建模教學(xué)在學(xué)科教學(xué)中融入的思考與實踐

【摘"要】小學(xué)階段，科學(xué)教學(xué)中開展“建模教學(xué)”可以使得學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗更加豐富，可以促進學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。筆者以“建模教學(xué)”為主線，設(shè)計了本課的課堂教學(xué)，讓學(xué)生有機會進行親身體驗和動手實踐設(shè)計，模擬工程師解決問題的方式建立簡易顯微鏡模型觀察微小物體，體驗顯微鏡的整個發(fā)展歷程，感受科學(xué)與技術(shù)的相互促進作用，通過精心設(shè)計教學(xué)的進階路徑來促進學(xué)生思維進階的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；建模教學(xué)；思維進階

小學(xué)階段，科學(xué)教學(xué)中開展建模教學(xué)可以將科學(xué)探究與工程實踐兩種不同的學(xué)習(xí)形式有機組合在一起，使得學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗變得更加豐富，有利于學(xué)生科學(xué)大概念的形成，更重要的是可以促進學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。

一、實驗探索，關(guān)注思維

建模教學(xué)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個真實情境，設(shè)立預(yù)期目標：學(xué)生通過調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡位置的實驗探索，找到大而清晰的物體的圖像。以下是教學(xué)片段：

師：有一位老奶奶向我們求助，想讓大家?guī)退O(shè)計一個放大倍數(shù)更大的裝置，幫助她鑒別收到的紙幣的真?zhèn)?。我們可以怎么做?/p>

生1：找一個凸度更大的凸透鏡；

生2：借助兩塊凸透鏡做一個組合裝置。

生3：用更多的凸透鏡。

師：這實際上就是我們今天要研究的課題：怎樣放得更大。

師：老師這里準備了兩塊凸透鏡，（分別請兩位同學(xué)看一看、摸一摸、試一試）它們有什么不同？

生：中間的凸度不同，凸度大的放大倍數(shù)大，凸度小的放大倍數(shù)小。

師：同學(xué)們，如果真的如我們所猜測的這樣，用兩塊凸透鏡能夠提升放大的效果，那這兩塊凸透鏡應(yīng)該怎樣擺放？誰來演示一下該如何操作？

生：演示，兩塊凸透鏡要成一條直線。

師：誰還有補充？

生：演示，兩塊凸透鏡還需要間隔一定的距離。

師：剛才兩位同學(xué)大概的給我們展示了一下他們的思路。我們怎樣才能較準確地知道兩塊凸透鏡的放置位置以及放大效果呢？

生：借助尺子進行測量。

師：老師為大家準備了豎向標注了厘米刻度，底部標注了1-15數(shù)字的書立架，請同學(xué)們想想看這些標注有什么作用？

生：可以幫助我們測量高度和統(tǒng)計視野范圍。

師：請大家借助兩塊凸透鏡組合觀察，找到放大且清晰的圖像，并完成任務(wù)單的填寫。

師：請每個小組的材料員來領(lǐng)取實驗器材。

生：（探究活動）用兩塊凸透鏡觀察數(shù)字玻片，并填寫任務(wù)單。

師：（學(xué)生分享）同學(xué)們，你們知道兩塊凸透鏡組合后為什么能夠放得更大嗎？

生：因為一塊凸透鏡把物體的像放大后，另一塊凸透鏡把第一塊凸透鏡所成的像進一步放大了。

師：事實確實是這位同學(xué)分析的這樣，兩塊凸透鏡組合相當于先后把物體的像放大了兩次。

師：同學(xué)們，你們發(fā)現(xiàn)兩塊凸透鏡要怎樣組合物體的像才能夠放得更大嗎？

生1：兩塊凸透鏡要在同一條直線上，也就是要平行放置。

生2：兩塊凸透鏡要調(diào)節(jié)到合適的距離。

設(shè)計意圖：建模教學(xué)內(nèi)容強調(diào)創(chuàng)設(shè)一個真實情境，從而引出一個真實的問題。讓學(xué)生在對真實問題的探究中，發(fā)展他們處理復(fù)雜問題的能力。第一個活動是通過幫助一位老奶奶設(shè)計一個可以鑒別收到的紙幣的真?zhèn)谓柚姆糯笱b置導(dǎo)入，通過兩塊凸透鏡組合觀察找到放大且清晰的圖像的實驗探索，調(diào)動學(xué)生借助對凸透鏡的已有認識，借助書立架，幫助學(xué)生初步認識兩個凸透鏡之間的距離會影響到物體圖像的清晰度及放大倍數(shù)。

二、建立模型，凸顯思維

科學(xué)教學(xué)實踐告訴我們，學(xué)生對于模型的學(xué)習(xí)由原先的被動接受轉(zhuǎn)化為主動建構(gòu)更利用實現(xiàn)真正意義上的理解。從思維角度來看，建模教學(xué)更加注重模型習(xí)得中的過程特質(zhì)。以下教學(xué)片段是建立模型的呈現(xiàn)：

師：剛才我們做實驗的過程中手持兩個凸透鏡，你感覺有什么不足的地方？

生1：時間長了，手會累，會抖。

生2：兩只手都被束縛住了，不能用來做記錄或其他事情。

師：那大家想想看，如果想解放我們的雙手，我們有沒有什么更好的辦法？

生：可以考慮將凸透鏡固定起來。

師：那這樣的固定裝置應(yīng)該具有什么特點？

生1：能夠固定住兩塊凸透鏡。

生2：能夠保證兩塊凸透鏡在一條直線上。

生3：可以方便調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

師：那就讓我們做個小設(shè)計師，發(fā)揮我們的聰明才智，結(jié)合老師給大家準備的材料設(shè)計一個具有一定創(chuàng)意的裝置。

師：老師給大家準備了以下生活中的常見材料（簡要介紹一下不同材料的特性、功能，對學(xué)生不太熟悉的材料介紹一下使用方法），請同學(xué)們以小組為單位，商量確定本組想要選取的材料，將設(shè)計思路畫一畫（設(shè)計好后進行展示交流）。

師：利用希沃白板展示四張較具代表性的設(shè)計，并請這四位同學(xué)介紹自己設(shè)計的裝置是如何實現(xiàn)既能固定兩塊凸透鏡，又能調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間距離的。

生1：我用了兩個伸縮筒，不但可以固定住兩塊凸透鏡，而且可以調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

生2：我用了書立架，把兩塊凸透鏡固定在支架上，通過調(diào)節(jié)支架上的自粘磁條改變兩塊凸透鏡之間的距離。

生3：我和生1差不多，只不過用的是一個筒，雖然筒不能伸縮，但鏡片可以調(diào)節(jié)。

生4：我的設(shè)計差不多是生1和生2的組合，是將兩個伸縮筒借助自粘磁條固定在書立架上，既可以控制視野范圍，又方便調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

師：請每個小組的材料員來領(lǐng)取實驗器材（同時提供制作評價表）。

生：選取自己組所需的材料，分工合作進行模型制作（制作好后進行展示交流）。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過親歷手執(zhí)兩塊凸透鏡片觀察物體的不穩(wěn)定和不方便，自然而然地產(chǎn)生如何解決此問題的心理需求，同時生發(fā)出設(shè)計一個“既能固定兩塊凸透鏡，又能調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡位置”的裝置，這讓整個設(shè)計活動更具現(xiàn)實性、目的性和方向性。要想學(xué)生能夠合作建造顯微鏡，那建造前的圖紙設(shè)計則是不可或缺的?！皩嶒炋剿鳌焙汀澳Ｐ驮O(shè)計”兩個活動為建造顯微鏡的活動打下了堅實的基礎(chǔ)。

三、修正模型，聚焦思維

與其他組同學(xué)分享模型，并通過交流探討對模型進行修正與優(yōu)化。在對比、修正中實現(xiàn)自身心智模型的完善與發(fā)展。主要環(huán)節(jié)如下：

師：請同學(xué)們根據(jù)剛才的交流討論過程中的檢測自評，結(jié)合其他同學(xué)給出的寶貴意見建議，將本組的設(shè)計圖紙進行適當?shù)匦薷呐c完善，然后根據(jù)圖紙進行模型的進一步修正。

生：利用修正的顯微鏡再次觀察教師提供的玻片標本。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)同學(xué)們所提的意見建議先修改設(shè)計圖紙，再根據(jù)圖紙修正、完善模型。學(xué)生在修正、完善模型的過程中，能夠?qū)⑼瑢W(xué)的建議、自己的思考進行消化、落實，并通過觀察玻片標本進一步檢驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計的合理性。在整個過程中，學(xué)生一步步地將凸透鏡之間的距離與簡易顯微鏡的放大倍數(shù)、清晰程度之間建立內(nèi)在聯(lián)系，將本課的概念知識與科學(xué)思維進行系統(tǒng)化整合。

四、教學(xué)反思

本課教學(xué)始終堅持以學(xué)生為中心，以學(xué)定教，關(guān)注學(xué)生課堂生成的引導(dǎo)與利用，帶領(lǐng)學(xué)生在交流探討中進行模型的重構(gòu)與迭代，引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，為培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)打下堅實基礎(chǔ)。讓學(xué)生經(jīng)歷“明確問題→進行設(shè)計→制作模型→評估改進”5個環(huán)節(jié)，從明確問題到實驗探索，再到工程設(shè)計創(chuàng)作與評估改進，較全面、深入地涵蓋了STEAM教學(xué)的五個學(xué)科，讓學(xué)生有效地將科學(xué)知識與工程實踐環(huán)環(huán)相扣，螺旋狀發(fā)展。學(xué)生在學(xué)習(xí)中運用循環(huán)迭代的方法充分發(fā)散思維，不斷優(yōu)化設(shè)計方案并解決實際問題。每一環(huán)節(jié)的延續(xù)都是學(xué)生在STEAM理念下通過實驗探索不斷建構(gòu)知識、提升思維并付諸于實踐檢驗的過程。

總而言之，整個建模教學(xué)過程中，學(xué)生積極參與，不斷促進本課知識建構(gòu)，更促進了其科學(xué)思維的螺旋式上升發(fā)展。

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