模型建構(gòu)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 要] 隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，“模型建構(gòu)”這一概念被單獨提出，這也意味著模型建構(gòu)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中十分重要。本文從模型建構(gòu)的內(nèi)涵界定、教學(xué)流程、教學(xué)應(yīng)用、未來方向四個方面入手開展研究，為培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)思維提供了方向。

[關(guān)鍵詞] 新課標(biāo)；小學(xué)科學(xué)；科學(xué)思維；模型建構(gòu)

模型建構(gòu)在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中被首次直接表達(dá)出來，這一舉措具有深遠(yuǎn)的意義。模型建構(gòu)作為科學(xué)教育中的重要教學(xué)方法，旨在幫助學(xué)生理解科學(xué)原理，提高科學(xué)素養(yǎng)。通過模型建構(gòu)，學(xué)生可以更加深入地理解科學(xué)知識，培養(yǎng)科學(xué)思維，提高科學(xué)素養(yǎng)，為未來的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。因此，模型建構(gòu)在科學(xué)教育中越來越受到重視，成為科學(xué)教育改革的重要方向之一。

一、研磨探討，解讀模型建構(gòu)的內(nèi)涵界定

（一）研讀新課標(biāo)，豐富知識儲備

新課標(biāo)中對模型建構(gòu)有著明確的描述，主要是基于實際經(jīng)驗，對事物進(jìn)行概括和抽象，構(gòu)建出能夠反映現(xiàn)象和數(shù)據(jù)關(guān)系的模型；運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。根據(jù)科學(xué)課程總目標(biāo)的要求，學(xué)生應(yīng)具備基于經(jīng)驗事實抽象概括出理想模型的能力，并具備初步的模型理解和模型建構(gòu)能力。因此，我們應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實驗操作能力和推理分析能力，幫助他們形成科學(xué)思維方式和科學(xué)探究能力。這些能力不僅有助于學(xué)生更好地理解和掌握科學(xué)知識，還能夠幫助他們更好地應(yīng)對現(xiàn)實生活中的問題，提高他們的綜合素質(zhì)。

模型建構(gòu)在新課標(biāo)中的目標(biāo)要求如下：1～2年級，在老師的指導(dǎo)下，能利用不同的材料或者工具，通過語言表述、畫一畫、寫一寫的方式表達(dá)自己的想法；3～4年級，在老師的指導(dǎo)下，能夠清楚表達(dá)事物之間的內(nèi)在聯(lián)系及重要特征，能利用模型來解釋一些生活中的現(xiàn)象，通過這樣的學(xué)習(xí)，來更好地了解自然世界，培養(yǎng)科學(xué)思維和觀察能力；5～6年級，能運用各種探究方法，如舉例、論證、猜想、歸納、總結(jié)等，通過模型來解釋一些科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)原理。雖然不同學(xué)段的具體目標(biāo)要求有所不同，但都強(qiáng)調(diào)了學(xué)生應(yīng)具備基于事實的探究能力、科學(xué)思維能力和解決問題的能力。同時，不同學(xué)段的目標(biāo)要求之間相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，形成了模型建構(gòu)具有邏輯性和連貫性的目標(biāo)體系。

（二）模型建構(gòu)的內(nèi)涵解讀

模型建構(gòu)不僅是一種重要的思維方式，更是一種不可或缺的認(rèn)知手段。例如，在真實的情境中，學(xué)生可以建構(gòu)一種易于認(rèn)識和表達(dá)的模型，這種理想狀態(tài)的模型能體現(xiàn)事物固有屬性或特征，這就是模型建構(gòu)。模型建構(gòu)實際上是一種復(fù)雜的思維過程，它涉及對問題的深入理解、對信息的有效整合以及對模型的不斷完善。在這個過程中，人們需要清晰地理解問題的本質(zhì)，然后運用他們的知識和技能，將問題轉(zhuǎn)化為一個可以處理的模型。這個模型可以是物理模型、概念模型、數(shù)字模型等等，這取決于問題的性質(zhì)和目標(biāo)。然后，人們需要使用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆图夹g(shù)來收集、處理和分析數(shù)據(jù)，以驗證和改進(jìn)模型。這個過程需要很強(qiáng)的邏輯思維能力，以確保模型的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，可以說模型建構(gòu)不僅僅是一個技術(shù)過程，更是一個思維過程，它需要人們有創(chuàng)造力、批判性思維和解決問題的能力。

二、多維優(yōu)化，設(shè)定模型建構(gòu)的教學(xué)流程

模型建構(gòu)在小學(xué)科學(xué)課堂中有一些大致流程，以“土壤的類型”一課為例，初步設(shè)定如下教學(xué)流程：

1.確定問題：確定要解決的實際問題。本課中，需要了解沙粒、粉粒和黏粒的大小，形成表象結(jié)構(gòu)。

2.設(shè)計模型：設(shè)計模型就是對模型有初步的構(gòu)想，用畫圖的方式呈現(xiàn)自己的設(shè)計。一般要包括模型尺寸、模型材料、預(yù)估效果和制作成本等。可以用畫圖的方式表示出沙粒、粉粒和黏粒的大概大小和形狀，并標(biāo)注出使用材料和成本等信息。

3.制作模型：尋找合適的材料制作模型?？梢杂贸p黏土捏出需要的模型，可以任意改變模型的大小，簡單方便。也可以使用黃豆、綠豆、小米這樣不同大小的顆粒分別表示沙粒、粉粒和黏粒的模型，貼近生活，學(xué)生更易理解。

4.測試模型：對制作的模型進(jìn)行測試，看看基本功能是否能實現(xiàn)。超輕黏土制作出的模型，必須大小合適，易于觀察。

5.反思改進(jìn)：在對模型測試完以后，如果功能表現(xiàn)不佳，可以嘗試改進(jìn)和優(yōu)化。

三、實踐摸索，探尋模型建構(gòu)的教學(xué)應(yīng)用

（一）構(gòu)建物理模型，讓科學(xué)思維看得見

1.物理模型的基本特征

物理模型就是對原來的事物進(jìn)行等比例的縮放，不改變原事物的結(jié)構(gòu)，從而建構(gòu)的一種理想化的模型。

2.物理模型的應(yīng)用場景

在小學(xué)科學(xué)課堂中，實物模型是教師經(jīng)常使用的一種物理模型。這些模型基于現(xiàn)實生活中的物品或結(jié)構(gòu)，能夠幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的科學(xué)概念。這些實物模型通常是按照比例縮小的真實物品或結(jié)構(gòu)，以便能夠在課堂上展示和操作。例如，一個簡單的機(jī)械系統(tǒng)模型包括滑輪、繩子和重物等元素，幫助學(xué)生理解機(jī)械能守恒的概念。另一個常見的實物模型是電路模型，它由電池、導(dǎo)線和燈泡等組成，可以幫助學(xué)生理解電路的基本原理。

在小學(xué)科學(xué)課堂中，教師輔導(dǎo)學(xué)生建立實物模型，認(rèn)識并拓展模型，從而幫助學(xué)生有效銜接自己的認(rèn)知經(jīng)驗，建立新的知識概念。通過操作這些模型，學(xué)生可以親手體驗科學(xué)原理的實踐應(yīng)用，提高實踐能力和科學(xué)素養(yǎng)。實物模型還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度，讓他們更加積極地投入科學(xué)學(xué)習(xí)中。

3.物理模型的應(yīng)用實例

物理模型在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中有顯著的應(yīng)用。如“看月亮”一課，學(xué)生腦海中或多或少都有月亮的樣子，也可以畫出一個個不一樣的月亮形狀，如新月和滿月。但是對于二年級學(xué)生來說，描述清楚月亮每一階段的樣子是困難的，此時可以借助實物模型月相盒來完善學(xué)生頭腦中對月亮形狀的認(rèn)知，幫助學(xué)生完整地經(jīng)歷一次月相從月初到月末的變化過程。學(xué)生先觀察月相盒里月亮的形狀，隨后一一畫出來，再把畫出來的月亮進(jìn)行排序，通過這樣的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。借助實物模型月相盒觀看月亮，更加直觀、形象，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的同時，也增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

又如“土壤的類型”一課，土壤有很多分類方法，教材中所介紹的分類方法是按照土壤中所含沙粒、粉粒和黏粒的多少來分，這樣分類從理論上說容易，但是可操作性比較差，因此教材提供閱讀資料加以介紹，讓學(xué)生能夠通過圖片領(lǐng)會每一種類型的土壤究竟是由怎樣的顆粒組成的。但是，最直觀的方法就是建立實物模型，如用黃豆代表沙粒，用綠豆代表粉粒，用小米代表黏粒，把它們按照一定的比例摻在一起裝進(jìn)透明塑料杯，引導(dǎo)學(xué)生觀察，指出三者的不同之處，或者讓學(xué)生用超輕黏土捏出不同大小的模型，這樣直觀、醒目，易于學(xué)生理解和掌握土壤的分類。

（二）構(gòu)建概念模型，讓科學(xué)思維理得清

1.概念模型的基本特征

概念模型是一種形式化的表達(dá)方式，用于描述和解釋特定領(lǐng)域中的概念、關(guān)系和過程。它可以將抽象的概念和想法轉(zhuǎn)化為具體的符號和語言，幫助人們更好地理解和交流。

2.概念模型的應(yīng)用場景

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中有一些抽象的概念，一個接一個的概念，彼此之間還密切相關(guān)，如果一個概念沒有清晰，接下來的知識接收和理解會相互混淆，千頭萬緒，理不清。概念模型是把幾個相關(guān)概念之間建立關(guān)聯(lián)，呈現(xiàn)知識與知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，有助于學(xué)生把握單個概念和單元大概念，形成結(jié)構(gòu)化的知識體系。如熱對流概念、月相概念、相對運動概念、物體導(dǎo)熱導(dǎo)電性能概念、能量守恒概念等。

3.概念模型的應(yīng)用實例

概念模型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在中高年段。如“運動與位置”一課，在判斷一個物體是否在運動時，可以先出示第一幅圖片，讓學(xué)生說說哪些物體在運動。這里描述物體是否在運動時就會發(fā)現(xiàn)一些問題，如汽車是靜止的還是在運動，湖里的鴛鴦是靜止的還是在運動。再出示第二幅圖片，學(xué)生就很容易根據(jù)它們所處位置的不同去判斷。這里實際上在幫助學(xué)生建立一個概念模型，要判斷一個物體是否運動，必須找到一個參照物，這個物體相對參照物的位置是否發(fā)生改變。學(xué)生只有掌握了這個概念，才能真正認(rèn)識物體的運動狀態(tài)。

又如“刺激與反應(yīng)”一課，教師在課上為了講清楚什么是刺激，什么是反應(yīng)，需要幫助學(xué)生建立概念模型。通常選取四個典型的刺激形式，聲音信號刺激、光信號刺激、體內(nèi)感受信號刺激以及較為高級的語言信號刺激，然后關(guān)聯(lián)相對應(yīng)的動作、語言以及情緒行為，從因果關(guān)系的角度，引導(dǎo)學(xué)生知道什么是刺激、什么是反應(yīng)，為后面三個活動的展開做好鋪墊。教師用“這個情景是什么樣的？”“他們正在干什么？”“在什么情況下這樣做的？”等話語，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和交流，以便他們將動因與行為聯(lián)系起來。建立了這樣的動因與行為的概念模型，學(xué)生理解起來就更加順暢了。

（三）構(gòu)建數(shù)字模型，讓科學(xué)思維帶得走

1.數(shù)字模型的基本特征

在小學(xué)科學(xué)中，數(shù)字模型是一種非常重要的學(xué)習(xí)工具。學(xué)生可以使用統(tǒng)計、列表、畫圖等手段來模擬自然現(xiàn)象和科學(xué)實驗。這些操作方法可以幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)概念，同時還可以讓他們探索不同的變量和條件，以便更好地了解科學(xué)原理。

2.數(shù)字模型的應(yīng)用場景

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中需要記錄和收集數(shù)據(jù)的實驗非常多。往往一個實驗，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要多次測量取平均值，甚至需要做統(tǒng)計圖來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與處理，方能分析、歸納、概括出科學(xué)的規(guī)律，這類都屬于數(shù)字模型。常見的有太陽系中各行星的直徑、質(zhì)量與日星距離等數(shù)據(jù)。

3.數(shù)字模型的應(yīng)用實例

數(shù)字模型的應(yīng)用主要體現(xiàn)在中高年段。在“冷熱和溫度”這一課的教學(xué)中，在探究一杯熱水在變涼過程中溫度的變化規(guī)律時，實驗過程中要及時、準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，實驗結(jié)束后要認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)要尋找原因。要關(guān)注學(xué)生數(shù)據(jù)記錄的實時性、真實性與準(zhǔn)確性，指導(dǎo)學(xué)生畫曲線圖，然后學(xué)會分析數(shù)據(jù)，通過曲線圖的變化，從而得出一杯熱水在變涼過程中溫度的變化規(guī)律。這就是典型的建立數(shù)字模型，通過繪制的曲線圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、綜合處理，最終發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律，得出結(jié)論。

四、研中反思，梳理模型建構(gòu)的未來方向

模型建構(gòu)是學(xué)習(xí)中把復(fù)雜的概念簡單化、抽象的事物具體化的過程。在科學(xué)教學(xué)中，合理運用模型建構(gòu)的方法，能有效提升小學(xué)生的邏輯思維能力和空間想象能力。模型建構(gòu)能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，滿足學(xué)生的好奇心和求知欲，為學(xué)生提供動手又動腦的體驗，促進(jìn)科學(xué)思維的深層次進(jìn)階，最終實現(xiàn)核心素養(yǎng)的落地生根。

在新課程改革背景下，教師必須重新思考如何在日?？茖W(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，全面發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。科學(xué)教學(xué)的重點并不只是教授知識，還應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會高效的科學(xué)學(xué)習(xí)方法。模型建構(gòu)幫助學(xué)生將復(fù)雜的科學(xué)知識系統(tǒng)化，學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中可能會嘗試?yán)媚Ｐ蛠硎崂碇R，用模型構(gòu)建的方式來描述科學(xué)事物或現(xiàn)象，逐漸形成系統(tǒng)的科學(xué)思維，這對未來的發(fā)展意義深遠(yuǎn)！

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[作者簡介]趙媛（1990— ），女，安徽滁州人，南京江北新區(qū)高新實驗小學(xué)，二級教師，研究方向為小學(xué)科學(xué)思維課堂。