基于建模思想的教學(xué)支架策略在“地球與宇宙”教學(xué)中的運(yùn)用

◇沈衛(wèi)東（浙江：海寧市周王廟小學(xué)）

“地球與宇宙”教學(xué)中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時(shí)間和空間的復(fù)雜性，需要進(jìn)行實(shí)地觀察、長期觀測。實(shí)地觀察、長期觀測，既能豐富學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，更有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)地球和宇宙的探究熱情，發(fā)展學(xué)生的空間想象、模型思維、邏輯推理等能力。由于宇宙天體與小學(xué)生所處的生活空間距離較遠(yuǎn)，進(jìn)入該領(lǐng)域時(shí)，小學(xué)生的抽象思維和空間想象普遍都難以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)這一領(lǐng)域知識(shí)所需要的水平，積累的事實(shí)很難主動(dòng)上升到概念化水平，空間思維的運(yùn)行也由于缺少載體而難以發(fā)展，邏輯推理亦由于缺少運(yùn)載過程而顯得模糊不清、斷斷續(xù)續(xù)。實(shí)際教學(xué)時(shí)，“地球與宇宙”單元的教學(xué)難點(diǎn)多，負(fù)載的培養(yǎng)學(xué)生空間想象、模型思維、邏輯推理能力的任務(wù)難以實(shí)現(xiàn)。如果不能給學(xué)生搭建攀爬的臺(tái)階，課堂上就很難有效突破。

一、小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”教學(xué)現(xiàn)狀與分析

從“地球與宇宙”單元的教學(xué)內(nèi)容看，雖然我們生活在宇宙之中，但其與我們的生活時(shí)空差距很大。相對(duì)而言，宇宙中的時(shí)空是宏觀的、抽象的，而我們生活的時(shí)空是中觀的、具體的。我們對(duì)宇宙中的現(xiàn)象缺乏具體的生活經(jīng)驗(yàn)與感受，在實(shí)際教學(xué)中，受天氣、時(shí)間、空間、評(píng)價(jià)方式、教師不同的教學(xué)價(jià)值觀等影響，會(huì)出現(xiàn)幾種不同的教學(xué)問題。

教師對(duì)“地球與宇宙”中的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律的復(fù)雜性沒有充分認(rèn)識(shí)，因此在教學(xué)中存在以教師灌輸代替學(xué)生自主探究和教師為考而教的現(xiàn)象。這不僅不能讓學(xué)生理解掌握宇宙天體知識(shí)，感受到浩瀚宇宙無窮的魅力，而且容易讓學(xué)生產(chǎn)生厭倦怕學(xué)情緒，繼而影響到學(xué)生探索宇宙的興趣。

教師沒有實(shí)地觀察、長期觀測的實(shí)踐經(jīng)歷，也缺乏長期觀測的意識(shí)，對(duì)長期觀測中積累的感性認(rèn)識(shí)、主體思維歷程缺乏必要的認(rèn)識(shí)。教師沒有提早布置觀察任務(wù)，往往在學(xué)生經(jīng)驗(yàn)不足、積累不夠時(shí)就開展教學(xué)活動(dòng)，這樣，在后續(xù)的活動(dòng)中把大量的時(shí)間都用在事實(shí)性材料的呈現(xiàn)上，學(xué)生還沒來得及產(chǎn)生體驗(yàn)與思考，就指向了結(jié)果，顯然對(duì)過程與方法的領(lǐng)悟未實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

對(duì)一線教師造成困惑的最主要原因是，教師重視實(shí)地觀測，也堅(jiān)持觀測的長期性，后續(xù)亦對(duì)事實(shí)進(jìn)行了整理，但教學(xué)活動(dòng)中對(duì)小學(xué)生的抽象思維和空間想象能力把握不精準(zhǔn)，沒有在關(guān)鍵處為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建有效的支架，造成學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解是一種“嵌入式”的，而不是在原有知識(shí)與生活經(jīng)歷的基礎(chǔ)上的一種演繹、歸納與提升。因此學(xué)生對(duì)浩瀚宇宙中天體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的月相、日食、月食等現(xiàn)象，難以在腦海中加以想象，構(gòu)建不了應(yīng)有的天體運(yùn)行模型。

小學(xué)生的抽象思維和空間想象能力有限，對(duì)形象直觀的事物比較容易接受，對(duì)認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)規(guī)律有相當(dāng)大的難度。雖然學(xué)生對(duì)浩瀚宇宙中天體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的月相、日食、月食等現(xiàn)象理解困難，難以在腦海中予以想象，但科學(xué)課堂教學(xué)卻可以利用這種空間大、時(shí)間跨度長的優(yōu)勢，讓學(xué)生充分經(jīng)歷后實(shí)現(xiàn)“知其然且知其所以然”的目的，抓住這個(gè)空間想象、模型思維、邏輯推理等能力可迅速有效發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

二、基于建模思想的教學(xué)支架策略

要了解一些天文現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，主要是讓學(xué)生通過活動(dòng)，建立模型，提出假說，并簡單地進(jìn)行科學(xué)解釋。建立模型的科學(xué)探究活動(dòng)是本單元的學(xué)習(xí)方式，也是為了理解事物而對(duì)事物做出的一種抽象，是對(duì)事物的一種描述方法。小學(xué)科學(xué)課堂中的建模，主要指運(yùn)用多手段、多途徑，幫助學(xué)生建立宇宙空間模型，從而理解宇宙運(yùn)行變化的一些簡單規(guī)律。本文所指的宇宙空間模型，不僅指將宇宙空間小型化的模型，還指幫助學(xué)生建立一種合理的想象，讓宇宙中各種天體不斷運(yùn)動(dòng)變化及產(chǎn)生的現(xiàn)象在學(xué)生的面前展現(xiàn)，并最終組合形成大腦中的宇宙空間模型。它是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的一種支架，是幫助學(xué)生從具體走向抽象的一種實(shí)物，也是轉(zhuǎn)化的一種需求。

（一）趣味參與，搭建立體支架

遙遠(yuǎn)的天空看起來像一個(gè)大鍋反過來蓋在上面，無數(shù)的星星像一個(gè)個(gè)亮點(diǎn)貼在鍋上。小學(xué)生對(duì)于平面和立體有了一定的認(rèn)識(shí)，但局限于學(xué)生周圍的世界。離開身邊的實(shí)物，一下子要認(rèn)識(shí)如此龐大的宇宙空間，對(duì)學(xué)生來說不可想象。如，在教學(xué)《認(rèn)識(shí)星座》一課時(shí)，先PPT 出示星空?qǐng)D片，引導(dǎo)學(xué)生觀察星空，此時(shí)，學(xué)生感受到了平面上幾個(gè)天體之間的位置關(guān)系。如何通過學(xué)生的建模過程，幫助學(xué)生從“平面”的星座一步步走向“立體”的星座，是本活動(dòng)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。星座的遠(yuǎn)近和我們視覺上形成的平面構(gòu)圖之間的關(guān)系，是本課教學(xué)的難點(diǎn)，也是學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)的薄弱地方，更是學(xué)生最難理解之處，需要教師想辦法突破。教科書設(shè)計(jì)讓學(xué)生按要求去做模型，打孔掛線吊小球。然而，在試教過程中我發(fā)現(xiàn)，這個(gè)環(huán)節(jié)需要非常多的時(shí)間，會(huì)減少學(xué)生對(duì)模型的觀察與思考時(shí)間。另外，懸掛的小球由于不停地晃動(dòng)，需要學(xué)生不斷地去控制小球，對(duì)學(xué)生活動(dòng)的有效性也造成了一定的影響。建立星座模型，不僅僅是建立一個(gè)模擬模型，更重要的是，在學(xué)生的腦海中形成一個(gè)星座模型。鑒于這幾點(diǎn)思考，我在建立模型的過程中制作了一個(gè)大型的北斗七星模型，并將書上懸掛后照射的模型改成了自己發(fā)光的模型。這樣的模型更符合星空的特點(diǎn)，能把更多的時(shí)間讓給學(xué)生開展更有價(jià)值的觀察活動(dòng)，提高課堂的教學(xué)效率。

（二）體驗(yàn)活動(dòng)，搭建距離支架

廣闊的宇宙無邊無際，在學(xué)生眼中，遙遠(yuǎn)的天空中所有的星星遠(yuǎn)近都差不多。學(xué)生大多認(rèn)為，所有的星星分布在廣闊的天穹之中，只是位置不同而已。學(xué)生還有一個(gè)認(rèn)識(shí)誤區(qū)，即“近大遠(yuǎn)小”。學(xué)生從自己觀察的角度出發(fā)，獲得信息，認(rèn)為遠(yuǎn)方看起來大的星球離我們近，看起來小的離我們遠(yuǎn)。如何打破學(xué)生認(rèn)知的誤區(qū)呢？我們可以帶學(xué)生到操場上建立一個(gè)模型。在操場上放置一個(gè)壘球和一個(gè)足球，其中足球離學(xué)生遠(yuǎn)一點(diǎn)，壘球近一點(diǎn)。讓學(xué)生觀察大小、預(yù)測它們的遠(yuǎn)近后，慢慢靠近兩個(gè)球，讓他們逐漸調(diào)整自己的認(rèn)知，逐步建立一定的空間觀念。

理解北斗七星是距離我們有不同遠(yuǎn)近的天體，對(duì)學(xué)生的空間想象能力提出了很大的挑戰(zhàn)，對(duì)空間的想象和理解，學(xué)生是有較大的困難的。讓學(xué)生憑空建模、建立起立體的概念是有難度的，應(yīng)將學(xué)生建模的過程，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和知識(shí)的內(nèi)在邏輯進(jìn)行分解，從認(rèn)知星星的遠(yuǎn)近和我們視覺上形成的平面構(gòu)圖的關(guān)系開始。這就需要教師借助具體的實(shí)物材料，在學(xué)生理解出現(xiàn)困難時(shí)，及時(shí)提供支架，幫助學(xué)生逐步完成概念的建構(gòu)。在這個(gè)過程中，進(jìn)一步豐富學(xué)生對(duì)距離的感受，2 顆星是理解7 顆星距離的基礎(chǔ)，7 顆星是理解宇宙中天體距離的基礎(chǔ)。

（三）經(jīng)歷位移，搭建角度支架

學(xué)生在以前的學(xué)習(xí)中初步感知過空間位置和角度變化。在課堂上，我們可以通過建立模型、搭建支架來幫助學(xué)生理解。根據(jù)天空中北斗七星的相互距離關(guān)系，建立一個(gè)北斗七星模型。先讓學(xué)生站在地球的角度觀察模型，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，北斗七星看起來確實(shí)像勺子。這個(gè)時(shí)候可以讓學(xué)生閉上眼睛想一想：當(dāng)我們?cè)倮@過一定角度來觀察北斗七星，它們還是勺子的形狀嗎？在此過程中，學(xué)生由眼前的模型展開思考，化具象為抽象，發(fā)展了抽象思維。然后讓學(xué)生離開地球的位置，轉(zhuǎn)過一定的角度進(jìn)行觀察。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，隨著觀察角度的不同，看到的北斗七星不再是勺子的樣子。繼續(xù)繞模型觀察，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同的角度看到的北斗七星的圖形會(huì)不同。讓學(xué)生在觀察的過程中，不斷想象，不斷思考，不斷修正，逐步建立空間觀念。

（四）軟件模擬，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)支架

隨著現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多媒體進(jìn)入課堂，成為輔助教學(xué)的有效手段。在學(xué)生認(rèn)識(shí)宇宙、了解宇宙的過程中，科學(xué)教師利用多媒體技術(shù)將大大提高課堂效率，有助于對(duì)學(xué)生空間觀念的培養(yǎng)，使學(xué)生的空間思維能力、邏輯推理能力得到提高。例如，在“月相變化規(guī)律”這一知識(shí)的教學(xué)中，很多學(xué)生的前概念是，太陽東升西落，月亮西升東落，因?yàn)橥砩峡吹降脑铝链蟛糠謺r(shí)間都是先出現(xiàn)在西邊的天空中。即使在上課前布置學(xué)生觀察一段時(shí)間的月相，還是有學(xué)生這么認(rèn)為。主要是由于學(xué)生觀察時(shí)間短，有時(shí)只注意形狀的變化，沒有關(guān)注位置的變化。再加上天氣原因，學(xué)生很難系統(tǒng)地觀察記錄。教師在課堂上利用軟件模擬月球東升西落，圓缺變化，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，隨著一天中時(shí)間的改變，月亮形狀不變，位置逐漸向西移動(dòng)；隨著一個(gè)月時(shí)間的變化，月亮的形狀發(fā)生了變化，每天同一時(shí)間出現(xiàn)的位置也有了變化。一個(gè)月的長期觀察，利用軟件模擬可以讓學(xué)生在一堂課中實(shí)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率提高了。

在探究過程中，學(xué)生的積極參與只是一種外在的表現(xiàn)形式，思維參與才是參與活動(dòng)的最高層次。教師在和學(xué)生一起建模的過程中，要適時(shí)適度地為學(xué)生搭建成功體驗(yàn)的階梯，引導(dǎo)學(xué)生積極思維，進(jìn)行分析、比較、歸納、判斷和推理，以思維的主動(dòng)、深入?yún)⑴c，實(shí)現(xiàn)正確建構(gòu)科學(xué)概念和發(fā)展探究能力的目標(biāo)。

三、結(jié)語

在科學(xué)課教學(xué)中，在小學(xué)生以感官認(rèn)識(shí)為主、思維跟進(jìn)為輔的情況下，模型的直觀性可以給予學(xué)生深刻印象，作為現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)手段和思維方法，模型具有形象化和具體化的含義。通過模型，學(xué)生看到了平時(shí)肉眼無法觀察到的科學(xué)現(xiàn)象，解釋了科學(xué)規(guī)律。經(jīng)歷這個(gè)過程，更有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)地球和宇宙的探究熱情，發(fā)展學(xué)生的空間想象、模型思維、邏輯推理等能力，更有利于學(xué)生把眼中看到的模型轉(zhuǎn)換成深刻在腦中的模型，在未來的學(xué)習(xí)中將轉(zhuǎn)化成學(xué)生解決類似問題的一種方式。