探討空間模型項(xiàng)目實(shí)踐

〔摘" "要〕" 空間模型的建構(gòu)、進(jìn)階、調(diào)節(jié)有助于學(xué)生突破小學(xué)科學(xué)課程中地球與宇宙科學(xué)專題的教學(xué)難點(diǎn)，不斷提升學(xué)生空間模型的思想。本文嘗試以《八顆行星》為例，初步探討空間模型項(xiàng)目實(shí)踐。資料卡、數(shù)據(jù)庫(kù)、模擬場(chǎng)有效改進(jìn)空間模型，暴露學(xué)生的元認(rèn)知，引發(fā)認(rèn)知沖突，找到空間模型的有效支架。實(shí)踐單、任務(wù)群、技術(shù)流不斷地修正空間模型，是發(fā)展空間模型的有效路徑，促進(jìn)科學(xué)思維和模型建構(gòu)的協(xié)同發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；空間模型；科學(xué)思維

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0007-03

模型建構(gòu)源自科學(xué)哲學(xué)中的科學(xué)研究方法，科學(xué)理論的核心是模型。模型建構(gòu)成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，“難上加難”的就是地球與宇宙空間模型建構(gòu)。在長(zhǎng)期的地球與宇宙專題教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)觀念按部就班，空間建模意識(shí)薄弱；科學(xué)實(shí)踐簡(jiǎn)單模仿，空間建模方法缺失；科學(xué)探究淺嘗輒止，空間建模能力不足?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中“模型”成為高頻術(shù)語(yǔ)，且提出模型建構(gòu)作為科學(xué)思維重要組成部分，成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。本文嘗試以教科版科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)《八顆行星》為例，踏上研究八顆行星空間模型的奇妙之旅，初步探討空間模型的實(shí)踐探究。

一、概念解析·原型表征·雛形建立：空間模型的構(gòu)建

（一）概念解析：積累科學(xué)空間模型建構(gòu)

空間模型是對(duì)宇宙空間系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關(guān)系的一種抽象表示，它幫助人們理解和分析復(fù)雜的宇宙空間系統(tǒng)的運(yùn)作方式。模型主要分為文字模型、數(shù)學(xué)模型和物理模型三大類，每種模型都有其獨(dú)特的表示方式和應(yīng)用場(chǎng)景。

科學(xué)思維是對(duì)自然界和人類社會(huì)中復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行深刻理解和有效處理的關(guān)鍵能力，是人在社會(huì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)感性材料進(jìn)行分析和綜合，通過(guò)概念、判斷、推理等形式，形成合乎邏輯的理論體系，能反映客觀事物的本質(zhì)屬性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。科學(xué)思維主要包括科學(xué)建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證等。建立空間科學(xué)模型的過(guò)程能呈現(xiàn)人們對(duì)宇宙空間的理解與感知。

（二）原型表征：積淀科學(xué)空間模型建構(gòu)

從認(rèn)知心理學(xué)的角度分析，空間模型建構(gòu)的認(rèn)知心理分為結(jié)構(gòu)層、執(zhí)行層、調(diào)控層和評(píng)價(jià)層四個(gè)層次，彼此間相互監(jiān)督評(píng)判或影響調(diào)節(jié)，見(jiàn)圖1。結(jié)構(gòu)層針對(duì)的是創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，是科學(xué)思維的本體架構(gòu)?？茖W(xué)建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證構(gòu)成了思維執(zhí)行層的操作。調(diào)控層的態(tài)度—興趣—自我效能感有效影響調(diào)節(jié)前兩者。評(píng)價(jià)層的元認(rèn)知—批判性思維又時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)督評(píng)判。

《八顆行星》是宇宙單元第2課，屬于新課標(biāo)13個(gè)學(xué)科核心概念之一——宇宙中的地球，還有涉及的跨學(xué)科概念——系統(tǒng)與模型。宇宙科學(xué)相對(duì)于物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、工程設(shè)計(jì)三個(gè)專題來(lái)說(shuō)比較難理解，結(jié)構(gòu)宏大，又遙不可及。

（三）雛形建立：積累科學(xué)空間模型建構(gòu)資料

本課的空間建模不僅會(huì)加深太陽(yáng)和八顆行星等天體在學(xué)生頭腦中的印象，更重要的是通過(guò)模型理解八顆行星之間的大小關(guān)系、位置關(guān)系與相對(duì)距離關(guān)系等，培養(yǎng)學(xué)生的空間理解力和想象力，對(duì)學(xué)生建立有關(guān)宇宙空間概念十分有益。

通過(guò)科學(xué)測(cè)得的數(shù)據(jù)，這是我們學(xué)生能獲得的“一手資料”。通過(guò)建模的方式來(lái)了解原型的表征?；谠偷奶攸c(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了比較大的系統(tǒng)模型讓學(xué)生感知，給他們留下想象的空間。

二、資料卡·數(shù)據(jù)庫(kù)·模擬場(chǎng)：空間模型的進(jìn)階

（一）資料卡搜集：空間模型位置改進(jìn)

教師開(kāi)門見(jiàn)山揭題：太陽(yáng)系有八顆行星，地球是其中一顆，還有哪些行星？它們離太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)順序是怎樣的？學(xué)生課前用DeepSeek或豆包搜索行星資料，完成該課學(xué)習(xí)單中的前置學(xué)習(xí)部分：太陽(yáng)系有八顆行星，將八顆行星離太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)的順序進(jìn)行排序，在括號(hào)內(nèi)填出它們的名稱。

一學(xué)生在黑板上向全班呈現(xiàn)第一次建立的位置關(guān)系模型。學(xué)生板貼大小相同的八顆行星離太陽(yáng)由近及遠(yuǎn)的位置。同時(shí)，用相同大小的濾紙或白紙圓片、黑色記號(hào)筆板貼呈現(xiàn)，為后續(xù)實(shí)踐設(shè)計(jì)沖突埋下伏筆。

（二）數(shù)據(jù)庫(kù)建立：空間模型大小改進(jìn)

學(xué)生發(fā)現(xiàn)黑板上的模型有缺陷，能清晰地說(shuō)出大小不合適、距離不合適。他們通過(guò)DeepSeek等查閱八顆行星基本數(shù)據(jù)，統(tǒng)一梳理成教材中基本數(shù)據(jù)表。

學(xué)生開(kāi)始思考根據(jù)這些數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整行星模型。他們利用比例尺，將每顆行星按照真實(shí)比例縮小，制作出了新的行星模型。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不僅學(xué)會(huì)了運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)建模，還深刻體會(huì)到了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和重要性。

（三）模擬場(chǎng)設(shè)計(jì)：空間模型距離改進(jìn)

課堂教學(xué)空間有限，我們需要學(xué)生在有限的室內(nèi)空間完成，實(shí)驗(yàn)室或報(bào)告廳成了我們完成八顆行星空間模型比較好的模擬空間。

根據(jù)六年級(jí)學(xué)生特點(diǎn)，教師提前選擇黑白材料作為小組材料，提供黑白模擬場(chǎng)，更接近真實(shí)的宇宙。教師提供給各組的材料有：黑色絲帶、白色圓紙片、筆、膠帶、軟尺、圓規(guī)、直尺、剪刀等。實(shí)踐分析，利用行星資料和實(shí)踐材料，降低其他因素干擾建立黑白模型，建構(gòu)八顆行星模型，黑色絲帶暗示太陽(yáng)系中深邃的距離，讓白色行星模型更加凸顯，達(dá)到建模的深層意義。

三、實(shí)踐單·任務(wù)群·技術(shù)流：空間模型的調(diào)節(jié)

（一）實(shí)踐單學(xué)習(xí)：調(diào)節(jié)空間模型的數(shù)據(jù)

教師從學(xué)生視角，基于不同學(xué)生層次設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐學(xué)習(xí)單，理清本節(jié)課的學(xué)習(xí)邏輯。以學(xué)生為中心，根據(jù)資料修正八顆行星的大小和距離的關(guān)系模型，組織科學(xué)實(shí)踐。項(xiàng)目實(shí)踐學(xué)習(xí)單可包含“真實(shí)情境—前置學(xué)習(xí)—項(xiàng)目名稱—實(shí)踐材料—評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)—活動(dòng)過(guò)程—拓展應(yīng)用”部分，對(duì)于項(xiàng)目實(shí)踐的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)商與活動(dòng)過(guò)程可以因不同層次學(xué)生進(jìn)行調(diào)整。

以真實(shí)赤道直徑按比例縮小到10億分之一，學(xué)生分別列表計(jì)算出八顆行星縮小后可以在室內(nèi)做的模型直徑大小，按比例縮小后水星為0.5厘米、木星為14.3厘米。根據(jù)真實(shí)平均距離按比例縮小到1萬(wàn)億分之一，學(xué)生分別列表計(jì)算出八顆行星按比例縮小后可以在室內(nèi)做的模型距離，按比例縮小后水星距離太陽(yáng)6厘米，海王星距離太陽(yáng)450厘米。這里給予學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行處理，以理解基于數(shù)據(jù)建模的意義與轉(zhuǎn)化規(guī)律。

（二）任務(wù)群呈現(xiàn)：調(diào)節(jié)空間模型的步驟

本課根據(jù)“明確問(wèn)題—搜集數(shù)據(jù)—數(shù)據(jù)處理—建模實(shí)踐—修正模型—解決問(wèn)題”的流程進(jìn)行，重點(diǎn)定位在根據(jù)資料修正八顆行星的大小和距離的關(guān)系模型。在建模過(guò)程中不同學(xué)生對(duì)于各組數(shù)據(jù)的快速處理，是本課空間建模的難點(diǎn)。為了解決難點(diǎn)和大量數(shù)據(jù)的困擾，師生一起梳理探討活動(dòng)步驟。

根據(jù)模型大小，用8片白色圓紙片剪出八顆行星的模型圓片。建議剪出一個(gè)圓片用黑筆寫上行星名稱。

根據(jù)縮小后的模型距離，在黑色絲帶上確定起點(diǎn)（太陽(yáng)的位置）與八顆行星的距離。建議用白色高光筆做標(biāo)記。

將八顆行星模型圓片按模型距離粘在相應(yīng)位置，整體觀察建構(gòu)八顆行星關(guān)系模型。

每組學(xué)生認(rèn)真計(jì)算、分工合作，在小組修正中貢獻(xiàn)自己的力量。合作較好的小組大概15分鐘內(nèi)能完成，個(gè)別小組在實(shí)踐中需要20分鐘完成，允許小組有時(shí)間上的差異，完成第二次建模，此時(shí)模型長(zhǎng)度達(dá)450厘米，如圖2所示。

（三）技術(shù)流使用：調(diào)換空間模型的呈現(xiàn)

希沃白板是課堂上常用的教學(xué)軟件，教師運(yùn)用希沃白板把3個(gè)小組的前4顆行星進(jìn)行比較，后4顆行星進(jìn)行比較，流動(dòng)參觀其余小組八顆行星模型，明確赤道直徑和距離的整體認(rèn)識(shí)，理解第二次模型的價(jià)值，也能體會(huì)第二次模型的局限。在研討之余，教師出示該比例尺下太陽(yáng)大小（140厘米KT板）和立體水星（大小合適的白色泡沫塑料球），形成直觀對(duì)比。

此時(shí)課堂上40分鐘可能已用完，在此結(jié)束本課的實(shí)踐較為可惜了。如何在有限時(shí)間內(nèi)仍帶給學(xué)生更多時(shí)空啟發(fā)呢？八顆行星在縮小到10億分之一的大小比例下，距離到底該放多遠(yuǎn)？學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，見(jiàn)下表。

很顯然，如此距離校園內(nèi)已無(wú)法呈現(xiàn)，運(yùn)用生活中的模型，打開(kāi)學(xué)生的視野，不因課堂時(shí)空的局限而停止對(duì)八顆行星的思考，實(shí)際上讓學(xué)生去建立第三次黑白模型。教師在電腦或iPad上示范百度地圖測(cè)距技術(shù)，學(xué)生定位以太陽(yáng)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室或報(bào)告廳的位置為起點(diǎn)，在地圖上測(cè)量八顆行星的距離。師生再尋找等比例尺的泡沫塑料球和標(biāo)簽紙做好八顆行星立體模型，小組合作把同比例下的八顆行星認(rèn)領(lǐng)并帶回“家”，擺在相應(yīng)的地圖實(shí)際位置。其實(shí)，這樣的模型并不是異想天開(kāi)，教師輔以瑞典斯德哥爾摩的八顆行星模型的視頻加以佐證，現(xiàn)實(shí)中我們真的可以完成，激發(fā)學(xué)生實(shí)地建模的興趣。

學(xué)生不斷激發(fā)出批判性思維，可能并不滿足只停留在這里?？茖W(xué)思維中還有很多形象思維、聯(lián)想思維、發(fā)散式思維、靈感思維、直覺(jué)思維等非邏輯思維的方式運(yùn)用。如果我們還繼續(xù)考慮運(yùn)動(dòng)關(guān)系需要進(jìn)行第四次建模，用四維動(dòng)畫方式表達(dá)模型，仍還有更多立體模型。學(xué)生借助剪映或即夢(mèng)等軟件的圖片、視頻、數(shù)字人生成應(yīng)用，AI賦能達(dá)到自我效能感的更大滿足。

空間模型的建構(gòu)、進(jìn)階、調(diào)節(jié)有助于學(xué)生突破小學(xué)科學(xué)課程中地球與宇宙科學(xué)專題的教學(xué)難點(diǎn)，不斷提升學(xué)生空間模型的思想。資料卡、數(shù)據(jù)庫(kù)、模擬場(chǎng)有效改進(jìn)空間模型，暴露學(xué)生的元認(rèn)知，引發(fā)認(rèn)知沖突，找到空間模型的合理支架。實(shí)踐單、任務(wù)群、技術(shù)流不斷地修正空間模型，是發(fā)展空間模型的有效方法。教師聚焦現(xiàn)實(shí)世界，抽象模型特征，提供合理的材料豐富學(xué)生空間感受，幫助學(xué)生突破時(shí)空限制，類化生動(dòng)的、具體的空間形態(tài)，促進(jìn)科學(xué)思維和模型建構(gòu)的協(xié)同發(fā)展。每個(gè)模型都有一定價(jià)值，也有一定不足，學(xué)生大腦中開(kāi)始呈現(xiàn)符號(hào)化、概念化、模型化的空間圖景，解釋和預(yù)測(cè)地球與宇宙，形成個(gè)體對(duì)于地球與宇宙新的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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