國外科學(xué)教育建模教學(xué)研究的動(dòng)態(tài)、趨勢(shì)與啟示

劉 風(fēng)，孫枝蓮

山西師范大學(xué)教師教育學(xué)院，太原 030000

1 引言

模型是對(duì)真實(shí)世界的表征，科學(xué)家們使用圖形、圖標(biāo)、物理模型和數(shù)學(xué)方程等模型表征具體的物理情景，從而開始模型建構(gòu)過程。最早在教學(xué)中運(yùn)用建模方法的是美國理論物理學(xué)家David Hestenes，他認(rèn)為建模教學(xué)能夠幫助學(xué)生更加連貫、靈活和系統(tǒng)地獲取知識(shí)。美國《K-12科學(xué)教育框架》（2012）中強(qiáng)調(diào)模型在科學(xué)教育中的核心作用，2013年發(fā)布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）將“開發(fā)和使用模型”列為學(xué)生應(yīng)該參與的8種科學(xué)實(shí)踐之一。芬蘭的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)也強(qiáng)調(diào)建模。我國也在2017年修訂的高中物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)中將“模型建構(gòu)”列為四大核心素養(yǎng)之一的科學(xué)思維的重要內(nèi)容。《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：建模方法是科學(xué)研究的常用方法，模型思維是一種重要的科學(xué)思維，創(chuàng)設(shè)基于建模的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生建模思維的發(fā)展。在建模教學(xué)中，學(xué)生通過創(chuàng)建、評(píng)估、修改和應(yīng)用模型，表達(dá)自己對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，在收獲知識(shí)、增長(zhǎng)能力的同時(shí)，還獲得了對(duì)模型本質(zhì)以及更廣泛的科學(xué)本質(zhì)的深入理解。正因如此，建模教學(xué)已成為國際科學(xué)教育領(lǐng)域關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。

國外對(duì)于建模教學(xué)的研究已有40多年歷史，開發(fā)出了不少建模教學(xué)模式與教學(xué)案例。相較于國外，我國建模教學(xué)研究起步相對(duì)較晚，尚有進(jìn)一步發(fā)展的空間。已有研究多集中在建模教學(xué)的理論介紹，如張靜等人撰寫的《物理建模教學(xué)的理論與實(shí)踐簡(jiǎn)介》，黃國清的《物理模型教學(xué)的實(shí)踐研究概述》；個(gè)別學(xué)者研究了建模教學(xué)理論在課堂中的實(shí)際應(yīng)用，如何春生和翟小銘等人分別在“萬有引力定律的應(yīng)用”和“靜電現(xiàn)象的應(yīng)用”的教學(xué)中實(shí)踐了建模教學(xué)理論。

鑒于此種情況，本文試圖通過系統(tǒng)梳理國外近10年來關(guān)于建模教學(xué)的研究，厘清建模教學(xué)中涉及到的教學(xué)目的、教學(xué)對(duì)象、教學(xué)方法、教學(xué)行為等要素的具體要義，以期為我國建模教學(xué)的實(shí)踐發(fā)展提供建議。本研究主要圍繞以下問題分析文獻(xiàn)：

1.建模教學(xué)的目的是什么？

2.建模教學(xué)的對(duì)象——學(xué)生，主要集中在哪個(gè)教育階段？

3.建模教學(xué)過程中，教師采用了哪些建模方法？

4.建模教學(xué)過程中，教師主要運(yùn)用哪些話語和行為？

5.建模教學(xué)過程中，教師的作用是什么？

6.建模教學(xué)過程中，是否有技術(shù)支持？采用了哪些技術(shù)？

2 研究方法

本文選取國外主流科學(xué)教育類期刊《Journal of research in science teaching》（《科學(xué)教學(xué)研究》）、《Science education》（《科學(xué)教育》）、《International journal of science education》（《國際科學(xué)教育》）和《Journal of science education and technology》（《科學(xué)教育與技術(shù)》）為綜述文獻(xiàn)來源。分別以“model”“modeling”和“model-based”為關(guān)鍵詞檢索2010—2021年間的標(biāo)題和摘要，最初檢索到717篇文獻(xiàn)，通過閱讀文獻(xiàn)摘要，最終篩選出62篇建模教學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)作為分析對(duì)象。其中，13篇文獻(xiàn)來自《Journal of research in science teaching》，14 篇文獻(xiàn)來自《Science education》，20篇文獻(xiàn)來自《International journal of science education》，15 篇文獻(xiàn)來自《Journal of science education and technology》。而后，圍繞上述6個(gè)問題對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，總結(jié)得出近年來國際上關(guān)于建模教學(xué)的研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。

3 分析結(jié)果與討論

3.1 建模教學(xué)的目的

分析總結(jié)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，建模教學(xué)的目的通常包括三種，分別為理解科學(xué)概念、培養(yǎng)科學(xué)實(shí)踐能力以及理解模型本質(zhì)和科學(xué)本質(zhì)，各自在文獻(xiàn)中涉及的比例如表1所示。

表1 建模教學(xué)目的涉及的百分比及樣本數(shù)

從表中數(shù)據(jù)可以明顯看出，建模教學(xué)最常見的教學(xué)目的是理解科學(xué)概念（85.5%，n=53）。例如，Lee調(diào)查了利用高速攝影機(jī)和定格動(dòng)畫軟件SAM animation輔助建模能夠在多大程度上促進(jìn)學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)概念的理解，他在研究中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在教師的適當(dāng)支持下，通過建構(gòu)和解釋運(yùn)動(dòng)模型，對(duì)運(yùn)動(dòng)概念的理解得到了提高。其次是培養(yǎng)學(xué)生參與科學(xué)實(shí)踐的能力（50.0%，n=31），Prins等人的研究強(qiáng)調(diào)了建模教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)踐能力中的重要作用，并建構(gòu)了將真實(shí)的建模實(shí)踐轉(zhuǎn)化為有意義情景的、以活動(dòng)為基礎(chǔ)的教學(xué)框架。最后是理解模型本質(zhì)和科學(xué)本質(zhì)（35.5%，n=22），典型的研究是Ioannis等人研究了學(xué)生在構(gòu)建光的射線模型（反射、折射、全反射）過程中，發(fā)展了對(duì)于模型本質(zhì)的理解，如什么是科學(xué)模型、模型如何準(zhǔn)確反映現(xiàn)實(shí)等。

此外，通過統(tǒng)計(jì)建模教學(xué)目的發(fā)現(xiàn)，30.6%（n=19）的研究中教學(xué)目的只有一種，其中絕大部分是促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)概念。66.1%（n=41）的研究中教學(xué)目的是雙重的，而雙重目的的研究中，理解科學(xué)概念總是其中兩個(gè)目的之一，如Lehrer設(shè)計(jì)了基于模型的進(jìn)化課程，學(xué)生在構(gòu)建進(jìn)化模型的過程中，既參與了實(shí)踐，又發(fā)展了對(duì)進(jìn)化概念的認(rèn)識(shí)。只有2篇文章（3.3%，n=2)包含全部三個(gè)目的，分別是Todd和Suna所做的研究。

從以上統(tǒng)計(jì)分析可以看出，目前國際上建模教學(xué)的目的主要有幫助學(xué)生理解科學(xué)概念、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力，以及幫助學(xué)生理解模型本質(zhì)和科學(xué)本質(zhì)。其中，促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解是關(guān)注的重點(diǎn)。筆者認(rèn)為，之所以出現(xiàn)這樣的結(jié)果，原因在于教師在教學(xué)過程中大多將關(guān)注點(diǎn)集中在學(xué)生正在學(xué)習(xí)的知識(shí)。事實(shí)上，知識(shí)學(xué)習(xí)和對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解是有一定聯(lián)系的，學(xué)生通過建模能夠更深入地了解知識(shí)背后的因果關(guān)系和復(fù)雜機(jī)制，這在一定程度上有利于對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。另外，大概有三分之一的建模教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)模型本質(zhì)和科學(xué)本質(zhì)的理解，這也充分印證了我國將科學(xué)本質(zhì)作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”的重要組成部分的科學(xué)性。本研究中最值得注意的是第二個(gè)目的——培養(yǎng)科學(xué)實(shí)踐能力，關(guān)注科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)的建模教學(xué)多是通過基于模型的探究（MBI）實(shí)現(xiàn)的，探究基本上能夠作為建模教學(xué)中實(shí)踐的代名詞，世界各國的課程標(biāo)準(zhǔn)都將科學(xué)探究能力視為培養(yǎng)目標(biāo)之一，如美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行探究所需的能力和對(duì)探究的理解能力，科學(xué)探究也是我國物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，在科學(xué)探究中教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模。

除了單一目的之外，還有部分研究具有雙重甚至三重目的，只是所占比例相對(duì)較小。我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，概念理解、實(shí)踐能力和對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解是密不可分的，都是學(xué)生未來走向社會(huì)必備的能力素養(yǎng)，這種雙重和三重一體的研究不僅有助于實(shí)現(xiàn)建模教學(xué)的三種主要目的，而且有助于理解這些目的是如何相互作用以及如何相互支持的，未來有必要進(jìn)行更多的此類研究和教學(xué)設(shè)計(jì)。

3.2 建模教學(xué)的對(duì)象

關(guān)于這一問題，我們把建模教學(xué)的對(duì)象——學(xué)生所處的教育階段分為三種，分別為小學(xué)教育階段、中學(xué)教育階段和本科教育階段，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

圖1 建模教學(xué)對(duì)象所處的教育階段分布餅狀圖

從上圖中可以明顯看出，中學(xué)教育階段的建模教學(xué)是學(xué)者們的主要研究領(lǐng)域；除此之外，對(duì)小學(xué)教育階段建模教學(xué)的研究也占據(jù)了較高的比例。Baumfalk等人做了一個(gè)為期5年的研究項(xiàng)目，該研究以小學(xué)三年級(jí)的學(xué)生為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)班使用基于建模的FOSS水循環(huán)單元課程，對(duì)照班采用通用課程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，參與科學(xué)建模的學(xué)生能夠更加清晰地表達(dá)水循環(huán)現(xiàn)象。文獻(xiàn)中對(duì)本科教育階段的建模教學(xué)研究得較少。

通過分析文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，目前國際上關(guān)于建模教學(xué)的研究大多集中在中學(xué)教育階段，而對(duì)小學(xué)和大學(xué)的研究相對(duì)較少。這一現(xiàn)象的原因可能在于研究者低估了年幼學(xué)生的科學(xué)建模能力。在過去十年間，越來越多的研究表明，在教師的適當(dāng)支持下，基于模型的教學(xué)在小學(xué)教育階段實(shí)施的可能性，如Lehrer和Schauble等人的研究就證明了六年級(jí)學(xué)生通過基于建模的課程能夠更好地掌握進(jìn)化思維，此外還 有 Louca、Samarapungavan、Tobin等人的研究同樣可以證明這一觀點(diǎn)。

3.3 建模的方法

關(guān)于建模方法，我們采用了Oh對(duì)建模方法所做的分類。Oh將建模活動(dòng)分為五種類型，分別為探索性建模、表達(dá)性建模、實(shí)驗(yàn)性建模、評(píng)價(jià)性建模和循環(huán)建模。以下是對(duì)這五種建模方法的具體解釋：

1.探索性建模：學(xué)生利用已有模型（例如改變模型參數(shù)），觀察效果，總結(jié)模型性質(zhì)。

2.表達(dá)性建模：學(xué)生創(chuàng)建新模型或使用已有模型表達(dá)自己對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的看法或認(rèn)識(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)性建模：學(xué)生提出關(guān)于科學(xué)現(xiàn)象的假設(shè)，并使用模型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)。

4.評(píng)價(jià)性建模：學(xué)生評(píng)價(jià)解決相同問題的模型，選擇出最合適的模型解釋現(xiàn)象或解決問題。

5.循環(huán)建模：學(xué)生參與創(chuàng)建、評(píng)估、改進(jìn)和應(yīng)用模型的循環(huán)過程。

通過梳理文獻(xiàn)，筆者歸納出了使用上述建模方法的文獻(xiàn)數(shù)量和百分比，如表2所示。

表2 建模方法所占百分比及樣本數(shù)

從表中可以看出，表達(dá)性建模是最常用的建模教學(xué)方法（79.0%，n=49)，探索性建模（16.1%,n=10）和評(píng)價(jià)性建模（14.5%，n=9)是使用相對(duì)較少的兩種建模方法。在多數(shù)已有研究中，并非只采用一種建模方法，而是常常結(jié)合兩種甚至三種以上的建模教學(xué)方法開展教學(xué)，其中表達(dá)性建模和實(shí)驗(yàn)性建模(n=17)、表達(dá)性建模和探索性建模(n=19)是最常見的建模方法組合。在Lee所做的研究中，學(xué)生經(jīng)過初步學(xué)習(xí)后，在白紙上畫出心臟血液循環(huán)模型，表達(dá)他們對(duì)血液循環(huán)的認(rèn)識(shí)，然后用水泵模擬心臟，通過開關(guān)閥門驗(yàn)證學(xué)生對(duì)于血液循環(huán)的假設(shè)。使用建模方法最多的是Bennett等人做的研究，他在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行表達(dá)性建模、實(shí)驗(yàn)性建模、評(píng)價(jià)性建模和循環(huán)建模，以調(diào)查本科生物專業(yè)學(xué)生如何處理需要構(gòu)建模型的任務(wù)。

當(dāng)學(xué)生在運(yùn)用最常用的表達(dá)性建模時(shí)，他們會(huì)通過創(chuàng)建新模型或使用現(xiàn)有模型來表達(dá)他們描述或解釋科學(xué)現(xiàn)象的想法。運(yùn)用表達(dá)性建模能夠給學(xué)生提供表達(dá)自己見解的機(jī)會(huì)，并能夠通過交流、論證、推理等方式反思和重建已有知識(shí)。這種建模方法還經(jīng)常與實(shí)驗(yàn)性建模和探索性建模一起組合使用。正如Passmore所說：建立和使用模型是科學(xué)的核心所在，因此，表達(dá)性建模正是建模方法的核心。由此，我們可以得出這樣的結(jié)論：表達(dá)性建模是最常見、最有效的建模方法。未來建模方法研究的重點(diǎn)應(yīng)該關(guān)注表達(dá)性建模如何同其他建模方法一起運(yùn)用，以及不同的組合方式如何影響學(xué)生的學(xué)習(xí)。

3.4 建模教學(xué)中教師的重要話語和行為

教師的話語和行為是影響建模教學(xué)效果的關(guān)鍵因素，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究。如Khan的研究說明了教師提出與探究任務(wù)相關(guān)的問題能夠幫助學(xué)生更好地利用模型進(jìn)行學(xué)習(xí)；Niaz和Buckley等人也分別證明了論證和科學(xué)推理對(duì)于建模成敗的重要性。通過對(duì)已有建模教學(xué)研究中話語和行為的研究，我們確定了以下話語和行為分析框架，包括解釋(explanation)、論證(argumentation)、寫或畫(writing or drawing)、科學(xué)推理(scientific reasoning)、同行評(píng)價(jià)(peer evaluation)、合作學(xué)習(xí)(collaborative learning)、“腳手架”(scaffolding)、協(xié)商(negotiation)和交流(communication)，并對(duì)文獻(xiàn)中出現(xiàn)的重要話語和行為進(jìn)行編碼，結(jié)果如表3所示。

表3 建模教學(xué)中重要的話語和行為所占比例及樣本數(shù)

各個(gè)話語及行為的定義如下：

1.解釋：學(xué)生闡釋自己對(duì)于模型的理解，說明構(gòu)建模型的組成部分、性質(zhì)以及模型如何表征客觀現(xiàn)象等。

2.論證：指學(xué)生在建模過程中基于證據(jù)和理由，通過爭(zhēng)論、反駁等方式辯護(hù)自己所構(gòu)建的模型，并且說服別人認(rèn)同自己的模型。

3.寫或畫：學(xué)生在紙板上用文字或圖像構(gòu)建模型以表達(dá)看法和認(rèn)識(shí)。

4.科學(xué)推理：是學(xué)生在模型建構(gòu)過程中根據(jù)一個(gè)判斷得出另一個(gè)判斷的思維形式。

5.同行評(píng)價(jià)：指在建模過程中，學(xué)生或小組之間互相評(píng)價(jià)構(gòu)建模型的優(yōu)點(diǎn)和局限性。

6.合作學(xué)習(xí)：指為了完成建模目標(biāo)，學(xué)生在教師指導(dǎo)下以小組為基本組織形式，協(xié)作配合，共同完成建模任務(wù)。

7.“腳手架”：指教師針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)需要，有意識(shí)地提供對(duì)解決問題和建構(gòu)意義起輔助作用的概念框架、問題情境、學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)方向、學(xué)習(xí)工具等。

8.協(xié)商：是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生之間共同商量形成一致意見，逐步接近知識(shí)本質(zhì)的過程。

9.交流：交流指在建模過程中，師生或生生之間互相溝通、傳遞信息的過程。

從上表可以看出，科學(xué)推理（n=20）和“腳手架”(n=18）是出現(xiàn)頻率最高的話語和行為，其次為解釋（n=16）、寫或畫（n=16）、合作學(xué)習(xí)（n=16）和交流（n=16），而同行評(píng)價(jià)（n=7）和協(xié)商（n=3）出現(xiàn)的頻率最低。

任何教學(xué)都必然植根于師生、生生之間的對(duì)話和行為，話語及行為是影響建模教學(xué)效果的關(guān)鍵因素。建模教學(xué)中出現(xiàn)頻率最高的話語和行為是科學(xué)推理，科學(xué)推理、模型建構(gòu)與科學(xué)論證同為物理學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)思維”的重要組成部分，相互之間有著緊密的聯(lián)系。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以明顯看出，科學(xué)推理出現(xiàn)次數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于論證，今后需要深入加強(qiáng)建模和論證相融合的教學(xué)研究。其次為“腳手架”，建模教學(xué)是一種新興的教學(xué)模式，對(duì)學(xué)生提出了較高的要求，學(xué)生在構(gòu)建模型過程中，經(jīng)常會(huì)遇到一些問題和疑難，因此需要教師給予一定支持。Bennett就給出了這樣的一個(gè)例子，他在學(xué)生構(gòu)建模型的過程中，會(huì)針對(duì)性地給學(xué)生一些提示詞，幫助學(xué)生順利完成模型建構(gòu)。

3.5 建模教學(xué)過程中教師的作用

約有33.9%（n=18）的文獻(xiàn)中強(qiáng)調(diào)了教師在建模教學(xué)過程中的支持作用，這與第四個(gè)問題——建模教學(xué)中的話語和行為的統(tǒng)計(jì)結(jié)果是大體一致的。如Tay等人對(duì)一位物理教師在模型評(píng)估階段和模型修正階段的微觀動(dòng)作的原因、目的和順序進(jìn)行了細(xì)致分析，提出教師的微觀動(dòng)作在很大程度上會(huì)影響學(xué)生模型評(píng)估和模型修正的成??；Ke等人的研究解釋了在以建模為基礎(chǔ)的單元課程中，教師傳達(dá)信息的內(nèi)容和方式對(duì)學(xué)生建模實(shí)踐的影響。

值得深思的是，強(qiáng)調(diào)教師在建模教學(xué)過程中應(yīng)發(fā)揮作用的文獻(xiàn)只有33.9%，這個(gè)結(jié)果與教師在實(shí)際教學(xué)過程中的重要地位是不一致的。作為教學(xué)過程中的主導(dǎo)者或引導(dǎo)者，教師的話語、行為和微觀動(dòng)作、教師對(duì)模型和建模本質(zhì)和功能的理解、教師有關(guān)建模知識(shí)的構(gòu)成等方方面面都影響著實(shí)際教學(xué)的效果，教師在建模教學(xué)中的作用與地位理應(yīng)受到研究者的更多關(guān)注。然而，大多數(shù)的研究視角都聚焦在學(xué)習(xí)者的建模認(rèn)知、建模實(shí)踐活動(dòng)以及建模表現(xiàn)評(píng)價(jià)上，對(duì)教師的關(guān)注尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這有待以后進(jìn)一步開展研究。

3.6 建模教學(xué)過程的技術(shù)支持

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，教育與科技的結(jié)合愈來愈緊密，許多研究者和教師將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到建模教學(xué)中。Malone等人就將Excel作為一種建模工具，通過設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，證明了經(jīng)過Excel建模學(xué)習(xí)的學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和自然選擇的理解更深刻，并能更好地表達(dá)他們的想法。本研究綜述的62篇文章中，有45.2%（n=28）的文章在建模過程中采用各種技術(shù)作為輔助建模工具，使用的技術(shù)呈現(xiàn)多樣化，包括Netlogo，Sam animation，ABMS，Powersim等，其中使用最多的技術(shù)是Netlogo建模平臺(tái)，約占21.5%。如Fuhrmann等人應(yīng)用雙焦點(diǎn)建?？蚣埽˙MF)進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中兩組學(xué)生均使用Netlogo建模平臺(tái)進(jìn)行模型建構(gòu)，實(shí)驗(yàn)組在構(gòu)建模型之前經(jīng)歷了模型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在紙上繪出了模型草圖，而對(duì)照組學(xué)生沒有經(jīng)歷這一環(huán)節(jié)。結(jié)果證明，實(shí)驗(yàn)組在知識(shí)理解和模型認(rèn)識(shí)兩方面都明顯優(yōu)于對(duì)照組。

基于計(jì)算機(jī)的建模工具能使學(xué)生更容易地構(gòu)建模型，這些工具為學(xué)生提供了構(gòu)建復(fù)雜現(xiàn)象或系統(tǒng)模型的虛擬環(huán)境，他們能在這種虛擬環(huán)境中改變模型參數(shù)，觀察特定變化對(duì)模型性質(zhì)的影響。目前，國外采用技術(shù)輔助建模教學(xué)的情況較普遍，且運(yùn)用最多的技術(shù)為Netlogo建模平臺(tái)。

4 對(duì)我國建模教學(xué)的啟示

4.1 建模教學(xué)目的應(yīng)多樣化

建模教學(xué)目的應(yīng)該是多方面的，主要包括理解科學(xué)概念、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力、促進(jìn)學(xué)生理解模型本質(zhì)以及更廣泛的科學(xué)本質(zhì)。建模教學(xué)不僅僅要讓學(xué)生掌握知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生參與實(shí)踐、參與社會(huì)的能力以及認(rèn)識(shí)和了解我們所處的世界，了解簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象背后所蘊(yùn)涵的復(fù)雜機(jī)制和因果關(guān)系，否則建模教學(xué)將被異化為披著建模外衣的傳統(tǒng)教學(xué)。

4.2 適當(dāng)加強(qiáng)小學(xué)階段建模教學(xué)實(shí)踐與研究

模型思維不是在某個(gè)階段突然形成的，而是循序漸進(jìn)的產(chǎn)物。國外已經(jīng)有相當(dāng)一部分的研究證明，在教師的適當(dāng)支持下，小學(xué)教育階段通過基于模型的教學(xué)有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與思維的形成。當(dāng)前國外的建模教學(xué)研究主要集中在中學(xué)階段，雖然小學(xué)階段所占比例不低，但仍然不夠。擴(kuò)展建模教學(xué)的研究視角，關(guān)注小學(xué)教育階段的建模教學(xué)的實(shí)踐與研究，應(yīng)是我國學(xué)者今后研究的重點(diǎn)與趨勢(shì)。

4.3 建模教學(xué)方法應(yīng)多樣組合

梳理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，表達(dá)性建模雖然是目前國際上最常用、最有效的建模方法，但國外的大多數(shù)建模教學(xué)并不是僅僅局限于使用這一種建模方法，而是注重不同建模方法的組合應(yīng)用。文獻(xiàn)梳理結(jié)果表明，已有的研究還沒有涉及到不同建模方法的使用效果以及不同的建模方法組合對(duì)培養(yǎng)學(xué)生建模能力的影響等微觀的層面，這些話題需要在今后的研究中特別關(guān)注，學(xué)者們需要探索在不同的課程類型中，如何組合建模方法以更好地提高教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

4.4 教師在建模教學(xué)中的作用需要進(jìn)一步強(qiáng)化

建模教學(xué)要發(fā)揮應(yīng)有的教育價(jià)值，教師的作用尤為重要。教師對(duì)模型、建模本質(zhì)和功能的理解、教師的建模教學(xué)知識(shí)（PCK）、教師建模教學(xué)的評(píng)價(jià)知識(shí)等直接影響著教師教學(xué)設(shè)計(jì)的質(zhì)量與教學(xué)實(shí)施的效果。此外，教師在建模教學(xué)過程中應(yīng)該扮演的角色是指導(dǎo)者、幫助者以及促進(jìn)者，要給予學(xué)生充分的自主權(quán)去探究發(fā)現(xiàn)。但是，目前國內(nèi)外對(duì)建模教學(xué)中有關(guān)教師的研究與其重要性相比略顯不足，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.5 建模教學(xué)應(yīng)和技術(shù)相融合

建模教學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)之間有很好的兼容性，國外已經(jīng)開發(fā)了多種計(jì)算機(jī)輔助建模軟件，并將之應(yīng)用到建模教學(xué)過程中。通過計(jì)算機(jī)建模，學(xué)生可以更加直觀地將自己的思維轉(zhuǎn)化為具體的模型，這不僅可以使建模過程更加便捷，也更能夠吸引學(xué)生參與到建模過程中來，并且直觀的模型也更容易進(jìn)行評(píng)判，減小了建模教學(xué)評(píng)價(jià)的難度。信息化時(shí)代，教育與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合是必然趨勢(shì)，我國在《國家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》文件中明確提出，“到2020年基本建成覆蓋城鄉(xiāng)各級(jí)各類學(xué)校的教育信息化體系，促進(jìn)教育內(nèi)容、教學(xué)手段和方法現(xiàn)代化”。因此，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)在建模教學(xué)中的應(yīng)用，深化計(jì)算機(jī)技術(shù)與建模教學(xué)的融合研究，為學(xué)生營造更真實(shí)的建模環(huán)境，促進(jìn)建模能力與計(jì)算機(jī)思維共同發(fā)展是今后建模教學(xué)研究的重點(diǎn)所在。