通過模型制作提高學生思維能力

◇嚴 漩（江蘇：南京市紅山小學）

小學階段的學生由于身心發(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，從而提高學生的科學思維能力和科學素養(yǎng)。

一、模型制作：使學生思維清晰

小學科學教育要從學生終身發(fā)展的角度出發(fā)。實踐與思維都是小學科學教育的核心，只有兩者結(jié)合才能真正培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。而在現(xiàn)實中，小學科學教學往往只注重科學探究的實踐性，而忽視了學生科學思維能力的培養(yǎng)。小學階段的學生科學思維具有隱藏性、模糊性、碎片化特征,學習時難以有序、精準、科學地表達自己的思維觀點，師生之間難以進行有效的思維碰撞，既影響了學生科學思維的發(fā)展，也影響了教師教學的施展。模型制作是思維表現(xiàn)的一種基本形式，模型制作就是將學生科學思維以可見、清晰、直觀的方式進行外化、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，是有助于學生思考、表達、理解、交流的一種有效學習方法。

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

二、創(chuàng)意表達：讓模型制作搭建學生思維成長之橋

在科學教學活動中，教師可以借助有效的模型制作手段，創(chuàng)設(shè)教學情境，優(yōu)化教學方式，讓學生在自主狀態(tài)下進行科學探究，使學生呈現(xiàn)出真實完整的科學探究路徑和思維過程，了解學生的科學認知特點及思維發(fā)展狀況，促進學生對科學的深度學習與知識建構(gòu)。

（一）圖畫模型——把握思維發(fā)展方向

由于小學生的思維處于隱形、模糊、抽象的狀態(tài)，難以用語言精確表達自身經(jīng)驗，因此，采用圖示方式，將學生對問題的思考、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生表現(xiàn)出的已有概念，進而有效地引發(fā)學生思考，把控教學節(jié)奏。如，在教學《食物的消化》時，教師希望了解學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），讓學生清晰地表達出自己已有知識經(jīng)驗。隨后,通過師生之間、生生之間的探究、交流、表達，學生意識到，人體構(gòu)造其實是一樣的，人體消化食物的過程是基本相似的。教師借助學生各異的圖畫模型引起認知沖突，調(diào)動學生探究的興趣，讓他們想辦法找到正確的答案。在交流的過程中，學生進行思維與認知的調(diào)整，確定正確的食物“旅行”圖。借助圖畫模型，引導學生經(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)驗的碰撞過程中，建構(gòu)起對消化系統(tǒng)和消化過程的認識。

圖1

圖2

圖3

圖4

（二）數(shù)字化模型制作——思維知識與情境聯(lián)結(jié)

傳感器實驗器材在科學探究實驗中的應用，可以將一些知識性、抽象性、概念性的實驗轉(zhuǎn)化為安全狀態(tài)下的真實模擬實驗，讓學生能夠進行可視的、現(xiàn)實的探究。

如五年級科學課中《簡單電路》拓展課《家庭電路》，教學目標是讓學生通過傳統(tǒng)實驗器材了解電路的構(gòu)造及電路基本原理。在本課的探究實驗中，采用電池直流電即1.5V 電壓供電方式進行探究實驗，而在學生的生活學習應用中，接觸更多的是交流電即220V 電壓供電下的電器，而交流電電路的學習對于小學甚至中學階段的科學探究來說，很難完成。采用傳感器實驗裝置中的模擬實驗，學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及可能產(chǎn)生的危害進行真實模擬。在傳感器模擬器中，學生首先搭建火線、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、空調(diào)、吹風機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，導致人員傷亡。這個探究過程與真實情境相同，學生既了解了家庭電路的組成，又在安全狀態(tài)下體驗家庭電路發(fā)生的危險。這樣的實驗方式，能夠加深學生對抽象科學知識的理解，完善基礎(chǔ)科學知識的提升。

使用傳感器真實模擬情境發(fā)現(xiàn)科學基礎(chǔ)知識背后衍生科學道理，使學生不僅關(guān)注傳統(tǒng)實驗室方式下掌握的基礎(chǔ)性科學知識，而且更加注重知識延伸背后的科學應用，加深了學生的理解，促進了學生思維能力的發(fā)展。

（三）實物模型制作——思維回溯科學認知再重構(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。我們在科學教學的過程中，需要有意識地引導學生回望探究來時路，把思維過程本身當作一個反思的載體，進行有意識的反芻重構(gòu)。

在學生嘗試解決一個探究問題之后，教師要引導學生在結(jié)論和過程之間，進行思維回溯，剛才的問題，我們是怎么猜想的，如何驗證的？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，吃進去的食物會從身體里面漏出來嗎？食物究竟是怎樣到達身體里的？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地觀察人體這個暗盒（見圖5）。

圖5.消化系統(tǒng)物理模型

學生在已有經(jīng)驗知識及模型制作的基礎(chǔ)上認為，當我們?nèi)说沽r食物會從體內(nèi)漏出來，但這與真實情況出現(xiàn)沖突，人在倒立時食物不會漏出來，學生已有思維與真實情況發(fā)生沖突，情不自禁地在組內(nèi)展開討論，了解真實情況。隨后學生通過對消化模型的搭建、改進、完善、學習，在教師引導下了解到，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，學生經(jīng)歷了觀察、構(gòu)思、反思、改進、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)驗的沖突中，既學到了“解暗箱”的方法，又建構(gòu)起對消化系統(tǒng)過程的完整認知。

三、模型制作：促學生思維成長

（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，促進學生科學思維從淺層思維走向高階思維，學生能夠完成在較高認知水平層面上的心智活動。學生通過模型制作中的圖示、圖畫、圖表等方式，表達自己前概念，經(jīng)歷看、想、反思、校正等一系列思維活動以及探究實驗中對實驗數(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)驗的碰撞。

有深度的思維學習，應該能引導學生遷移利用，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，激發(fā)展開大膽想象、表征前概念；也可以借助模型制作，指導完成實驗數(shù)據(jù)的處理，形成分析、比較、推理的意識；還可以引導學生借助模型制作，把現(xiàn)象與概念、思維與情境、問題與能力有機地關(guān)聯(lián)、鏈接起來。這時候，學生所呈現(xiàn)出來的高階思維，實現(xiàn)了科學知識概念的建構(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探究學習、思維表達的過程。

（二）拓寬思維廣度：指向能力的聯(lián)結(jié)與擴展

借助模型制作，能夠促進學生的思維突破教材限制，從學一知一、學二知二,到分析、總結(jié)、比較,找出學習的規(guī)律,做到舉一反三,觸類旁通。教材構(gòu)建與內(nèi)化的科學知識相當于一枚具有思維能力的石子，當它拋向真實生活情境時，既有石子濺起科學知識的大浪花，也能形成模型制作表達思維發(fā)展的漣漪。漣漪要能向全方位展開，表現(xiàn)為學生思維、認知、能力借助模型制作上的數(shù)字化模擬、物理實物模型的制作改進。學生以新的觀點、新的角度、新的方式，進行前所未有的思考,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，來對它進行主動、持續(xù)和縝密的思考?！蹦Ｐ椭谱髦赶蛘J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，可以引導學生有意識地進行認知再重構(gòu)，從“偶然”選擇的方法路徑，走向“應然”建構(gòu)的認知圖式。模型制作指向認知的思維反芻與重構(gòu)，是一種看不見的內(nèi)生增長，仿佛在打開學生的學習內(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，而是一把需要被點燃的火把?！睂W與教的模型制作策略，是能夠?qū)崿F(xiàn)科學探究有效開展的一種重要途徑。小學科學課堂學生科學思維能力的培養(yǎng)是一個漫長的過程，行之有效的模型制作教學策略能更好地促進學生思維品質(zhì)的不斷完善，進一步提高學生的思維能力。在科學教學中，不斷挖掘思維深度、拓寬思維廣度、提高思維有效性，學生的思維能力就會有質(zhì)的飛躍，學生的科學素養(yǎng)也會進一步提升。