小學(xué)科學(xué)課程中學(xué)生模型建構(gòu)思維培養(yǎng)探析

摘 要：作為科學(xué)思維的基石，模型建構(gòu)的教育價值不容忽視。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將模型建構(gòu)納入科學(xué)思維素養(yǎng)，強調(diào)其在小學(xué)科學(xué)教育中的關(guān)鍵作用。在小學(xué)階段，教師可以通過設(shè)計專門的模型建構(gòu)活動，逐步激發(fā)和塑造學(xué)生的模型建構(gòu)思維?；趯δＰ徒?gòu)的意義解讀，開展相關(guān)教學(xué)實踐，提出在小學(xué)科學(xué)課程中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)思維的策略。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；模型建構(gòu)；科學(xué)思維

作者簡介：曹?。?989—），男，江蘇省昆山市花橋中心小學(xué)校。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）對科學(xué)課程的核心素養(yǎng)進行了全面論述，明確指出模型建構(gòu)是科學(xué)思維的一個重要維度。這一變化體現(xiàn)了在科學(xué)教育中培養(yǎng)模型建構(gòu)能力的必要性和意義。模型在科學(xué)界的應(yīng)用范圍非常廣泛，其歷史演變和現(xiàn)代應(yīng)用證明了模型在科學(xué)探究中的不可替代性。

在教育情境中，模型建構(gòu)不僅能體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì)，而且是構(gòu)成科學(xué)素養(yǎng)的基石。有理論認為，科學(xué)在本質(zhì)上可以歸結(jié)為科學(xué)建模活動，從觀察到推理，從描繪自然現(xiàn)象到預(yù)測未知，都涉及科學(xué)模型的建構(gòu)和使用。這一觀點強調(diào)了模型建構(gòu)在教育實踐中的核心地位。因此，廣大小學(xué)科學(xué)教育工作者應(yīng)當(dāng)深入探討模型建構(gòu)的內(nèi)在邏輯，并據(jù)此設(shè)計和實施教學(xué)策略，以促進學(xué)生科學(xué)知識的習(xí)得和科學(xué)技能的提升，培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)。

一、在小學(xué)科學(xué)課程中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)思維的要點

小學(xué)階段的科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)是一項多元且立體的教學(xué)實踐，其主要目標(biāo)是讓學(xué)生了解并掌握如何建構(gòu)科學(xué)模型，實現(xiàn)科學(xué)思維發(fā)展。這一教育過程不僅關(guān)注學(xué)生對科學(xué)概念的掌握，更強調(diào)學(xué)生在模型建構(gòu)過程中的思維深化和技能提升。

在實施模型建構(gòu)教學(xué)時，教師需參考新課標(biāo)，兼顧教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)情，通過創(chuàng)設(shè)情境、布置任務(wù)和提出問題，使學(xué)生進行觀察、解析、對比、提煉和概括，逐步建立科學(xué)模型。此外，模型建構(gòu)教學(xué)應(yīng)結(jié)合實驗和模擬等實踐活動，對模型進行驗證和調(diào)整。這一環(huán)節(jié)可以鞏固學(xué)生對科學(xué)原理的認知，強化他們的實踐操作和問題解決能力。此外，小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)不應(yīng)被視為線性的、機械的過程，它應(yīng)適應(yīng)學(xué)生的認知水平、現(xiàn)有經(jīng)驗和發(fā)展階段，隨著不同主題的科學(xué)學(xué)習(xí)進行迭代和循環(huán)。如此，學(xué)生在各個學(xué)習(xí)階段都能展現(xiàn)出獨特的發(fā)展軌跡，實現(xiàn)個性化成長［1］。

在評估學(xué)生的模型建構(gòu)表現(xiàn)時，可以從兩個維度切入：一是他們?nèi)绾谓柚Ｐ蜕蓪茖W(xué)現(xiàn)象的解釋和預(yù)測；二是他們是否理解模型所反映的科學(xué)知識是暫時的、發(fā)展的和可調(diào)整的。這兩個維度雖然觀察角度不同，但都揭示了科學(xué)模型的多功能性、科學(xué)學(xué)習(xí)的動態(tài)性和科學(xué)本質(zhì)的復(fù)雜性。教師要遵循新課標(biāo)精神，建立層次分明的評價體系。例如，一級的學(xué)生能選擇和運用模型，以語言、圖像或文字等形式描述單一的科學(xué)現(xiàn)象或?qū)ο?，能判斷模型的?zhǔn)確性，但尚未具備根據(jù)反饋信息調(diào)整模型的能力；二級的學(xué)生能選擇、創(chuàng)建和利用模型，結(jié)合各種信息和證據(jù)來解釋、闡明科學(xué)現(xiàn)象或事件，對模型進行局部改進；三級的學(xué)生可以建構(gòu)和應(yīng)用多個模型對相關(guān)科學(xué)現(xiàn)象進行解釋與預(yù)測，基于對不同模型的優(yōu)劣分析來選擇和改進模型，使其更符合實際情況；四級的學(xué)生能自主建構(gòu)和運用模型來輔助思考、提出新問題，會主動開展實驗、模擬等活動以收集數(shù)據(jù)，對科學(xué)模型進行校正和評價，提升模型的解釋和預(yù)測效能［2］。像這樣的評價體系有利于落實“教學(xué)評一體化”，保證教學(xué)評價方法與核心素養(yǎng)表現(xiàn)之間的一致性。

二、在小學(xué)科學(xué)課程中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)思維的策略

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，模型建構(gòu)對于培養(yǎng)科學(xué)思維和深化科學(xué)概念理解具有重要意義。模型建構(gòu)包括觀察、提取、建構(gòu)、驗證、修正和應(yīng)用等多個步驟，這些步驟相輔相成，共同塑造了科學(xué)思維的培養(yǎng)路徑。

通過觀察太陽的移動路徑和物體在陽光下的影子變化，學(xué)生可以提煉出太陽位置與方向之間的關(guān)系。本文以“太陽的位置與方向”這一課題為例，引入“十字圖”坐標(biāo)模型，描繪太陽在不同時刻的位置和方向。具體教學(xué)過程如下。

（一）啟發(fā)階段：情境建構(gòu)，認識科學(xué)原型

情境創(chuàng)設(shè)能夠有效活躍學(xué)生的思維。模型建構(gòu)前期階段的核心任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生建立對模型原型的認知，促進其思考與表達。教師可以基于學(xué)生的認知水平，精心設(shè)計富有啟發(fā)性的情境，揭示核心概念。例如，引導(dǎo)學(xué)生探索一天中不同時間段太陽的所在方位，鼓勵學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗，總結(jié)太陽方位的變化規(guī)律。教師可以建立坐標(biāo)，讓學(xué)生在坐標(biāo)上記錄太陽方位，加深學(xué)生對太陽方位與時間的關(guān)系的認識；還可以引入“日出東方落于西”“上北下南，左西右東”等諺語，對太陽在一天中變換的位置及其所對應(yīng)的方向做具體形象的示范。這些初步的觀念理解為后續(xù)深入分析太陽運動規(guī)律、建構(gòu)復(fù)雜模型提供了必要的認知支撐。通過同伴互動和師生探討，學(xué)生逐步建構(gòu)了對太陽方位變化的樸素認識，為下一階段的系統(tǒng)觀察和模型建構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

教師需要考慮學(xué)生的先備知識和認知發(fā)展水平，通過恰當(dāng)?shù)奶釂杹砑ぐl(fā)學(xué)生的思維。例如，基于學(xué)生對太陽方位變化的生活體驗，提出“早上太陽在哪個方向升起？”“太陽在哪個方向落山？”等問題，讓學(xué)生分享自己的觀察和理解。這種情境化的探討有助于學(xué)生將抽象概念與實際經(jīng)驗聯(lián)系起來，增強對所學(xué)內(nèi)容的感知和理解［3］。

（二）建構(gòu)階段：細致觀察，建構(gòu)思維模型

在模型建構(gòu)階段，學(xué)生需要對前期階段識別的原型進行深度解析，識別其構(gòu)成要素并揭示它們之間的相互作用。以太陽移動規(guī)律為例，教師可以引導(dǎo)學(xué)生把握一天中不同時刻太陽的具體位置，通過“十字圖”這一工具，將抽象的概念具象化為有意義的模型。在繪制“十字圖”時，學(xué)生需要精確地標(biāo)記出東、南、西、北四個方位。接著，依據(jù)對太陽位置的觀察，標(biāo)記出清晨和黃昏時太陽的坐標(biāo)。這個圖表不僅是模型的可視化展示，也是學(xué)生的初步假設(shè)。為了驗證假設(shè)，學(xué)生需要進行太陽軌跡觀察，收集數(shù)據(jù)，以校正和完善他們的模型。這一連串實踐不僅深化了學(xué)生對太陽位置變化的理解，同時也鍛煉了他們的觀察能力、數(shù)據(jù)分析能力和問題解決能力。

在這個過程中，教師需要了解學(xué)生的探究情況和思維發(fā)展水平，提供適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和支持。例如，當(dāng)學(xué)生在圖表繪制中遇到困難時，教師可以提供圖表范例。教師還需注重培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)收集和分析能力，指導(dǎo)學(xué)生通過合理的方法和步驟獲取有效數(shù)據(jù)，如根據(jù)有規(guī)律的時間間隔記錄太陽方位，嚴(yán)謹(jǐn)繪制模型圖。

在分析數(shù)據(jù)時，教師可以鼓勵學(xué)生運用多種表述方式（語言、圖像、符號等），促進學(xué)生的知識內(nèi)化。隨著觀察的不斷深入和數(shù)據(jù)的不斷積累，學(xué)生對太陽運行規(guī)律的認知逐步完善，教師可以適時組織小組討論和集體分享環(huán)節(jié)，讓學(xué)生相互分享、辯論，交流彼此的見解，從而優(yōu)化模型。在建構(gòu)階段，教師還需強調(diào)模型的暫時性和待修正性，告訴學(xué)生當(dāng)前的模型只是初步構(gòu)想，之后還要根據(jù)新的信息對模型進行調(diào)整和完善。這有助于學(xué)生建立開放包容的學(xué)習(xí)心態(tài)，養(yǎng)成勇于批判和不斷求證的科學(xué)精神。

（三）精修階段：實驗探究，校準(zhǔn)初步模型

模型修正階段的關(guān)鍵在于評估初步建構(gòu)的模型是否準(zhǔn)確地反映了原型的特性。只有當(dāng)模型與原型的結(jié)構(gòu)和規(guī)律一致時，才能確保其有效性；否則，需要重新審視并調(diào)整模型。針對“太陽的位置與方向”這一課題，本文設(shè)計了兩個定向練習(xí)，以協(xié)助學(xué)生檢驗?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性。

1.觀察太陽位置的變動

鑒于學(xué)生觀察可能缺乏系統(tǒng)性，教師需指導(dǎo)學(xué)生先關(guān)注日出和日落時的太陽位置，再將其間的太陽位置添加到“十字圖”上。這種有序的觀察和記錄有助于學(xué)生更精確地校正模型。在實施這一練習(xí)時，教師可采用多種教學(xué)策略來啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生。教師應(yīng)鼓勵學(xué)生主動探索和發(fā)現(xiàn)，讓他們根據(jù)前期的初步觀察提出新的假設(shè)，并親自制訂觀察計劃。例如，可以要求學(xué)生合理安排觀察時間，既包括日出和日落等關(guān)鍵時刻，也要考慮到其他時段；還可以指導(dǎo)他們注意不同氣候條件下太陽位置的差異等。通過自主探究，學(xué)生將更加主動地參與到模型優(yōu)化的過程中。教師需要為學(xué)生創(chuàng)建良好的觀察環(huán)境，提供必要的工具和條件，例如選擇適當(dāng)?shù)膱龅?，為學(xué)生提供方位指示器等記錄工具，并告訴他們?nèi)绾握_使用這些工具，確保數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性。

此外，教師還應(yīng)特別注重觀察結(jié)果的分享與交流環(huán)節(jié)。通過集體討論和比較分析，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)彼此觀察結(jié)果的共同點和差異，識別模型中的潛在問題，從而對之前的假設(shè)進行修正和完善。

2.使用“十字圖”進行方向識別

在這一練習(xí)中，教師可以采用案例導(dǎo)向法，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性的情境。例如，描述一個房間的布局，要求學(xué)生利用“十字圖”進行方向推斷。通過這種情境化的練習(xí)，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識應(yīng)用到具體場景中。教師還應(yīng)適時組織小組討論，引導(dǎo)學(xué)生使用圖示、符號等多種形式進行表達與探討，使他們更好地理解方向概念的核心特征，促進學(xué)生之間的交流和互動［4］。

（四）實踐階段：生活應(yīng)用，活用模型解難

這一階段標(biāo)志著模型已完成建構(gòu)和修正，可以用于解決實際問題。在教學(xué)實踐中，教師可以布置新穎的任務(wù)，讓學(xué)生運用改良后的“十字圖”進行方向識別。生活化的任務(wù)能夠激發(fā)學(xué)生的求知熱情，使他們?nèi)橥度虢鉀Q問題的過程，在實際應(yīng)用中體驗?zāi)Ｐ徒?gòu)的精髓。此外，基于真實情境的任務(wù)安排有助于提升學(xué)生的問題解決能力和實踐操作技能水平，為他們未來的成長奠定堅實aacf7a42a398f0a310c052c7017fcdf4的基礎(chǔ)。

（五）評價階段：能力測評，深化模型建構(gòu)

教師應(yīng)認真觀察和記錄學(xué)生在模型建構(gòu)過程中的表現(xiàn)，將其作為過程性評價的參考依據(jù)。此外，課堂中記錄的詳細數(shù)據(jù)也是課后實踐活動和形成性評價的重要支持。

評價學(xué)生的模型建構(gòu)過程，教師可從多個角度切入：一是驗證學(xué)生繪制的圖表是否精確無誤；二是確認他們是否在圖表中清晰地展示了四個方位及其規(guī)則；三是驗證模型是否能解決實際定位問題，比如能否依據(jù)“十字圖”和太陽位置準(zhǔn)確判斷方向，能否在不同環(huán)境中精確定位特定物體。

在課后實踐評價中，教師可以采用多種策略：一是讓學(xué)生根據(jù)太陽實時位置更新“十字圖”，以考查他們靈活運用模型的能力；二是創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生推測特定太陽方向?qū)?yīng)的大致時間，從而檢驗他們信息理解和實踐應(yīng)用的技能水平。

通過多元化的評估方法，教師能夠更深入地了解學(xué)生的模型建構(gòu)水平，提供個性化的教學(xué)指導(dǎo)。

三、總結(jié)

綜上所述，在科學(xué)思維塑造中，模型建構(gòu)扮演著重要角色。模型建構(gòu)可以推動學(xué)生投身于科學(xué)探索活動，有助于磨礪學(xué)生的科學(xué)思維能力，并使學(xué)生從科學(xué)的視角深入剖析事物的基本特征和內(nèi)在法則。小學(xué)科學(xué)教師必須充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)特點與認知發(fā)展階段，使教學(xué)符合新課標(biāo)要求，重點關(guān)注學(xué)生模型建構(gòu)思維的發(fā)展，促進學(xué)生實踐技能和科學(xué)素養(yǎng)的提升。

［參考文獻］

[1]史加祥.新課標(biāo)背景下小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)的教學(xué)理解與實踐［J］.中小學(xué)課堂教學(xué)研究，2022（7）：19-22.

[2]胡衛(wèi)平.在探究實踐中培育科學(xué)素養(yǎng)：義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀［J］.基礎(chǔ)教育課程，2022（10）：39-45.

[3]胡衛(wèi)平.深入理解科學(xué)思維 有效實施課程標(biāo)準(zhǔn)［J］.課程·教材·教法，2022，42（8）：55-60.

[4]劉婷.從小培養(yǎng)科學(xué)精神與科學(xué)思維：小學(xué)科學(xué)課程育人價值開發(fā)［J］.人民教育，2021（21）：65-67.