技術(shù)與工程領(lǐng)域建模教學(xué)探索

徐亮

摘? 要? 為在技術(shù)與工程領(lǐng)域旨里更好地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新，以《耳的結(jié)構(gòu)建模》一課為例，分析建模課例教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計與實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞? 建模教學(xué)? 耳的結(jié)構(gòu)? 實(shí)施建議

中圖分類號：G424??????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.022

Exploration of Modeling Teaching in

Technology and Engineering Field

——Take the lesson "modeling of ear structure" as an example

XU Liang

（The Second Experimental Primary School of North District， Qingdao， Shandong 266035）

Abstract： In order to train students' practical innovation in the field of technology and engineering， taking the "ear structure modeling" as an example， the paper analyzes the design and implementation suggestions of the teaching link of modeling class.

Keywords： modeling teaching; ear structure; implementation suggestions

技術(shù)與工程領(lǐng)域旨在更好地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)?；谀Ｐ徒⒌恼n例能夠依據(jù)現(xiàn)實(shí)情境，解析原型特征、創(chuàng)建實(shí)體模型、解決特定問題、生成科學(xué)概念?，F(xiàn)以《耳的結(jié)構(gòu)建模》一課為例，分析建模課例教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計與實(shí)施建議。

建模教學(xué)的實(shí)踐價值

國內(nèi)外的研究者普遍認(rèn)為，基于模型的學(xué)習(xí)能夠在促進(jìn)學(xué)習(xí)者對概念深入理解的同時，發(fā)展科學(xué)思維。建立模型已成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)中探究科學(xué)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律的重要方式。

當(dāng)前在小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域，不少教師嘗試運(yùn)用建模教學(xué)方式，但學(xué)生的建模實(shí)踐往往缺少對原型和模型間內(nèi)在關(guān)系的探究，只是進(jìn)行表象的模仿，難以促成對科學(xué)概念的理解，也就無法有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

建模教學(xué)注重依據(jù)現(xiàn)實(shí)情境、解析原型特征、創(chuàng)建實(shí)體模型，從而在表征現(xiàn)象的過程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解釋其內(nèi)在的聯(lián)系，形成相關(guān)的概念，最終促成科學(xué)精神、實(shí)踐創(chuàng)新等素養(yǎng)發(fā)展。

《耳的結(jié)構(gòu)建?！芬徽n建模教學(xué)主要由觀察、設(shè)計、物化、測評、遷移五個環(huán)節(jié)組成。在學(xué)習(xí)實(shí)踐中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，成為每一個環(huán)節(jié)的實(shí)踐主體，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成。

建模教學(xué)的課例解析

依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，教師將原本屬于生命科學(xué)領(lǐng)域的耳朵結(jié)構(gòu)與功能的課程，改造成為工程技術(shù)與科學(xué)探究融合、工程意識與科學(xué)思維共生的建模創(chuàng)新課，重點(diǎn)從建模探究外耳道、鼓膜、聽小骨的結(jié)構(gòu)與功能等內(nèi)容。

1.觀察解析原型，生成問題情境

教師先引導(dǎo)學(xué)生觀察3D激光內(nèi)雕水晶耳朵模型。此模型按照人耳的結(jié)構(gòu)比例將外耳、中耳和內(nèi)耳的基本構(gòu)造立體地呈現(xiàn)出來，并配有文字說明，能讓學(xué)生從全方位明晰感知，形成對外耳道、鼓膜、聽小骨等外形結(jié)構(gòu)特征的形象認(rèn)知。

通過觀察分析，學(xué)生聚焦前概念中的矛盾點(diǎn)和感興趣的問題，對外耳道、鼓膜、聽小骨結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)形成初步認(rèn)知和猜想。

教師提問：“耳郭收集的聲音傳到哪里去了？”學(xué)生有回答傳到大腦的，也有回答傳到內(nèi)耳的，這反映出學(xué)生的前概念不夠科學(xué)完整。教師進(jìn)一步提問：“請同學(xué)們仔細(xì)觀察3D模型，思考聲音如何在耳內(nèi)傳遞？”小組觀察討論后，有的學(xué)生回答：“經(jīng)過外耳道傳到鼓膜，再通過聽小骨傳到耳蝸，最后從聽神經(jīng)傳進(jìn)大腦?！边€有的學(xué)生回答：“從外耳經(jīng)過中耳，傳到內(nèi)耳，最后到大腦?！苯處熇^續(xù)提問：“聲音通過外耳道傳到鼓膜，同學(xué)們猜想這層有彈性的、薄薄的鼓膜會怎么樣？”學(xué)生：“可能會振動?！苯處煟骸奥犘」怯謺鯓幽?？”學(xué)生再次觀察模型推測：“也會被帶著振動起來?！?/p>

2.設(shè)計建立聯(lián)系，討論明確任務(wù)

學(xué)生根據(jù)自己的猜想，建立模型驗(yàn)證的初步設(shè)想。再通過團(tuán)隊(duì)交流探討原型和模型間的有效關(guān)聯(lián)，綜合可用材料、工具等因素，設(shè)計出建立實(shí)物模型的具體目標(biāo)、方法和步驟。

教學(xué)中，學(xué)生先自由表達(dá)利用模型驗(yàn)證的設(shè)想，畫出設(shè)計圖，寫出所需材料工具和制作步驟，并在小組和全班進(jìn)行交流、討論。接下來教師出示課堂上可選用的材料工具，供各小組參考討論，調(diào)整并確定建模方案，然后各小組闡述設(shè)計方案，說明其模型的選材和結(jié)構(gòu)與原型的相關(guān)性。例如選用有彈性的、較薄的橡膠膜模擬鼓膜，用外形結(jié)構(gòu)相似的硬紙筒模擬外耳道等。教師適時引導(dǎo)學(xué)生討論明確細(xì)節(jié)。例如怎樣使泡沫小球靠在橡膠膜上，來模擬驗(yàn)證鼓膜振動能引起聽小骨的振動;如何將橡膠膜繃緊固定在紙筒的一端，能模擬出鼓膜的彈性振動，以促進(jìn)學(xué)生形成原型和模型間的思維鏈接。

3.物化形成實(shí)體，團(tuán)隊(duì)合作建模

將模型設(shè)計實(shí)物化是建模教學(xué)的核心之一，這是將設(shè)計思維、成本意識與操作能力融合、貫通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為降低實(shí)體建模的難度，教師須做好跟進(jìn)指導(dǎo)，可以采取“制作—分析—調(diào)整設(shè)計—再制作”的循環(huán)模式，讓小組分工合作。

教學(xué)中，教師在小組活動時適時引導(dǎo)，啟發(fā)、示范、協(xié)助學(xué)生逐步掌握工具使用、選材制作的方法，幫助他們提高物化意識與能力，獲得更多的成功體驗(yàn)。例如怎樣用橡皮筋將橡膠膜固定在紙筒上，怎樣用線穿起泡沫小球，并使其接觸到橡膠膜等。

4.測試驗(yàn)證效果，評價完善優(yōu)化

通過模擬實(shí)驗(yàn)對實(shí)體模型進(jìn)行測試，收集統(tǒng)一證據(jù)，驗(yàn)證是否與原型特征相符，是否能夠解釋現(xiàn)象，揭示規(guī)律，并引導(dǎo)學(xué)生對各組的模型效果和合作過程開展自評、互評，提出改進(jìn)建議和依據(jù)，促成建?；顒拥牟粩嗤晟?、優(yōu)化。

教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生測試并觀察記錄現(xiàn)象，分析其能否作為有說服力的證據(jù)。例如觀察橡膠膜和泡沫小球是否會在有聲音傳入紙筒時發(fā)生振動時，如何讓振動現(xiàn)象更加明顯等。同時注意引導(dǎo)學(xué)生排除干擾，例如測試說話的聲音是否能引起振動時，要避免從口中噴出的氣流進(jìn)入紙筒，造成無法判斷是氣流還是聲音引起振動的問題。

本課可以設(shè)計為大課時或連堂課，為學(xué)生提供更多的時間對自己或他人建模的全過程進(jìn)行反思和評價，課上或課下進(jìn)一步完善建模活動。

5.生成科學(xué)概念，拓展遷移應(yīng)用

教師引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)體模型修正后，可以提出新的情境促進(jìn)學(xué)生模型遷移和創(chuàng)新的概念養(yǎng)成。學(xué)生通過對比觀察新舊原型特征，提出假想，嘗試自主建立新模型。伴隨著建模過程，學(xué)生的前概念不斷向科學(xué)概念轉(zhuǎn)變，通過實(shí)踐逐步學(xué)會拓展應(yīng)用科學(xué)概念，解決現(xiàn)實(shí)中的問題。

教學(xué)中，學(xué)生通過微視頻學(xué)習(xí)內(nèi)耳的結(jié)構(gòu)和功能后，先思考討論得出：強(qiáng)烈的聲波通過耳蝸里的液體不斷刺激纖毛和聽神經(jīng)，會使纖毛和聽神經(jīng)疲勞，使聽力受損。教師再提出建模測試持續(xù)壓力對纖毛影響的新任務(wù)，引導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生在課后嘗試提出問題、作出假設(shè)、自主設(shè)計、選材建模、測試評價，從而實(shí)現(xiàn)建模意識與能力的拓展提升，形成科學(xué)概念的生成與遷移應(yīng)用。

建模教學(xué)的實(shí)施建議

1.建模教學(xué)一般需要利用大課時或連堂課，保障觀察、設(shè)計、物化、測評、遷移五個環(huán)節(jié)活動的充分開展

根據(jù)具體內(nèi)容與學(xué)情特點(diǎn)，教師可以在第一課時中引導(dǎo)學(xué)生聚焦現(xiàn)象與問題，提出假設(shè)與主張，重點(diǎn)設(shè)計建模方案。然后用第二課時建立模型并進(jìn)行驗(yàn)證、評價和改進(jìn)，還可以拓展延伸到課后的研究性學(xué)習(xí)活動。例如本課中學(xué)生當(dāng)堂完成了外耳道、鼓膜、聽小骨組合建模的學(xué)習(xí)實(shí)踐。遷移拓展的內(nèi)耳建模活動建議利用第二課時或二課活動時間，由科學(xué)教師或科技輔導(dǎo)員引導(dǎo)、協(xié)助學(xué)生完成。

2.建模探究活動注重引發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和建構(gòu)，力求運(yùn)用建模的方式促成學(xué)生思維的轉(zhuǎn)變與生成

教師要引導(dǎo)學(xué)生將自己的猜測、設(shè)想和主張在建立原型和模型關(guān)聯(lián)時充分表述交流。模型建成后要引導(dǎo)學(xué)生細(xì)致充分地進(jìn)行驗(yàn)證、分析和評價，以激活學(xué)生的元認(rèn)知來改善科學(xué)思維，生成科學(xué)概念。例如本文課例中通過觀察3D模型引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生問題與建模設(shè)想。在設(shè)計與選材時通過反復(fù)交流討論，促成學(xué)生對原型與建模間的關(guān)聯(lián)思考。在建立模型過程中通過測試與評價實(shí)現(xiàn)完善與優(yōu)化。

3.應(yīng)提供適合學(xué)生建模的材料，確保使用的安全性和可操作性，同時兼顧多樣性

各具特點(diǎn)的多樣材料可以有效激發(fā)學(xué)生的興趣，為建模提供更多的可能和更大的保障。教師可以依據(jù)學(xué)情對原材料進(jìn)行一定程度的加工，以降低操作難度，提高學(xué)生建模活動的體驗(yàn)感，這對于啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的建模意識與能力具有重要的作用。例如本文課例中教師準(zhǔn)備了紙筒、剪掉兩段的塑料瓶、橡膠手套、氣球、泡沫小球、牙簽剪成的小木棒等多樣材料，有效提供了學(xué)生設(shè)計、選材和制作的需要，保障了建模任務(wù)目標(biāo)的達(dá)成。