建構(gòu)模型，啟迪思維：以《我們來做熱氣球》為例

【摘 要】《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）的課程目標(biāo)明確指出：科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面。模型建構(gòu)能夠呈現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程、對(duì)知識(shí)的理解、對(duì)知識(shí)的內(nèi)化過程，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解?？梢娔Ｐ徒?gòu)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中是非常重要的一環(huán)，是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的重要途徑。以熱氣球升空的模型建構(gòu)為例，闡明在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中如何開展模型建構(gòu)活動(dòng)，便于更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；科學(xué)思維；模型建構(gòu)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）的課程目標(biāo)明確指出：科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面。模型建構(gòu)能夠呈現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程、對(duì)知識(shí)的理解、對(duì)知識(shí)的內(nèi)化過程，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解。模型建構(gòu)體現(xiàn)在：以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，為客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運(yùn)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?？梢娔Ｐ徒?gòu)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中是非常重要的一環(huán)，是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的重要途徑。

小學(xué)科學(xué)課堂要幫助學(xué)生“建?！薄＜匆寣W(xué)生從自己已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過一些簡(jiǎn)單的、類似的材料，將所要表達(dá)的科學(xué)方面的原型予以呈現(xiàn)出來，突出所要呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的本質(zhì)特征，將復(fù)雜的、難以理解的內(nèi)容簡(jiǎn)單化，用學(xué)生能夠理解的形式表現(xiàn)出來。模型建構(gòu)能夠呈現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程、對(duì)知識(shí)的理解、對(duì)知識(shí)的內(nèi)化過程，從而促進(jìn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深層理解。但在實(shí)際教學(xué)中，出現(xiàn)學(xué)生對(duì)所要建構(gòu)的模型整體認(rèn)識(shí)不清；對(duì)所要建構(gòu)模型的構(gòu)成要素認(rèn)識(shí)得不全面；模型與實(shí)際現(xiàn)象中各部分的作用對(duì)應(yīng)不上等問題。下面以三年級(jí)上冊(cè)《我們來做熱氣球》一課為例，談一談如何在教學(xué)中開展有效的模型建構(gòu)活動(dòng)。

一、現(xiàn)實(shí)情境導(dǎo)入，感知模型

模型的建立最重要的是要選擇良好的科學(xué)問題情境，喚醒學(xué)生對(duì)科學(xué)模型的認(rèn)知，初步建立有關(guān)的科學(xué)模型，為后續(xù)科學(xué)模型的抽象和概括打下基礎(chǔ)。選擇的情境要和模型有直觀相似的結(jié)構(gòu)，這樣學(xué)生更容易建立模型與現(xiàn)實(shí)相互聯(lián)系。

在《我們來做熱氣球》一課中，我利用點(diǎn)燃熱氣球的視頻引入，激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)，引發(fā)學(xué)生對(duì)熱氣球?yàn)槭裁磿?huì)升到空中的原有認(rèn)知。學(xué)生觀看熱氣球上升的同時(shí)可能會(huì)觀察到熱氣球的基本結(jié)構(gòu)，從而有助于學(xué)生在頭腦中抽象出熱氣球升空的基本模型。

在構(gòu)建熱氣球升空的模型時(shí)，教師要幫助學(xué)生分析模型建構(gòu)的要素，使學(xué)生對(duì)模型的整體認(rèn)識(shí)更全面。首先，教師通過談話，進(jìn)一步強(qiáng)化“加熱”“點(diǎn)火”等關(guān)鍵詞，并引導(dǎo)學(xué)生思考“為什么點(diǎn)火就能讓熱氣球飛起來”，將“點(diǎn)火”與“熱氣球飛起來”聯(lián)系在一起，有意識(shí)地為學(xué)生建構(gòu)模型提供支架。

二、基于原有認(rèn)知，設(shè)計(jì)模型

模型的建構(gòu)不是一蹴而就的，是一個(gè)“具體——抽象——具體”的過程。首先需要學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)從“具體”到“抽象”的飛躍。然后用畫圖、粘貼圖示或語(yǔ)言表述的方式將設(shè)計(jì)的模型記錄下來，讓思維可視化。

選擇材料的過程即對(duì)熱氣球模型的抽象概括，使模型簡(jiǎn)單化、合理化。為了讓模型進(jìn)一步具體化、可視化，我選擇以畫圖的方式呈現(xiàn)小組構(gòu)建的熱氣球的模型。這些模型圖顯示出的也許是學(xué)生存在的各種模糊的、錯(cuò)誤的觀念，暴露出他們思維中的認(rèn)識(shí)局限。通過模型圖比較和分析，幫助學(xué)生清晰認(rèn)識(shí)熱氣球升空的基本條件，確定建模方向，找到解決問題的方法，為后續(xù)進(jìn)一步驗(yàn)證這一“抽象”建模奠定基礎(chǔ)。

三、實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證，構(gòu)建模型

在《我們來做熱氣球》這一課的教學(xué)實(shí)踐中，大多數(shù)教師會(huì)直接告知學(xué)生這種模型如何建構(gòu)，這樣做的弊端在于學(xué)生沒有經(jīng)歷建模的過程，只是被動(dòng)接受建模的結(jié)果，無(wú)法有效提升學(xué)生的科學(xué)建模能力和科學(xué)思維。為了讓學(xué)生深刻體會(huì)科學(xué)建模的過程，領(lǐng)會(huì)科學(xué)建模的思想，教師要指導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究的方式檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的模型。實(shí)驗(yàn)探究是模型建構(gòu)的主要途徑。學(xué)生根據(jù)自主設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一方面能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，另一方面在實(shí)驗(yàn)的過程中對(duì)自主設(shè)計(jì)的模型是否能夠得到與現(xiàn)實(shí)情境相同的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，即驗(yàn)證自主設(shè)計(jì)的模型是否合理。

四、探究要素關(guān)系，分析模型

模型的各個(gè)要素相互作用，就會(huì)有不同的效果。學(xué)生從相互作用的效果能夠更深入地理解模型個(gè)要素的作用，從而更深入地理解模型。在實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證的環(huán)節(jié)中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)每組建構(gòu)模型的效果都有不同之處。造成這種結(jié)果的原因是什么？讓學(xué)生去嘗試探究模型各要素之間的關(guān)系，從中找到原因。在此環(huán)節(jié)，我讓學(xué)生觀察對(duì)比各組構(gòu)建的模型，找到不同之處，然后在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究去驗(yàn)證是否是此原因?qū)е履M實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不盡相同。

大多數(shù)小組選擇的只有加熱裝置和球囊，其中兩只蠟燭的要比一只蠟燭的效果好。由此可引導(dǎo)學(xué)生思考“加熱裝置”與“球囊”能否升空之間的聯(lián)系。直觀地看，它們之間是通過“空氣”相連。這不由得讓學(xué)生想到，“是空氣讓球囊升空”。加熱前的空氣并不能讓球囊升空，那么為什么加熱后的空氣能讓球囊升空呢？進(jìn)而聯(lián)想到一般的物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的性質(zhì)。

此環(huán)節(jié)學(xué)生既理解構(gòu)成各要素的相互作用是影子發(fā)生變化的原因，同時(shí)也分析并表達(dá)出各要素之間的關(guān)系，深刻理解了熱氣球升空這一科學(xué)模型的本質(zhì)。

五、結(jié)合實(shí)際現(xiàn)象，運(yùn)用模型

建構(gòu)模型的目的是更好地認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)情境，從而掌握有關(guān)現(xiàn)實(shí)情境的客觀規(guī)律和科學(xué)知識(shí)。因此在模型建構(gòu)后，我引導(dǎo)學(xué)生將對(duì)建構(gòu)的模型還原到現(xiàn)實(shí)之中，利用模型解釋簡(jiǎn)單的科學(xué)現(xiàn)象，站在現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象的層面來認(rèn)識(shí)。

在《我們來做熱氣球》拓展應(yīng)用環(huán)節(jié)，我以孔明燈為實(shí)例，讓學(xué)生以粘貼圖示和語(yǔ)言表達(dá)的方式來解釋“孔明燈為什么會(huì)飛上天空”。最后，讓學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)孔明燈和熱氣球升空模型的共性，認(rèn)識(shí)到科學(xué)模型的意義。學(xué)生根據(jù)實(shí)際情境，運(yùn)用模型解釋原因，進(jìn)一步理解模型，并將原型與模型相互關(guān)聯(lián)。

模型的建構(gòu)是一個(gè)“具體——抽象——具體”的過程。用模型建構(gòu)的方式來教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)重要的途徑。它能用最簡(jiǎn)單的形式，呈現(xiàn)出難理解的、抽象的內(nèi)容。在模型構(gòu)建的過程中，學(xué)生不僅掌握基本的思維方法，同時(shí)又可以實(shí)驗(yàn)探究。動(dòng)手操作等環(huán)節(jié)，使學(xué)生帶著好奇心進(jìn)行學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，加深對(duì)科學(xué)概念的理解，加強(qiáng)與日常生活情境的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。