正確的分析、解釋、說(shuō)明，建構(gòu)正確的科學(xué)概念，理解科學(xué)概念的本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)一步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】模型;建模;掌握;科學(xué)概念

科學(xué)概念是指組織起來(lái)構(gòu)成的、系統(tǒng)的科學(xué)知識(shí)。它來(lái)自科學(xué)家共同體對(duì)世界的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也幫助科學(xué)家組織對(duì)世界的觀察和發(fā)現(xiàn)，它包含的內(nèi)容是開(kāi)放的、動(dòng)態(tài)變化的。

小學(xué)階段，兒童對(duì)周圍世界有著強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望，這一時(shí)期是培養(yǎng)科學(xué)興趣、體驗(yàn)科學(xué)過(guò)程、發(fā)展科學(xué)精神的重要時(shí)期。小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的義務(wù)教學(xué)階段的核心課程。理解和形成科學(xué)概念、發(fā)展科學(xué)探究能力是科學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)之一，學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的正確理解和掌握有助于促進(jìn)他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

1 模型和建模的解釋和作用

1.1 模型

模型是復(fù)雜事物或現(xiàn)象的具體體現(xiàn)，是對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的事物、現(xiàn)象、過(guò)程或系統(tǒng)的簡(jiǎn)化描述，或其部分屬性的模仿。模型提供觀念和印象，是非常吸引學(xué)生的生動(dòng)的感性材料，是學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。在教學(xué)中利用模型可以讓學(xué)生感受到這些過(guò)程的動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性，突出了探究性學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建。生物學(xué)研究中通常建構(gòu)的模型包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等。只抽取本質(zhì)要素，用簡(jiǎn)單的模型模擬復(fù)雜的人體等使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，有利于學(xué)生概念的發(fā)展。以科學(xué)概念作為教學(xué)目標(biāo)，將促進(jìn)學(xué)生對(duì)事實(shí)的理解，有助于他們形成重要的科學(xué)觀念和思想。

1.2 建模

模型建構(gòu)法就是把研究對(duì)象（原型）的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，從而以簡(jiǎn)化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)方法。作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方法，所提供的觀念和印象，不僅是人們獲取知識(shí)的條件，而且是人們認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分，在學(xué)校自然科學(xué)日常教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值和意義。

2? 借助模型和建模掌握科學(xué)概念——以小學(xué)科學(xué)教科版四年級(jí)上冊(cè)《呼吸與消化》單元為例

《呼吸與消化》這個(gè)單元是屬于科學(xué)課的生物領(lǐng)域內(nèi)容，在生物領(lǐng)域中進(jìn)行模型教學(xué)，并不僅僅是簡(jiǎn)單的運(yùn)用模型結(jié)論，同時(shí)還要重視模型結(jié)構(gòu)構(gòu)建的過(guò)程。教師進(jìn)行模型構(gòu)建過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生積極去探討生物學(xué)的研究對(duì)象，構(gòu)建嚴(yán)密、科學(xué)的建模過(guò)程，提高學(xué)生的上課效率，充分掌握相關(guān)的科學(xué)概念。

此單元教學(xué)中我針對(duì)課程的內(nèi)容分別利用了物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型幫助學(xué)生掌握科學(xué)概念，為學(xué)生提供了認(rèn)識(shí)自己身體結(jié)構(gòu)和功能的機(jī)會(huì)，使他們能夠意識(shí)到身體的各種活動(dòng)都需要各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作，在這個(gè)基礎(chǔ)上建立他們的健康意識(shí)。

2.1 借助物理模型探究，將抽象的概念直觀化

物理模型作為認(rèn)知工具，它能夠幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識(shí)基礎(chǔ)，更加投入于學(xué)習(xí)，并且獲得更有意義、可遷移的知識(shí)。學(xué)習(xí)者可以使用認(rèn)知工具來(lái)分析世界、獲取信息、解釋和組織知識(shí)，并表達(dá)他們的所知所想?！妒澄镌谏眢w里的旅行》探究活動(dòng)——平面模型拼圖及實(shí)物模型拼裝體驗(yàn)，利用建立好的模型進(jìn)行解說(shuō)。主要讓學(xué)生在對(duì)消化的原有理解之上，通過(guò)拼圖、比對(duì)消化器官圖，猜想食物在體內(nèi)的“旅行”過(guò)程和參照實(shí)物模型認(rèn)識(shí)體內(nèi)各器官的部位，初步認(rèn)識(shí)主要消化器官的功能并建立起食物的消化需要多個(gè)器官共同參與完成的認(rèn)識(shí)。

2.2 制作數(shù)學(xué)模型，將思維謹(jǐn)慎化

建構(gòu)數(shù)學(xué)模型，揭示問(wèn)題本質(zhì)。數(shù)學(xué)模型是用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。對(duì)研究對(duì)象的生命本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行具體的分析、綜合，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式，如數(shù)學(xué)方程式、關(guān)系式、曲線圖和表格等來(lái)表達(dá)，從而依據(jù)現(xiàn)象作出判斷和預(yù)測(cè)。數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過(guò)程不僅需要學(xué)生掌握其步驟，還需要學(xué)生能夠領(lǐng)悟歸納出其規(guī)律。《呼吸與健康生活》一課，學(xué)生運(yùn)動(dòng)后，每分鐘心跳與呼吸的次數(shù)增多這一現(xiàn)象入手通過(guò)采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成柱狀圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化，討論“跳動(dòng)起來(lái)后呼吸為什么會(huì)加快”和“跳動(dòng)后心跳為什么會(huì)加快”這兩個(gè)問(wèn)題，了解呼吸系統(tǒng)的功能和血液循環(huán)系統(tǒng)的功能，并建立保護(hù)心臟、保護(hù)肺的意識(shí)。

2.3 運(yùn)用概念模型歸納，將零散的知識(shí)系統(tǒng)化

建構(gòu)概念模型，梳理知識(shí)間內(nèi)在關(guān)系。概念模型是指以文字表述來(lái)抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。建構(gòu)概念模型可以使學(xué)生深入理解基礎(chǔ)知識(shí)，辨析知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別，使知識(shí)結(jié)構(gòu)化，同時(shí)有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括和語(yǔ)言表述能力。例如生物學(xué)中的相關(guān)概念、由相互聯(lián)系的不同概念而形成的概念圖、流程圖等都屬于概念模型的類型。通過(guò)建構(gòu)概念模型一方面可以使學(xué)生理解相關(guān)概念;另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括、語(yǔ)言表述等能力。

設(shè)計(jì)《食物在身體里的旅行》學(xué)習(xí)記錄單可以建立概念圖歸納本節(jié)要點(diǎn)，用作為符號(hào)模型的概念圖來(lái)做為一種教學(xué)支架，意味著它能夠體現(xiàn)為一種支持結(jié)構(gòu)，而這種支持結(jié)構(gòu)能夠有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的思維支撐和能力自治，為教學(xué)者和學(xué)習(xí)者提供了一種使用和加工信息的認(rèn)知支持框架。

3? 模型和建模在科學(xué)課堂的應(yīng)用意義

基于模型和建模的科學(xué)教學(xué)為學(xué)生提供了可視的圖像或直觀、簡(jiǎn)潔的模型，幫助學(xué)生理解和記憶抽象的科學(xué)內(nèi)容;把抽象的概念還原到具體的可感知的形象，增加了課堂教學(xué)的直觀性，使科學(xué)概念更加形象化、具體化，有助于學(xué)生理解科學(xué)概念的本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)一步發(fā)展。在教學(xué)中通過(guò)利用模型，學(xué)生參與設(shè)計(jì)、制作模型等科學(xué)探究活動(dòng)，幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)科學(xué)現(xiàn)象，能夠?qū)茖W(xué)現(xiàn)象作出正確的分析、解釋、說(shuō)明，建構(gòu)正確的科學(xué)概念。

參考文獻(xiàn)：

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[2]《科學(xué)》全日制義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)（四年級(jí)上冊(cè)），教育科學(xué)出版社

[3]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)（第五版）.上海：華東師范大學(xué)出版社，2009，（5）：100-101