通過模型制作提高學(xué)生思維能力

嚴(yán)漩

小學(xué)階段的學(xué)生由于身心發(fā)展尚未成熟，問題解決、分析比較、批判思維和創(chuàng)造性思維能力有所欠缺。教師借助模型制作，以簡筆畫、示意圖、概念圖、物理模型、數(shù)字化軟件模型等多種手段能夠?qū)W(xué)生看不見的思維過程、無法言說的思考方法和思考路徑清晰地呈現(xiàn)出來，從而提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

一、模型制作：使學(xué)生思維清晰

小學(xué)科學(xué)教育要從學(xué)生終身發(fā)展的角度出發(fā)。實(shí)踐與思維都是小學(xué)科學(xué)教育的核心，只有兩者結(jié)合才能真正培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。而在現(xiàn)實(shí)中，小學(xué)科學(xué)教學(xué)往往只注重科學(xué)探究的實(shí)踐性，而忽視了學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)。小學(xué)階段的學(xué)生科學(xué)思維具有隱藏性、模糊性、碎片化特征，學(xué)習(xí)時難以有序、精準(zhǔn)、科學(xué)地表達(dá)自己的思維觀點(diǎn)，師生之間難以進(jìn)行有效的思維碰撞，既影響了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，也影響了教師教學(xué)的施展。模型制作是思維表現(xiàn)的一種基本形式，模型制作就是將學(xué)生科學(xué)思維以可見、清晰、直觀的方式進(jìn)行外化、呈現(xiàn)。模型制作利用簡筆畫、搭建物理模型、示意圖、概念圖、數(shù)字化軟件模型等多種形式來呈現(xiàn)學(xué)生的思考、概念、知識等，把隱性思維顯性化、可視化，是有助于學(xué)生思考、表達(dá)、理解、交流的一種有效學(xué)習(xí)方法。

思維是一切有目的的活動的靈魂，學(xué)生借助模型制作，能把大腦中的思維“造”出來，從而促進(jìn)自身科學(xué)思維能力的養(yǎng)成，不斷提升科學(xué)素養(yǎng)。

二、創(chuàng)意表達(dá)：讓模型制作搭建學(xué)生思維成長之橋

在科學(xué)教學(xué)活動中，教師可以借助有效的模型制作手段，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，優(yōu)化教學(xué)方式，讓學(xué)生在自主狀態(tài)下進(jìn)行科學(xué)探究，使學(xué)生呈現(xiàn)出真實(shí)完整的科學(xué)探究路徑和思維過程，了解學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知特點(diǎn)及思維發(fā)展?fàn)顩r，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)的深度學(xué)習(xí)與知識建構(gòu)。

（一）圖畫模型——把握思維發(fā)展方向

由于小學(xué)生的思維處于隱形、模糊、抽象的狀態(tài)，難以用語言精確表達(dá)自身經(jīng)驗(yàn)，因此，采用圖示方式，將學(xué)生對問題的思考、質(zhì)疑、交流過程清晰、具體地表現(xiàn)出來，教師就能及時把握學(xué)生表現(xiàn)出的已有概念，進(jìn)而有效地引發(fā)學(xué)生思考，把控教學(xué)節(jié)奏。如，在教學(xué)《食物的消化》時，教師希望了解學(xué)生對食物在人體消化器官中經(jīng)過的基本情況，借助圖畫模型的制作（見圖1～4），讓學(xué)生清晰地表達(dá)出自己已有知識經(jīng)驗(yàn)。隨后，通過師生之間、生生之間的探究、交流、表達(dá)，學(xué)生意識到，人體構(gòu)造其實(shí)是一樣的，人體消化食物的過程是基本相似的。教師借助學(xué)生各異的圖畫模型引起認(rèn)知沖突，調(diào)動學(xué)生探究的興趣，讓他們想辦法找到正確的答案。在交流的過程中，學(xué)生進(jìn)行思維與認(rèn)知的調(diào)整，確定正確的食物“旅行”圖。借助圖畫模型，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了看、想、反思、校正等一系列思維活動，在新信息與舊經(jīng)驗(yàn)的碰撞過程中，建構(gòu)起對消化系統(tǒng)和消化過程的認(rèn)識。

（二）數(shù)字化模型制作——思維知識與情境聯(lián)結(jié)

傳感器實(shí)驗(yàn)器材在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，可以將一些知識性、抽象性、概念性的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)下的真實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠進(jìn)行可視的、現(xiàn)實(shí)的探究。

如五年級科學(xué)課中《簡單電路》拓展課《家庭電路》，教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材了解電路的構(gòu)造及電路基本原理。在本課的探究實(shí)驗(yàn)中，采用電池直流電即1.5V電壓供電方式進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，而在學(xué)生的生活學(xué)習(xí)應(yīng)用中，接觸更多的是交流電即220V電壓供電下的電器，而交流電電路的學(xué)習(xí)對于小學(xué)甚至中學(xué)階段的科學(xué)探究來說，很難完成。采用傳感器實(shí)驗(yàn)裝置中的模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過在模擬器中搭建家庭電路，能對不同用電量的電器如何正確接入電路、家庭電路中電器的保護(hù)及可能產(chǎn)生的危害進(jìn)行真實(shí)模擬。在傳感器模擬器中，學(xué)生首先搭建火線、零線、地線組成的完整家庭電路主線路，將一個接線板接入家庭電路，隨后將諸如平板電腦、電扇、電視機(jī)、空調(diào)、吹風(fēng)機(jī)等多個電器連接在接線板上，傳感器模擬的家庭電路隨之發(fā)生過載，電器爆炸，發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致人員傷亡。這個探究過程與真實(shí)情境相同，學(xué)生既了解了家庭電路的組成，又在安全狀態(tài)下體驗(yàn)家庭電路發(fā)生的危險。這樣的實(shí)驗(yàn)方式，能夠加深學(xué)生對抽象科學(xué)知識的理解，完善基礎(chǔ)科學(xué)知識的提升。

使用傳感器真實(shí)模擬情境發(fā)現(xiàn)科學(xué)基礎(chǔ)知識背后衍生科學(xué)道理，使學(xué)生不僅關(guān)注傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方式下掌握的基礎(chǔ)性科學(xué)知識，而且更加注重知識延伸背后的科學(xué)應(yīng)用，加深了學(xué)生的理解，促進(jìn)了學(xué)生思維能力的發(fā)展。

（三）實(shí)物模型制作——思維回溯科學(xué)認(rèn)知再重構(gòu)

思維是有痕跡的，思維的方法、路徑在重要的環(huán)節(jié)中是有表征的。但是這些表征容易被忽視，師生更多關(guān)注的是問題的結(jié)果，忽視思維的過程。我們在科學(xué)教學(xué)的過程中，需要有意識地引導(dǎo)學(xué)生回望探究來時路，把思維過程本身當(dāng)作一個反思的載體，進(jìn)行有意識的反芻重構(gòu)。

在學(xué)生嘗試解決一個探究問題之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生在結(jié)論和過程之間，進(jìn)行思維回溯，剛才的問題，我們是怎么猜想的，如何驗(yàn)證的？類似的問題能否用同樣的方式解決？思維回溯作為反思性思維，在“問題”和“答案”之間架起一座橋梁，讓學(xué)生能看清楚自己解決問題的思維方法和路徑。如在《食物的消化》一課中，基于已有的消化知識，創(chuàng)設(shè)如下情境：如果人倒立時，吃進(jìn)去的食物會從身體里面漏出來嗎？食物究竟是怎樣到達(dá)身體里的？我們選取了一系列物體：用漏斗替代口腔，用軟塑料管替代食管，用其他材料來模擬搭建人體消化模型。學(xué)生搭建了形象、具體、可觸摸的消化模型之后，就能在有限的條件下更真實(shí)地觀察人體這個暗盒（見圖5）。

學(xué)生在已有經(jīng)驗(yàn)知識及模型制作的基礎(chǔ)上認(rèn)為，當(dāng)我們?nèi)说沽r食物會從體內(nèi)漏出來，但這與真實(shí)情況出現(xiàn)沖突，人在倒立時食物不會漏出來，學(xué)生已有思維與真實(shí)情況發(fā)生沖突，情不自禁地在組內(nèi)展開討論，了解真實(shí)情況。隨后學(xué)生通過對消化模型的搭建、改進(jìn)、完善、學(xué)習(xí)，在教師引導(dǎo)下了解到，人體消化系統(tǒng)存在多個類似單通道的結(jié)構(gòu)，使吃進(jìn)去的食物只能向胃部蠕動。

在完善消化道模型搭建的過程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察、構(gòu)思、反思、改進(jìn)、重構(gòu)、完善等一系列持續(xù)的、系統(tǒng)的思維活動，在新概念與舊經(jīng)驗(yàn)的沖突中，既學(xué)到了“解暗箱”的方法，又建構(gòu)起對消化系統(tǒng)過程的完整認(rèn)知。

三、模型制作：促學(xué)生思維成長

（一）挖掘思維深度：指向概念的建構(gòu)與內(nèi)化

借助模型制作，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維從淺層思維走向高階思維，學(xué)生能夠完成在較高認(rèn)知水平層面上的心智活動。學(xué)生通過模型制作中的圖示、圖畫、圖表等方式，表達(dá)自己前概念，經(jīng)歷看、想、反思、校正等一系列思維活動以及探究實(shí)驗(yàn)中對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、比較、綜合、推理、概括過程，能夠經(jīng)歷新知識與舊經(jīng)驗(yàn)的碰撞。

有深度的思維學(xué)習(xí)，應(yīng)該能引導(dǎo)學(xué)生遷移利用，內(nèi)化模型制作方式。課堂上，可以借助模型制作尋找探究突破點(diǎn)，激發(fā)展開大膽想象、表征前概念;也可以借助模型制作，指導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，形成分析、比較、推理的意識;還可以引導(dǎo)學(xué)生借助模型制作，把現(xiàn)象與概念、思維與情境、問題與能力有機(jī)地關(guān)聯(lián)、鏈接起來。這時候，學(xué)生所呈現(xiàn)出來的高階思維，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)知識概念的建構(gòu)與內(nèi)化。從思維可視化，到思維形象化，再到概念的建構(gòu)與內(nèi)化，在模型制作的驅(qū)動下，構(gòu)成了一個完整的科學(xué)探究學(xué)習(xí)、思維表達(dá)的過程。

（二）拓寬思維廣度：指向能力的聯(lián)結(jié)與擴(kuò)展

借助模型制作，能夠促進(jìn)學(xué)生的思維突破教材限制，從學(xué)一知一、學(xué)二知二，到分析、總結(jié)、比較，找出學(xué)習(xí)的規(guī)律，做到舉一反三，觸類旁通。教材構(gòu)建與內(nèi)化的科學(xué)知識相當(dāng)于一枚具有思維能力的石子，當(dāng)它拋向真實(shí)生活情境時，既有石子濺起科學(xué)知識的大浪花，也能形成模型制作表達(dá)思維發(fā)展的漣漪。漣漪要能向全方位展開，表現(xiàn)為學(xué)生思維、認(rèn)知、能力借助模型制作上的數(shù)字化模擬、物理實(shí)物模型的制作改進(jìn)。學(xué)生以新的觀點(diǎn)、新的角度、新的方式，進(jìn)行前所未有的思考，從而產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)新視野、新知識、新情境，解決新問題的智慧和能力。

（三）提高思維有效性：指向認(rèn)知反芻與重構(gòu)

杜威在《我們怎樣思考》一書中提出：“反思性思維，是根據(jù)信仰或假定的知識背后的依據(jù)及可能的推斷，來對它進(jìn)行主動、持續(xù)和縝密的思考?！蹦Ｐ椭谱髦赶蛘J(rèn)知的思維反芻，就是一種反思性思維，它在“問題”和“答案”之間架起一座橋梁，讓所有走過橋梁的學(xué)生，回過頭來看清楚這座橋的全貌。因此，反芻的不是問題本身，也不是強(qiáng)化答案，而是解決問題的思維可視化方法路徑。這是對思維本身的反思與批判，可以引導(dǎo)學(xué)生有意識地進(jìn)行認(rèn)知再重構(gòu)，從“偶然”選擇的方法路徑，走向“應(yīng)然”建構(gòu)的認(rèn)知圖式。模型制作指向認(rèn)知的思維反芻與重構(gòu)，是一種看不見的內(nèi)生增長，仿佛在打開學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)存，從檢索儲存模式切換到內(nèi)存更新升級模式。

古希臘智者學(xué)派的代表人物普魯塔戈拉說：“頭腦不是一個要被填滿的容器，而是一把需要被點(diǎn)燃的火把?！睂W(xué)與教的模型制作策略，是能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)探究有效開展的一種重要途徑。小學(xué)科學(xué)課堂學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)是一個漫長的過程，行之有效的模型制作教學(xué)策略能更好地促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)的不斷完善，進(jìn)一步提高學(xué)生的思維能力。在科學(xué)教學(xué)中，不斷挖掘思維深度、拓寬思維廣度、提高思維有效性，學(xué)生的思維能力就會有質(zhì)的飛躍，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)也會進(jìn)一步提升。

【本文系南京市教育科學(xué)規(guī)劃第十二期“個人課題”，“以物理模型促進(jìn)兒童思維可視化的策略研究”的研究成果。課題立項(xiàng)號