《聲音的產(chǎn)生》課堂的模型教學法

許新宇 柏毅

〔摘? ? 要〕? 目前，小學科學教學中關(guān)于模型方法教學的理論或?qū)嵺`研究極少。其原因一是小學科學教師隊伍缺乏研究意識與研究動力；二是學者與教育專家對小學科學這一學科領(lǐng)域重視程度不夠，遠遠不及對中學物理、化學等具體自然科學學科的關(guān)注度。且模型方法的教學研究在國內(nèi)主要集中在中小學階段的學科教學中，從論文統(tǒng)計情況來看，大多是數(shù)學、物理、化學等中學理科學科中運用概念模型、問題模型、過程模型等手段給學生講授解題的方法與技巧。基于此，本研究試圖構(gòu)建基于美國NGSS的小學科學模型教學法，結(jié)合蘇教版小學科學一年級的《聲音的產(chǎn)生》進行具體分析，并進一步展示“模型教學法”在教學過程中的運用，總結(jié)我國小學科學教師面臨的困難與挑戰(zhàn)，為小學科學教育工作者提供一定的參考和借鑒。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學科學；NGSS；模型教學法

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 20-0037-03

一、模型教學法

學習科學模型的性質(zhì)和實用性，并在創(chuàng)建和測試模型的過程中積極參與，應該是科學教育的重點。為了實現(xiàn)這一愿景，在科學課堂上使用模型教學法就顯得尤為重要。在本文中，我們廣義地將科學模型定義為一組表示、規(guī)則和推理結(jié)構(gòu)，使人們能夠生成預測和解釋?？茖W模型的形式多種多樣，常見的模型主要有物理模型（一些實物或示意圖）、數(shù)學模型（通常為數(shù)學公式）、概念模型（通常為相關(guān)理論）等。然而，研究表明，盡管學生可以成功地將科學定律和模型作為探究型科學課程的一部分，但并不總是理解在以模型為中心的課程中參與建模過程的意義，且大多數(shù)科學教師缺乏相應的建模知識，因此筆者認為，鑒于模型教學法在科學探究課程中的重要地位以及國內(nèi)對這一部分的研究空白，有必要對此進行深入研究及調(diào)查，使學生完全理解科學探究的本質(zhì)，提升他們使用和開發(fā)科學模型的能力。

二、中國科學探究與美國NGSS科學與工程實踐的區(qū)別

2013年美國制定了《新一代科學教育標準》英文簡寫（NGSS），包含了三個維度：科學和工程實踐、核心概念、跨學科概念。這一改革的核心是科學探究向科學和工程實踐的轉(zhuǎn)變。其中科學和工程實踐又包括了8種應該在科學課堂上使用的部分，本文所探討的模型教學法對應其中的開發(fā)與使用模型。同時我國在2022年出臺了《義務教育科學課程標準》（以下簡稱《課程標準》），包含了13個學科核心概念和4個跨學科概念，與NGSS具有較強的可比性。

首先，NGSS?中對?K-5?年級科學與工程實踐標準的表述，包含諸多由行為動詞和名詞組成的短語如“描述問題”“搜集數(shù)據(jù)”“解釋現(xiàn)象”等。而分析《課程標準》的學習目標后發(fā)現(xiàn)，幾類最常見的行為動詞，例如：“說出”“知道”“描述”“舉例”，其中前三類表述基本上是直接交代某種科學事實、科學規(guī)律或科學概念；“開發(fā)與利用模型”和“獲得、評估與交流信息”，在學習目標中出現(xiàn)得較少且基本只存在于“技術(shù)與工程領(lǐng)域”；“提出問題與定義問題”則幾乎沒有被提及。由此看來，我國課標一定程度上反映著“科學實踐”思想，但沒有在內(nèi)容標準中將其明確表述，學習目標中的“知道”“描述”“說出”等行為動詞僅僅規(guī)定了學生應達到的水平，而沒有給出具體的認知實踐途徑。

其次，我國的《課程標準》強調(diào)科學探究的重要性，要求學生具備提出問題、做出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價的能力，在探究教學中要注重培養(yǎng)學生的思維技能和能力。而?NGSS?強調(diào)實踐，即學生自己設(shè)計方案、構(gòu)建模型并應用，更加有利于學生的創(chuàng)造力發(fā)展和提高自主解決問題的能力。

三、以《聲音的產(chǎn)生》課教學為例

建模實踐帶給課堂教學的最大變化是期望學生在學習和使用核心概念的情境下，能夠基于新的證據(jù)建構(gòu)和修正模型，預測和解釋現(xiàn)象，測試各種設(shè)計難題的解決方案?；蛟S這樣說會有點抽象，下文通過一節(jié)課加以例證。

（一）NGSS一年級：《聲音與振動》

1.觀察并描述

教師帶著學生在校園散步，要求學生用圖畫和文字的形式記錄下他們觀察到的結(jié)果。回到教室后，請學生分享“你是用什么感官進行感知的？”用一個句子框架來進行匯報，即“我用我的（聽覺）來感知（一只鳥）”。接著教師開始詢問學生聽到的聲音，讓學生過渡到思考全班聽到或討論過的聲音有什么相似或不同之處。引入這節(jié)課的主角“警報器”，詢問學生何時何地為何聽到警報器，是什么導致警報器的聲音，引導全班討論?。提問：大家想想對警報器能提出什么樣的問題?；仡欉@些問題，確定哪些可以在課堂上進行研究。在這次體驗中我們選擇問題“什么導致警報器發(fā)出聲音”作為重點。教師可以這樣說：“今天我們將從這一個問題開始，這個問題將幫助我們解決一個壞掉的救護車報警器，這個問題就是……”告訴學生將學習警報器是如何工作的以及它的用途。對學生的挑戰(zhàn)是設(shè)計出一個能發(fā)出響亮聲音的裝置，可以在模擬的救護車上使用。

2.計劃并進行調(diào)查，以提供振動物體產(chǎn)生聲音的證據(jù)

本節(jié)課試圖回答的問題（什么產(chǎn)生了聲音），教師展示并讓學生辨認這節(jié)課將使用的材料，即卡林巴琴、勺子鑼、鞋盒吉他、門上的提琴、音叉、魚線樂器，這些樂器代表著6個站點，將學生分為4個人為一組進行調(diào)查。設(shè)置一個10分鐘計時器，指導學生嘗試發(fā)出聲音，然后找到導致聲音的原因，如敲打一個鍋或是鼓。這時，學生還沒有正式接受過關(guān)于振動發(fā)聲的教學指導，教師希望他們做的就是繪制一個可行的模型，用來表示物體為何會發(fā)聲。在每個站點，學生都需要畫出物體，并標明是什么在發(fā)聲。接下來，學生將完成一個調(diào)查活動，在這段時間內(nèi)他們會在各個站點之間循環(huán)，10分鐘后歸還材料并輪流到他們的第二個站點。在所有的站點中，學生應該清楚地看到一個正在發(fā)聲的物體在振動。

3.構(gòu)建一個解釋說明振動的物質(zhì)如何引起聲音

教師給每個小組分配一個聲音站，通過這些聲音站的調(diào)查學生再次面對挑戰(zhàn)，建立一個有關(guān)物體為何會發(fā)聲的新模型。再次思考是什么導致這種聲音的產(chǎn)生。在一張大白紙上讓每組學生為指定的物體畫圖，用標簽和顏色來顯示是什么導致聲音的產(chǎn)生。這里的科學模型就是通過箭頭顯示變化或運動，給各個部分貼上標簽，清楚地畫出來。各個小組輪流介紹他們被分配到的站點，介紹時展示他們的模型，用實際物體來證明是什么導致聲音的產(chǎn)生。這樣做的目的是讓學生在每一個站點都能觀察到有一個物體在來回移動，產(chǎn)生了他們所聽到的聲音。教師通過對學生的繪畫提出問題，引導學生對數(shù)據(jù)進行更深入的思考。此時，他們的模型必須和已有的、與振動產(chǎn)生聲音相關(guān)的證據(jù)相一致。

4.構(gòu)建一個解釋說明振動的物質(zhì)如何引起聲音

課程的結(jié)尾，所有的小組都做了介紹，教師向?qū)W生提出本節(jié)課開始時的問題：是什么產(chǎn)生了聲音？學生分享他們對振動與聲音之間關(guān)系的看法。反思這些調(diào)查是如何幫助他們理解聲音產(chǎn)生的原因的。

貫穿整個單元，學生一直都在搜集更多關(guān)于振動產(chǎn)生聲音這個性質(zhì)的證據(jù)。學生應該開始發(fā)現(xiàn)振動的物體會產(chǎn)生聲音，并且這種模式在任何一個聲音站中都有重復。回到警報器視頻，要求學生利用調(diào)查數(shù)據(jù)，預測是什么原因使警報器發(fā)出了聲音。學生一旦構(gòu)建出他們自己的模型，這個模型就會成為一個得到全班一致認同的模型。在本節(jié)課結(jié)束時，大多數(shù)學生已經(jīng)能夠建立起更加科學的模型。在這堂課中，教師沒有直接講授振動發(fā)聲模型的特征，而是通過精心設(shè)計的建模活動，讓學生基于證據(jù)自己建構(gòu)出了模型。這正是建模實踐活動的重要特征：構(gòu)建和修正模型。

（二）蘇教版三年級下冊《聲音的產(chǎn)生》

1.聽聲音，感知聲音

教師播放一段音頻并提問：你聽到了什么聲音，這些聲音告訴了你什么？接著讓學生根據(jù)這段音頻對聲音進行分類，包括雷電聲、鞭炮聲等。談話：不管是自然的聲音還是人造的聲音，都能夠提供信息。剛才是聽聲音，接下來我們來制造聲音。

2.讓物體發(fā)聲，引發(fā)探究問題

本次活動需要學生解決的問題是“如何讓塑料袋發(fā)出聲音”，學生做出猜想，進行嘗試。教師出示塑料袋，提問：你能讓塑料袋發(fā)出聲音嗎？學生進行第一次嘗試：用不同方法使塑料袋發(fā)出聲音。第二次發(fā)聲嘗試：讓你的身體發(fā)出聲音。教師提問：通過兩個制造聲音的活動，你發(fā)現(xiàn)了什么？討論：想要制造聲音，需要運用彈、搓、拍等動作。教師提問：那么聲音是怎樣產(chǎn)生的呢？

3.探究聲音產(chǎn)生的原因

體驗不同物體發(fā)生時的狀態(tài)，并總結(jié)歸納。首先，引導學生做出預測：剛才我們聽了聲音，還制造了聲音，那么你覺得聲音是怎么產(chǎn)生的？學生把自己的預測寫在記錄單上，交流預測結(jié)果。其次，探究尺子發(fā)聲時的狀態(tài)（出示常見的尺子，把尺子放在桌邊，一只手壓住尺子，另一手彈撥），提問：尺子被彈撥后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？如何觀察和描述這種現(xiàn)象？探究：運用多種感官接收信息，記錄尺子發(fā)聲時的狀態(tài)。

接著探究發(fā)聲物體的特征。討論：剛才我們通過眼睛看到了尺子發(fā)聲時的狀態(tài)，但有的物體發(fā)聲時觀察不到現(xiàn)象，我們可以借助其他物體來觀察（出示放有小米的鼓、裝有泡沫的試管），提問：借助小米和泡沫，鼓和試管發(fā)出聲音時會有什么現(xiàn)象？探究：分組實驗，記錄觀察到的現(xiàn)象。小組交流：剛剛兩個實驗你觀察到了什么現(xiàn)象？師生談話：眼睛看到小米的振動，證明鼓在振動；向試管中吹氣，空氣的振動帶動了泡沫振動，所以試管也在振動。對聲音的產(chǎn)生，你有何想法？

四、案例比較探析

通過對“聲音是如何產(chǎn)生”的這一問題的科學探究，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)課堂上存在以下幾個問題。

（一）學生對課堂導入內(nèi)容沒有探究欲望

NGSS《聲音與振動》的導入是由一段真實情境引起，即醫(yī)院救護車上的警報器。且課堂探究的問題是由學生根據(jù)真實情境中警報器的工作提出的，再由教師從這些問題中選擇本節(jié)課需要研究的核心問題。由此可以使學生真正投入進情境狀態(tài)，主動尋找證據(jù)調(diào)查研究，激發(fā)他們的探究欲望和學習興趣。而蘇教版《聲音的產(chǎn)生》導入直接由教師下達任務，我們要解決的問題是“如何讓塑料袋發(fā)出聲音”，類似這樣的問題其實稍微有些生活經(jīng)驗的學生對結(jié)論是心知肚明的，并且會產(chǎn)生“我為什么要解決這個問題，這跟我有什么關(guān)系”的想法，使后面的學習較為被動。在更多的國內(nèi)科學課堂上，類似于這樣的問題還有很多，在實際教學中，教師還是習慣于按照科學探究的固定步驟，讓學生觀察一些非常淺顯的科學現(xiàn)象，讓原本對科學課程充滿興趣的學生對研究這些現(xiàn)象失去了熱情。

（二）科學探究形式單一化

NGSS的計劃并進行調(diào)查部分，讓學生通過六個聲音站點，繪制自己的模型，用來表示物體為何會發(fā)聲。在這節(jié)課中，學生沒有被直接教授振動發(fā)聲模型的特征，而是通過精心設(shè)計的建?；顒樱谧C據(jù)自己建構(gòu)出了模型。這正是建模實踐活動的重要特征：構(gòu)建和修正模型。而國內(nèi)的科學課堂大多數(shù)在教師的指導下通過觀察和交流來進行核心概念的學習，在一堂課中動手探究實踐、自主搭建模型的部分很少?？茖W課堂上的探究應與科學家的研究活動相類似，但在科學教育領(lǐng)域中，科學探究活動似乎已經(jīng)被理解成了學習某種科學方法，應該被重視的實踐活動在課堂上卻被忽略，使“探究”在無形中變了味。程式化的探究并不是真正意義上的自主學習，科學課也并不是讓學生按照預先設(shè)計好的探究步驟，圍繞某一內(nèi)容按此路線亦步亦趨地操作。

（三）實踐權(quán)重低，學科聯(lián)系不強

新一代的科學教育標準呈現(xiàn)一種更為清晰且明確的科學教育觀點：鼓勵學生動手參與科學研究的過程。我國的科學教學過程，傾向于向?qū)W生傳授科學概念等科學知識，評價時也主要通過提問或測驗的形式，注重對概念本身的理解，而忽略了科學知識在生活中的應用。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

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