低年級學(xué)生科學(xué)模型建構(gòu)能力培養(yǎng)

◇江光華（浙江：開化縣實驗小學(xué)教育集團(tuán)）

模型是對客觀事物及其運動規(guī)律做出簡化的描述、概括、模仿或抽象。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在“核心素養(yǎng)內(nèi)涵”的“科學(xué)思維”中指出：“模型建構(gòu)體現(xiàn)在以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ)，對客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程?！毙抡n程標(biāo)準(zhǔn)將模型建構(gòu)能力作為科學(xué)思維的重要組成部分，旨在讓學(xué)生從科學(xué)的視角認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律。由此可見，模型建構(gòu)能力培養(yǎng)對學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)來說具有十分重要的意義。

小學(xué)低年級學(xué)生雖然剛剛接觸科學(xué)課程，但在好奇心的驅(qū)使下，他們對常見自然現(xiàn)象或生活現(xiàn)象表現(xiàn)出強(qiáng)烈的探究興趣，能利用多種感官或簡單的工具，觀察事物的外部特征及現(xiàn)象，并能對這些特征和現(xiàn)象進(jìn)行簡單的比較和分類。同時，他們能初步了解簡單工具的功能和使用方法，利用身邊的材料和簡單工具動手完成簡單的任務(wù)?；趯茖W(xué)認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和科學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)的深入分析，小學(xué)低年級學(xué)生的科學(xué)模型建構(gòu)能力主要包括“模型理解”“模型建構(gòu)”和“模型應(yīng)用”三個維度。因此，在小學(xué)低年級科學(xué)教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生在模型理解中發(fā)展科學(xué)概念，在模型建構(gòu)中親歷探究過程，在模型應(yīng)用中領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)。

一、模型理解：在對比中發(fā)展科學(xué)概念

小學(xué)低年級學(xué)生善于借助感性的方式認(rèn)識科學(xué)事物，并且容易受到已有認(rèn)知經(jīng)驗的影響，對真實事物的判斷容易出現(xiàn)偏差和錯誤。因此，在小學(xué)低年級科學(xué)教學(xué)過程中，要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容實際，在充分了解學(xué)生原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，最大限度地提供給學(xué)生適宜的、富有吸引力的科學(xué)模型。通過將模型與原型進(jìn)行全面有序的對比，使學(xué)生深刻理解真實事物的本質(zhì)特征，從而在比較中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的進(jìn)階發(fā)展。

例如，《我們知道的植物》是教科版科學(xué)一年級上冊“植物”單元的第1 課，同時也是小學(xué)科學(xué)起始課。教學(xué)中，教師首先通過課件播放幾組學(xué)生非常熟悉的植物照片，引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)植物的世界。接著，通過“說說我們知道的植物”和“找一找圖片中庭院里的植物”這兩個活動，充分了解學(xué)生關(guān)于植物的前概念，嘗試在識別植物、簡單描述植物特征的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)植物的共同點。不難發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生能說出植物有根、莖、葉，也知道植物會開化、結(jié)果，但對于植物生存依賴一定的條件，在此基礎(chǔ)上植物才能生長、發(fā)育等特點，學(xué)生還是較為陌生的。因此，教學(xué)中給學(xué)生提供仿真程度高的“塑料花”，讓學(xué)生觀察、思考和比較“塑料花是植物嗎？”重點在于讓學(xué)生討論“塑料花不是植物的理由是什么”。“塑料花”模型的出示，讓學(xué)生認(rèn)識到雖然塑料花也具有根、莖、葉，符合學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，卻又有別于生活中真實的“花”。學(xué)生通過有序觀察，發(fā)現(xiàn)塑料花不會變化，不需要陽光、水分、養(yǎng)料等。從表象上來看，塑料花似乎妨礙了學(xué)生的判斷，使學(xué)生難以更好地辨別植物。但實際上，學(xué)生通過對塑料花和真實的“花”進(jìn)行對比，區(qū)分了模型和真實事物之間的差異，更深刻地理解了真實事物的獨特屬性。

又如，《我們知道的動物》是教科版科學(xué)一年級下冊“動物”單元的第1 課，通過讓學(xué)生列舉知道的和喜歡的動物，在相互交流中使學(xué)生感受到地球上生存著多種多樣的動物，體會動物的多樣性。通過對多種動物的比較，期望學(xué)生發(fā)現(xiàn)動物的一些共同特征，如都會運動、需要進(jìn)食、能繁殖、會生長、需要空氣、有生命等。但是，一年級學(xué)生對動物的認(rèn)識容易局限在外部形態(tài)和名稱上，缺乏對動物共同特征的主動思考，不能自主地從個體特征歸納出動物的共同特征。為此，課堂教學(xué)中設(shè)計了“動物與玩具熊比較”的活動。從教學(xué)實際中可以看出，一年級學(xué)生判斷玩具熊不是動物基本上是不存在問題的，重點在于引導(dǎo)學(xué)生思考判斷的理由。學(xué)生在觀察、交流、討論中進(jìn)行全面細(xì)致的比較，紛紛表達(dá)出自己個性化的想法和理解，如玩具熊不是“活”的、不會動、不會吃東西等，培養(yǎng)學(xué)生不斷用新證據(jù)來支持自己的想法，提升學(xué)生對動物共同特點的認(rèn)識，幫助學(xué)生理解“動物”的概念。由此可見，小學(xué)低年級學(xué)生在“植物”和“動物”概念認(rèn)識發(fā)展過程中，通過“塑料花”和“玩具熊”這些身邊常見的、仿真程度高的模型，在觀察、研討和比較中區(qū)分了模型和真實事物之間的差異。引導(dǎo)學(xué)生初步建構(gòu)起植物和動物“都是有生命的”概念，理解了植物和動物的本質(zhì)屬性，為學(xué)生的科學(xué)概念發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

二、模型建構(gòu)：在親歷中體驗探究過程

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，“1-2年級學(xué)生在科學(xué)思維方面，能在教師指導(dǎo)下，觀察具體事物的構(gòu)成要素，通過口述、畫圖等方式描述事物的外在特征；能利用材料和工具，通過口述、繪畫、畫圖等方式表達(dá)自己的想法”。教學(xué)中，要根據(jù)學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容和探究的過程目標(biāo)，通過細(xì)致入微或較長周期的持續(xù)觀察，運用繪畫、口述等形式對事物原型進(jìn)行抽象與簡化，在模型建構(gòu)中表達(dá)事物的主要特征，讓受本質(zhì)支配的實際特征和運動過程充分顯示出來，實現(xiàn)學(xué)生已有經(jīng)驗和概念圖式的有效銜接。引導(dǎo)學(xué)生在親身經(jīng)歷中體驗科學(xué)探究的樂趣，為學(xué)生搭建有效的學(xué)習(xí)支架，有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)建模能力。

比如，《觀察魚》是教科版科學(xué)一年級下冊“動物”單元的第5 課。本課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生通過觀察知道魚有鱗片、鰭、鰓等身體特征，魚生活在水中，它的身體適應(yīng)水生環(huán)境。學(xué)生能用簡圖描述魚的主要特征，對魚的運動和呼吸表現(xiàn)出濃厚的探究興趣，并在學(xué)習(xí)中樂于表現(xiàn)自己的發(fā)現(xiàn)。在學(xué)生觀察鯽魚的身體特點之前，教師對學(xué)生的觀察順序和方法進(jìn)行有效的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生一邊觀察，一邊將鯽魚畫下來，并且與觀察的鯽魚越接近越好。在畫鯽魚的過程中，絕大多數(shù)學(xué)生能做到先畫軀干，再畫頭、眼睛、嘴巴、鰭等，最后畫鱗片。在觀察和繪畫后的交流研討中，要充分展示學(xué)生的畫，并與鯽魚的圖片做對比，看看畫得像不像，有沒有突出魚的特征，如身體是不是紡錘形的，眼睛、嘴巴、鰭等有沒有全部畫出來，以此促進(jìn)學(xué)生在探究過程中發(fā)展模型建構(gòu)能力。又如，《觀察月相》是教科版科學(xué)二年級上冊“我們的地球家園”單元中的第4 課。學(xué)生通過一個月的持續(xù)觀察和記錄，知道月球明亮部分的形狀叫月相，月相在一個月內(nèi)是要發(fā)生變化的。同時，教師組織學(xué)生把剪好的白色紙片粘貼在黑色紙片上，從而建構(gòu)起一個月的月相平面模型，這樣的模型是學(xué)生親身經(jīng)歷且自主完成的。然后，引導(dǎo)學(xué)生思考和描述“不同夜晚的月相相同嗎？”“在一個月內(nèi)，我們觀察和記錄的月相是怎樣變化的？”等問題，使學(xué)生在深度探究和思考中初步了解月相的變化規(guī)律。

因此，小學(xué)低年級學(xué)生在科學(xué)探究過程中，通過細(xì)致觀察和辨析，以繪圖的方式描繪出真實事物的顯著特征，如鯽魚身體的主要結(jié)構(gòu)、一個月內(nèi)的月相變化等。既較為準(zhǔn)確地記錄了觀察的結(jié)果，又增強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)探究興趣，特別重要的是逐漸發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)模型建構(gòu)能力。學(xué)生以自主建構(gòu)的模型為載體，通過口頭描述等方式展示模型建構(gòu)的親歷過程，在深化對科學(xué)理解的同時，發(fā)展了科學(xué)思維能力。

三、模型應(yīng)用：在實踐中領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)

學(xué)生在模型建構(gòu)過程中，能夠促進(jìn)手腦的協(xié)同運用，加深對科學(xué)概念的理解，促進(jìn)科學(xué)思維的提升。但對于小學(xué)低年級學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展來說，模型建構(gòu)的目的并不在模型本身，而是要將自主建構(gòu)的模型與原型進(jìn)行差異化的對比。在學(xué)生的比較、分析中對模型進(jìn)行全面測試，進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)實踐意識和操作應(yīng)用能力，促進(jìn)學(xué)生對原型的溯源性理解，真正領(lǐng)悟科學(xué)的內(nèi)涵本質(zhì)。

以教科版科學(xué)一年級上冊第二單元“比較與測量”第7 課《比較測量紙帶和尺子》的教學(xué)為例。學(xué)生通過前一節(jié)課的學(xué)習(xí)，已經(jīng)學(xué)會了測量紙帶的制作方法，體會測量紙帶具有更方便攜帶、測量和計數(shù)等特點，能利用測量紙帶測量一些物體的周長。在《比較測量紙帶和尺子》這一課的教學(xué)中，學(xué)生在教師指導(dǎo)下，用語言或圖畫描述尺子與測量紙帶的特征，觀察并比較尺子與測量紙帶的異同，初步學(xué)會尺子的使用方法，體會到統(tǒng)一測量工具和單位給生產(chǎn)、生活帶來的便利。在學(xué)生充分體驗運用測量紙帶測量的基礎(chǔ)上，教師向?qū)W生提供塑料尺、軟尺等標(biāo)準(zhǔn)的測量工具，與學(xué)生一起學(xué)習(xí)尺子的使用方法，著重交流研討“尺子和測量紙帶相比，有什么好處”，以此實現(xiàn)從測量紙帶向尺子實物的飛躍。

又如，《做一個指南針》是教科版科學(xué)二年級下冊第一單元“磁鐵”的第5 課，學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)較為全面地了解了指南針的發(fā)展歷史、結(jié)構(gòu)、各部位的名稱和作用，并利用所學(xué)的磁鐵知識積極參與科學(xué)實踐活動。在水浮式指南針模型的制作過程中，學(xué)生經(jīng)歷了材料準(zhǔn)備、磁針制作、磁針安裝以及利用指南針原型確定方向、在水浮式指南針模型上標(biāo)出南北方向等過程。學(xué)生進(jìn)一步鞏固了對磁鐵知識的認(rèn)識，并將所學(xué)的知識運用于實際生活中。然后，組織學(xué)生利用自制的水浮式指南針模型，到校園的不同位置辨別方向。學(xué)生在自主實踐的過程中，進(jìn)一步比較了指南針原型和水浮式指南針模型的異同點，加深了對磁鐵性質(zhì)的理解，在模型應(yīng)用中很好地發(fā)展了科學(xué)觀念。

模型建構(gòu)能力作為科學(xué)思維的重要組成部分，讓學(xué)生主動地參與科學(xué)探究，自主建構(gòu)科學(xué)概念，親歷科學(xué)實踐過程，實現(xiàn)科學(xué)思維的進(jìn)階發(fā)展。同時，幫助學(xué)生從科學(xué)的視角認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律。因此，在小學(xué)低年級科學(xué)教學(xué)實踐中，要結(jié)合學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)特點和認(rèn)知能力，根據(jù)小學(xué)低年級科學(xué)教學(xué)的目標(biāo)要求，充分認(rèn)識科學(xué)模型的教學(xué)價值，注重學(xué)生科學(xué)模型建構(gòu)能力的持續(xù)提升，從而有效促進(jìn)學(xué)生的探究實踐能力和科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展。