讓學(xué)生經(jīng)歷模型的建構(gòu)過(guò)程

〔摘 要〕 模型的構(gòu)建和應(yīng)用是小學(xué)科學(xué)課程中的重要內(nèi)容。建構(gòu)模型作為一種引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知手段和思維方法，能夠幫助學(xué)生理解一些復(fù)雜的科學(xué)概念和原理。小學(xué)科學(xué)課程中的模型建構(gòu)，既可以是一種真實(shí)模型的搭建，也可以是非實(shí)物形態(tài)模型的搭建。非實(shí)物模型的搭建可以理解為“思維模型”的構(gòu)建。我們可借助思維導(dǎo)圖、類比模型、探究體驗(yàn)、角色扮演等，讓學(xué)生經(jīng)歷模型的構(gòu)建過(guò)程，幫助學(xué)生將復(fù)雜的科學(xué)知識(shí)邏輯化，逐漸形成系統(tǒng)化的科學(xué)思維。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；模型；建構(gòu)模型；模型思維；科學(xué)思維

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 19 028-030

根據(jù)2022年版《國(guó)家義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求，科學(xué)思維是從科學(xué)的角度理解客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律和關(guān)系的一種方式。它主要包括模型構(gòu)建、推理和論證、創(chuàng)新思維等。模型的構(gòu)建主要體現(xiàn)在：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，抽象和概括客觀事物，然后構(gòu)建模型。建構(gòu)模型的目的是利用模型來(lái)分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述物體系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過(guò)程。

模型的構(gòu)建和應(yīng)用是小學(xué)科學(xué)課程中的重要內(nèi)容，建構(gòu)模型作為一種引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知手段和思維方法，能夠幫助學(xué)生理解一些復(fù)雜的科學(xué)概念和原理。因此，在科學(xué)教學(xué)中，我們要認(rèn)識(shí)到模型建構(gòu)對(duì)學(xué)生思維發(fā)生與發(fā)展的深刻作用，精心設(shè)計(jì)分層推進(jìn)的科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)生在模型建構(gòu)過(guò)程中不斷體驗(yàn)與感悟，促使學(xué)生的思維方式得到持續(xù)發(fā)展。

一、模型與模型建構(gòu)的特征

提到模型，在我們大腦中會(huì)閃現(xiàn)許多儀器室內(nèi)的實(shí)物模型，如三球儀、蝗蟲(chóng)模型、眼睛構(gòu)造模型、簡(jiǎn)單機(jī)械、光具座等。這些模型是依據(jù)自然事物或科學(xué)原理搭建的真實(shí)模型。教學(xué)中的實(shí)物模型主要有兩種：一種是比例模型，即把真實(shí)的物體按比例放大或縮小制成的，用來(lái)模擬自然物的外部特征或內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如蝗蟲(chóng)模型、眼睛構(gòu)造模型等；另一種是類比模型，用來(lái)模擬自然界中客觀事物的性質(zhì)、現(xiàn)象或規(guī)律，如簡(jiǎn)單機(jī)械、銅球?qū)嶒?yàn)裝置等。

另一類是以非實(shí)物樣態(tài)存在的模型，它們不是一個(gè)個(gè)具體實(shí)物，而是以圖表模型、思維圖、數(shù)字公式等方式存在。例如《碎冰融化的溫度變化曲線圖》《24小時(shí)降水量的界定標(biāo)準(zhǔn)》《不同地區(qū)同一月份氣溫比較折線圖》等。這些模型用圖表、數(shù)字來(lái)解釋自然事物的變化現(xiàn)象及規(guī)律，直觀、形象，讓人一目了然。

科學(xué)家可以利用模型向人們解釋科學(xué)現(xiàn)象及原因。在科學(xué)課堂上，我們借助模型，能把微觀世界變成可見(jiàn)的，把遙不可及的變成可以觸摸的，把難以解釋的現(xiàn)象可視化、簡(jiǎn)單化。小學(xué)科學(xué)課程中的模型建構(gòu)，既可以是一種真實(shí)模型的搭建，也可以是非實(shí)物形態(tài)模型的搭建。教師可以基于學(xué)生已有知識(shí)背景和經(jīng)驗(yàn)，給予學(xué)生一定的材料或工具，把學(xué)習(xí)的思考過(guò)程、知識(shí)的理解與運(yùn)用過(guò)程等，通過(guò)模型表達(dá)出來(lái)，促使學(xué)生加深對(duì)科學(xué)知識(shí)、概念的理解，形成系統(tǒng)的科學(xué)思維，并在思維程度上得到發(fā)展。

二、模型建構(gòu)的原則

（一）尊重學(xué)生原則

在思維模型建構(gòu)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)基于學(xué)生原有的知識(shí)背景、語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，讓學(xué)生能憑借已有的知識(shí)展開(kāi)探究活動(dòng)，不斷豐盈、充實(shí)自己原有的知識(shí)儲(chǔ)備，獲得并建構(gòu)更為復(fù)雜的知識(shí)模型的能力。在學(xué)生模型建構(gòu)的過(guò)程中，教師要做到眼中有學(xué)生，尊重學(xué)生，允許學(xué)生犯錯(cuò)，并鼓勵(lì)學(xué)生在探究活動(dòng)中不斷地修正模型，促使學(xué)生學(xué)習(xí)思維能力得到不斷提升。

（二）重在啟發(fā)原則

實(shí)踐出真知。科學(xué)思維不是教師教給學(xué)生的，而是學(xué)生在學(xué)習(xí)生活中通過(guò)解決各種問(wèn)題、任務(wù)中形成的。模型建構(gòu)是學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的整理與歸納，是對(duì)現(xiàn)有學(xué)習(xí)技能的實(shí)踐應(yīng)用，是對(duì)新問(wèn)題、新現(xiàn)象的探索與嘗試。在模型建構(gòu)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)注重對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)啟發(fā)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主能動(dòng)性，使其深度參與整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)思維能力的提升。

（三）重在服務(wù)原則

模型來(lái)源于我們的實(shí)際生活，為我們科學(xué)的認(rèn)知服務(wù)。模型建構(gòu)的目的是讓科學(xué)原理簡(jiǎn)單化、形象化、實(shí)體化。模型與科學(xué)事實(shí)的本身雖有高度統(tǒng)一之處，但又有著本質(zhì)的區(qū)別，模型不能完全替代科學(xué)事實(shí)的本身。模型不是一成不變的，隨著人們對(duì)科學(xué)的現(xiàn)象的深入觀察與思考，模型會(huì)隨人們認(rèn)知需要不斷修正。

三、讓學(xué)生經(jīng)歷模型的構(gòu)建過(guò)程

（一）運(yùn)用思維導(dǎo)圖，建構(gòu)概念模型

我們常說(shuō)：“語(yǔ)言是表現(xiàn)思維的外在形式和載體。”我們通?？蓮囊粋€(gè)人外在的語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣中，窺見(jiàn)一個(gè)人內(nèi)在的思維與行為方式。語(yǔ)言表述清晰準(zhǔn)確者，大多思維敏捷、做事有條理；語(yǔ)言表述混亂或表述不清者，大多思維遲緩、遇事慌亂，甚至不知道該如何解決。學(xué)生在進(jìn)入課堂前，他們對(duì)周圍世界的認(rèn)識(shí)，已形成自己的思維方式。他們會(huì)用自己的語(yǔ)言去描述經(jīng)歷或看到的現(xiàn)象。因此，科學(xué)課中的描述科學(xué)思維應(yīng)當(dāng)建立在學(xué)生已有的科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)之上。思維過(guò)程是對(duì)已有科學(xué)知識(shí)的調(diào)用、組合以及創(chuàng)新。在教學(xué)中，我們可以運(yùn)用思維導(dǎo)圖的方法，幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)概念模型，并通過(guò)科學(xué)概念模型的建立，完成對(duì)所學(xué)知識(shí)概念的整理。

如蘇教版科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)《運(yùn)動(dòng)與位置》一課，是一節(jié)科學(xué)思維訓(xùn)練課，通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生將建立“靜止是相對(duì)的、運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)、一切物體都在運(yùn)動(dòng)中”的科學(xué)觀念。在學(xué)生的眼里，奔跑的馬、游動(dòng)的魚(yú)、行駛的車、飛翔的鳥(niǎo)……它們是運(yùn)動(dòng)的；公園里的石頭、樹(shù)木、馬路旁的路燈……這些物體是靜止的。也有一些學(xué)生會(huì)認(rèn)為，風(fēng)吹過(guò)樹(shù)葉時(shí)，樹(shù)葉會(huì)抖動(dòng)，枝條在晃動(dòng)，這也屬于大樹(shù)的運(yùn)動(dòng)。學(xué)生的認(rèn)識(shí)停留在一個(gè)孤立的場(chǎng)景里，當(dāng)他們看到車窗外的景物后退時(shí)，他們的解釋是樹(shù)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，他們強(qiáng)調(diào)那是因車在運(yùn)動(dòng)而形成的。在觀察公園一角圖片時(shí)，大部分學(xué)生通過(guò)觀察比較兩張公園一角圖，會(huì)直接說(shuō)出某一個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)，而卻不能準(zhǔn)確地表述出來(lái)判斷依據(jù)，這說(shuō)明學(xué)生心中有一個(gè)判斷的標(biāo)準(zhǔn)，那就是位置的改變：位置改變是運(yùn)動(dòng)的；位置沒(méi)有改變是靜止的?；趯W(xué)生的語(yǔ)言背景，需要在課中給予學(xué)生語(yǔ)言的腳手架，借助思維導(dǎo)圖（見(jiàn)下圖），如我們把這個(gè)要判斷的物體，可用“一物體”表示，而用于做比較、對(duì)照的物體可用“另一物體”表示。判斷的依據(jù)可用這樣的語(yǔ)言來(lái)描述：一物體相對(duì)于另一物體位置發(fā)生改變，這一物體是運(yùn)動(dòng)；若在對(duì)比、比較中，我們發(fā)現(xiàn)位置沒(méi)有改變，則這個(gè)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)。這樣的科學(xué)表述，可幫助學(xué)生厘清運(yùn)動(dòng)與靜止的區(qū)別，建立運(yùn)動(dòng)與靜止的科學(xué)概念。

（二）建構(gòu)類比模型，變抽象為具象

科學(xué)課中，有的科學(xué)原理較復(fù)雜、抽象，借助科學(xué)探究活動(dòng)能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)現(xiàn)象，但對(duì)于內(nèi)在的科學(xué)原理還是不能理解。事實(shí)上，我們也可將復(fù)雜的內(nèi)容簡(jiǎn)單化，找到某些科學(xué)實(shí)驗(yàn)的相通之處，建構(gòu)類比實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，使抽象的原理變得更具體、生動(dòng)，有助于學(xué)生理解和掌握。如三年級(jí)上冊(cè)《空氣占空間》一課，用注射器、橡皮做一做壓縮空氣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生便可直觀看到空氣是可以被壓縮的。空氣可以被壓縮的原因是什么？因?yàn)榭諝夥肿又g有間隔，空氣在受到擠壓時(shí)，分子之間的間隔變小，空氣的體積縮小。當(dāng)作用在空氣上的外力消除時(shí)，空氣分子之間的間隔大小會(huì)恢復(fù)。對(duì)于這個(gè)科學(xué)原理的理解，我們可以建立一個(gè)類比模型來(lái)幫助學(xué)生理解空氣壓縮現(xiàn)象。我們可以用一塊海綿代替一團(tuán)空氣，海綿中的孔隙可以模擬空氣分子中的間隔。當(dāng)學(xué)生用外力擠壓海綿時(shí)，海綿孔洞就會(huì)變小，模擬空氣分子受到外力擠壓時(shí)，間隔變小，空氣的體積變小。當(dāng)撤走外力時(shí)，海綿孔洞變大，慢慢恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，模擬空氣分子的間隔恢復(fù)到原狀。這個(gè)類比模型，可以非常直觀、形象地展示出氣體分子間隔受力后的變化，幫助學(xué)生分析空氣可以被壓縮的原因，從而理解被壓縮的空氣有彈性。

（三）以探究為路徑，建構(gòu)模型思維

在每一次的科學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生往往需要仔細(xì)地觀察或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析觀察到的現(xiàn)象，并用自己的語(yǔ)言、圖畫(huà)來(lái)描述觀察到的現(xiàn)象及特征，表達(dá)出對(duì)整個(gè)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的思維模型和思維框架。從探究過(guò)程的本質(zhì)是一個(gè)構(gòu)建模型并利用模型解決問(wèn)題的過(guò)程。從探究問(wèn)題的產(chǎn)生到探究方案設(shè)計(jì)（建構(gòu)模型），再到現(xiàn)象的分析（分析模型），最后到結(jié)論的得出（解釋模型），學(xué)生需要考慮諸多方面的因素，在建構(gòu)模型、分析模型、解釋模型的過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)思維得到進(jìn)階發(fā)展。

以四年級(jí)下冊(cè)《龐大的家族》一課為例，在探究活動(dòng)中，運(yùn)用