思維進(jìn)階視域下的小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)策略

摘要：科學(xué)思維是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，而模型建構(gòu)在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維上具有重要的意義和地位，是學(xué)生掌握客觀規(guī)律和科學(xué)原理的重要手段。在實(shí)際科學(xué)教學(xué)中，仍存在模型建構(gòu)流于形式、學(xué)生無法理解模型要素、沒有親歷建模全過程，導(dǎo)致無法用模型解釋科學(xué)的問題。教師可通過模型建構(gòu)，實(shí)施“三階三供”思維進(jìn)階式教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：“三階三供”；模型建構(gòu)；思維進(jìn)階；教學(xué)策略

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）將培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為總目標(biāo)，并且把科學(xué)思維作為核心素養(yǎng)的核心。其中，模型建構(gòu)作為科學(xué)思維的重要方面，對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要價(jià)值。在小學(xué)科學(xué)課堂中進(jìn)一步強(qiáng)化模型建構(gòu)的教學(xué)，能幫助學(xué)生從科學(xué)的視角認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律，能用所學(xué)的模型思維去解決真實(shí)的問題?；诖?，筆者圍繞新課標(biāo)，以教科版小學(xué)科學(xué)教材三年級(jí)下冊(cè)第三單元第1課“仰望天空”為例，運(yùn)用“三階三供”思維進(jìn)階式教學(xué)策略（如下頁圖1），進(jìn)行了小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)的教學(xué)實(shí)踐探究。

在本課中，學(xué)生需要先建立簡單的日、地、月模型（如下頁圖2），然后通過模擬實(shí)驗(yàn)了解到：太陽距離我們遠(yuǎn)，月球距離我們近，進(jìn)而解釋自然現(xiàn)象——從地球上看，為什么太陽和月球差不X9YjH51XOjTThNeNMUmL+A==多大??？考慮到三年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知水平和現(xiàn)實(shí)因素，教材中沒有要求學(xué)生建立與原型高度相似的日、地、月距離呈比例關(guān)系的模型。但結(jié)合學(xué)生實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)，本節(jié)課的模擬實(shí)驗(yàn)只是簡單的驗(yàn)證，學(xué)生在經(jīng)歷本節(jié)課中簡單的日、地、月建模后，其思維并沒有得到明顯提升?；诖?，為建立模型與原型的相互聯(lián)系、提煉出模型的核心要素、借助模型促進(jìn)對(duì)原型的理解，筆者提出了指向思維進(jìn)階的日、地、月模型。

一、“一階”模型理解：解構(gòu)事物屬性，為思維進(jìn)階供基礎(chǔ)

建模的目的是促進(jìn)對(duì)原型的理解，教師要引導(dǎo)學(xué)生理解原型，就要喚醒其對(duì)模型的認(rèn)知，解構(gòu)模型，讓抽象的概念具體化。教師可以提供具象化的真實(shí)情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維構(gòu)筑獨(dú)特的環(huán)境和場(chǎng)域，為思維的進(jìn)階提供堅(jiān)實(shí)而有效的基礎(chǔ)。

（一）聚焦生活現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)問題情境

基于生活創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境是科學(xué)思維有序發(fā)展的前提。將知識(shí)與實(shí)際情境相結(jié)合，學(xué)生可以更好地理解知識(shí)的實(shí)用性和價(jià)值，從而用知識(shí)解決實(shí)際問題。

在教學(xué)“仰望天空”一課時(shí)，教師可先通過聊天的形式導(dǎo)入并提問：“同學(xué)們，你們抬頭看天空時(shí)都看到了什么？”學(xué)生會(huì)基于自己的生活經(jīng)驗(yàn)各抒己見：“太陽、月球、星星、白云……”教師根據(jù)學(xué)生回答聚焦到學(xué)習(xí)主題：太陽和月球。接著，教師提出問題：“對(duì)于太陽和月球，你都知道什么？”

通過分享會(huì)交流生活經(jīng)驗(yàn)，教師可以了解到學(xué)生關(guān)于太陽和月球的已有知識(shí)，初步搭建維恩圖的框架，厘清模型要素的異同點(diǎn)，為后續(xù)建立模型與原型的聯(lián)系做好鋪墊。

（二）引發(fā)認(rèn)知沖突，引領(lǐng)深度學(xué)習(xí)

真實(shí)情境的引入不僅是調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的手段，也是搭建學(xué)校教育與現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，能夠培養(yǎng)學(xué)生的專家思維。如何在學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中發(fā)展專家思維呢？就是不斷地產(chǎn)生和化解沖突，讓學(xué)生的思維從“平衡”到“不平衡”再到“平衡”。本課，學(xué)生在前期的交流分享中并不能全面了解太陽和月球，教師可以先利用資料卡輔助學(xué)生認(rèn)識(shí)太陽和月球的更多特征，從而讓學(xué)生完成維恩圖的梳理（如下頁圖3）。接著，教師繼續(xù)提問：“太陽的體積非常大，月球的體積非常小，然而站在地球上觀察時(shí)，看到的太陽和月球的大小卻是差不多的，這是為什么？”這樣能基于學(xué)生實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，將問題轉(zhuǎn)化為學(xué)生本節(jié)課研究的重點(diǎn)，為接下來的模型建構(gòu)打下良好基礎(chǔ)。

二、“二階”模型構(gòu)建：搭建學(xué)習(xí)支架，為思維進(jìn)階供保障

正確的建模思路是建立科學(xué)模型的基礎(chǔ)，學(xué)生要對(duì)問題有一個(gè)整體的思考，并能在腦海中形成整個(gè)建模過程的行動(dòng)指南。所以，在正式建模之前，學(xué)生要先對(duì)研究的問題做出假設(shè)，形成初步的探究方案?！把鐾炜铡币徽n雖然只是建立簡單的日、地、月模型，但實(shí)際站在宇宙的角度科學(xué)地分析還有許多值得思考的因素：用什么材料來建模？日、月、地三者的大小比例是怎樣的？在建模的過程中要如何正確操作？在建模的過程中如何避免誤差？這些都是學(xué)生的認(rèn)知困境，教師要由淺入深、由表及里、循序漸進(jìn)地打破學(xué)生的認(rèn)知困境，搭建學(xué)習(xí)支架，降低建模的難度。同時(shí)，應(yīng)在師生研討互動(dòng)中培養(yǎng)模型建構(gòu)思維，搭建思維進(jìn)階的階梯，為思維的進(jìn)階提供有力保障。

（一）激活建模思路，從單一走向整體

學(xué)生在開始研究之前，建模的思路通常是單一、零散的。教師要站在學(xué)生的立場(chǎng)思考：學(xué)生對(duì)研究的問題明確了嗎？探究的思路清晰了嗎？具體如何操作呢？有哪些注意事項(xiàng)呢？如果教師沒有做好充分的預(yù)設(shè)，讓學(xué)生在動(dòng)手前有清晰的思路，那么學(xué)生在探究時(shí)，往往也會(huì)失去“方向感”?；诖?，在“仰望天空”一課，圍繞“站在地球上，為什么太陽和月球看起來差不多大”這一科學(xué)問題，教師可搭建如下的連續(xù)性問題支架，幫助學(xué)生形成建模思路（如下頁圖4），讓學(xué)生的建模思路有清晰的結(jié)構(gòu)和完整的層次。

（二）賦能建模過程，從無序走向有序

通過問題支架的搭建，在師生對(duì)話中，學(xué)生會(huì)逐

步形成大致的建模思路，但是很難考慮到建模中的細(xì)枝末節(jié)。所以，要想建構(gòu)一個(gè)貼近現(xiàn)實(shí)的模型，教師需要適時(shí)拋出提示支架，讓學(xué)生關(guān)注建模過程中的注意事項(xiàng)，能更全面、系統(tǒng)地分析問題，讓思維有序化。

在模型構(gòu)建的過程中，為了提高模型與原型的相似度，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可信度，教師要站在學(xué)生立場(chǎng)引導(dǎo)學(xué)生思考：選擇什么材料建模？如何通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜測(cè)？重點(diǎn)觀察什么？實(shí)驗(yàn)中要注意什么？在師生對(duì)話中破解層層障礙，完善建模任務(wù)。但是，僅靠語言的交流對(duì)三年級(jí)學(xué)生來說太過抽象，教師可以借助信息化手段利用視頻、圖片等方式讓學(xué)生直觀感受建模的注意事項(xiàng)，沉浸式體驗(yàn)建模的過程。

在教學(xué)“仰望天空”一課時(shí)，為了讓全體學(xué)生都能直觀地觀察和對(duì)比太陽和月球的大小，教師可搭建體驗(yàn)式提示支架，通過手機(jī)投屏直播的方式將畫面投放到大屏，手機(jī)攝像頭就成了地球上的觀察點(diǎn)，學(xué)生可以通過比較大屏中太陽和月球的大小控制日、地、月的合適距離，在體驗(yàn)式情境中自動(dòng)完善建模步驟。此時(shí)，日、地、月模型就初步形成了。

三、模型應(yīng)用——助推深度學(xué)習(xí)，為思維進(jìn)階供條件

模型應(yīng)用是建模過程中的重要因素，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)過程時(shí)要注意根據(jù)學(xué)生學(xué)情、教學(xué)內(nèi)容和課程要求合理安排教學(xué)活動(dòng)，選擇合適的教學(xué)方法，關(guān)注學(xué)生的能力進(jìn)階，設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)性進(jìn)階任務(wù)，遵循目標(biāo)統(tǒng)領(lǐng)原則，讓學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)歷“解構(gòu)—建構(gòu)—重構(gòu)”的過程。這樣能夠幫助學(xué)生拓展思維深度，助推思維發(fā)展，讓深度學(xué)習(xí)自然發(fā)生。在本課中，學(xué)生通過前期交流分享理解模型，探究問題成因，初步構(gòu)建模型，教師接下來還要引導(dǎo)他們挖掘本質(zhì)和規(guī)律，應(yīng)用模型解決實(shí)際問題。

（一）重構(gòu)認(rèn)知關(guān)聯(lián)，促進(jìn)深層探究

學(xué)生在經(jīng)歷模型構(gòu)建后，對(duì)日、地、月的關(guān)系有了進(jìn)一步的了解，但教師還需將學(xué)習(xí)任務(wù)重新錨定實(shí)際生活，讓新知識(shí)與學(xué)生原有的認(rèn)知相互交融，創(chuàng)建起模型和原型的關(guān)聯(lián)，建立更加完整和深入的模型體系，促進(jìn)更深層次的學(xué)習(xí)探究。因此，在學(xué)生完成模型的構(gòu)建后，教師可設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)進(jìn)階發(fā)展的學(xué)習(xí)任務(wù)——利用模型關(guān)聯(lián)原型，尋找日、地、月距離的真實(shí)比例。

在實(shí)際的宇宙中，太陽的直徑約是月球的400倍，顯然，1厘米的黃色圓片與5厘米的紅色圓片在大小上并不符合實(shí)際的太陽、月球大小比例原型。但是，如果用真實(shí)的比例，也就是直徑400厘米的“太陽”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)。因此，教師可提供直徑5厘米、10厘米、15厘米的紅色圓片分別模擬太陽，讓學(xué)生尋找這三個(gè)“小太陽”與月球差不多大的時(shí)候的合適距離，進(jìn)而利用“小太陽”的合適距離推測(cè)出400厘米“大太陽”的合適距離，探究出實(shí)際宇宙中日、地、月距離的真實(shí)比例。

利用模型尋找實(shí)際宇宙中日、地、月距離的真實(shí)比例對(duì)于學(xué)生來說難度是較大的，為方便學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，筆者設(shè)計(jì)了活動(dòng)記錄單（見表1），其主要作用如下。首先，為確保三年級(jí)的學(xué)生能正確理解直徑，在每個(gè)圓片上ZCBwTFJAIee4p9SGtM131Q==用線段標(biāo)出并注明大小，學(xué)生只需用數(shù)字記錄5厘米、10厘米、15厘米不同圓片的合適距離，提高了記錄速度。其次，在左側(cè)用圖文結(jié)合的方式表示建模的要求，直觀形象，有利于引導(dǎo)學(xué)生正確操作，降低建模的難度。最后，在記錄單設(shè)計(jì)上采用縱向的方式，學(xué)生可以對(duì)兩列數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，方便觀察實(shí)驗(yàn)規(guī)律，推算真實(shí)比例下的實(shí)際距離。

（二）解析內(nèi)在規(guī)律，解決實(shí)際問題

學(xué)生了解到實(shí)際宇宙中太陽和月球的真實(shí)比例后，可嘗試?yán)媚Ｐ?，用“小太陽”代替“大太陽”，用小?shù)據(jù)推算大數(shù)據(jù)的方法，探究日、地、月的真實(shí)距離。在模型應(yīng)用的過程中，教師還要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系現(xiàn)象與本質(zhì)，了解事物的內(nèi)在規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生尋找證據(jù)支撐觀點(diǎn)的意識(shí)，搭建利用模擬實(shí)驗(yàn)研究宇宙空間問題的橋梁，找到現(xiàn)象背后的本質(zhì)——距離，進(jìn)一步解釋自然現(xiàn)象，解決實(shí)際問題。

考慮到三年級(jí)學(xué)生認(rèn)知水平的局限性，為了更好地解析內(nèi)在規(guī)律，利用模型解釋客觀事實(shí)，教師可出示的數(shù)據(jù)匯總表（見表2），幫助學(xué)生推演出實(shí)際宇宙中也就是“原型”的內(nèi)在規(guī)律——太陽的直徑是月球直徑的400倍，同時(shí)日、地距離也是月、地距離的400倍。通過數(shù)據(jù)表的對(duì)比，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，正是這樣的巧合，我們站在地球上看到的太陽和月球的大小是差不多的，解釋了我們生活中的實(shí)際問題。

“仰望天空”一課的日、地、月模型建構(gòu)是為了讓學(xué)生了解宇宙中的地球，理解地球所處的宇宙環(huán)境。因此，在模型建構(gòu)教學(xué)中，教師要從實(shí)際宇宙的角度出發(fā)，同時(shí)還要關(guān)注在模型教學(xué)過程中學(xué)生的思維發(fā)展。基于新課標(biāo)理念，運(yùn)用“三階三供”的模型進(jìn)階策略，能讓學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)思維的躍遷。

模型建構(gòu)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑，基于“模型理解、模型構(gòu)建、模型應(yīng)用”三維度設(shè)計(jì)進(jìn)階式學(xué)習(xí)任務(wù)是現(xiàn)階段小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)課的主要模式。在模型建構(gòu)教學(xué)中，學(xué)生在經(jīng)歷“理解—構(gòu)建—應(yīng)用”任務(wù)進(jìn)階的同時(shí)，也伴隨著思維的進(jìn)階。而如何利用模型建構(gòu)呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程以及對(duì)知識(shí)的理解、內(nèi)化過程，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)原型的深層理解，仍需要科學(xué)教師持續(xù)不斷研究。

參考文獻(xiàn) ：

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］陳雙喜.基于科學(xué)思維培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)策略研究［J］.教育界，2023（30）.

（責(zé)任編輯：趙春艷）

作者簡介：衛(wèi)佳鈿，浙江省湖州市吳興實(shí)驗(yàn)小學(xué)教師。