Ｍｏｄｅｌ－Ｉｔ：小學(xué)生的建模工具

　　Model-It是美國(guó)GoKnow公司開發(fā)的一款用于小學(xué)科學(xué)教育的可視化建模和模擬仿真學(xué)習(xí)軟件。它可以幫助教師和學(xué)生整合科學(xué)課程內(nèi)容，整理學(xué)生的思考過(guò)程。利用Model-It學(xué)生可以為課堂上學(xué)習(xí)的科學(xué)現(xiàn)象建立模型，并通過(guò)模擬仿真來(lái)測(cè)試所建的模型。這個(gè)模型體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解，可以反映學(xué)生的思考過(guò)程和理解程度。Model-It雖然是一款應(yīng)用型小軟件，但使用它建模不僅能夠提高學(xué)生的分析能力，而且能發(fā)展學(xué)生的決策能力和抽象思維能力。目前，Model-It還沒(méi)有引進(jìn)國(guó)內(nèi)，本文旨在為廣大教師介紹這種適合于小學(xué)生學(xué)習(xí)的小軟件，以期得到關(guān)注。下面結(jié)合實(shí)例說(shuō)明使用Model-It建立模型的過(guò)程。
　　
　　一、模型計(jì)劃
　　
　　使用Model-It之前，先作一個(gè)模型計(jì)劃。模型計(jì)劃需要考慮以下三個(gè)方面：對(duì)象（模型要素）、變量（對(duì)象的屬性值）和關(guān)系（對(duì)象的變量如何相互影響）。學(xué)生只有對(duì)相應(yīng)主題有深入的了解，才能找出包含于這一主題中的事物（對(duì)象），這些事物的屬性（變量），變量間的聯(lián)系（關(guān)系）。因此，在開始使用Model-It之前，學(xué)生首先要理解相關(guān)主題，最好先在紙上做出計(jì)劃。模型計(jì)劃需要回答下面問(wèn)題：模型描述什么、模型包含哪些對(duì)象和變量、變量間有什么關(guān)系。例如：假設(shè)你想展示空氣中二氧化硫的含量對(duì)哮喘病人數(shù)增加有什么影響，模型計(jì)劃如下：
　　對(duì)象：空氣，人
　　變量：空氣中二氧化硫的含量指標(biāo)，人群中得哮喘病的人數(shù)
　　關(guān)系：空氣中二氧化硫的少量增加引起哮喘病人數(shù)的大量增加
　　
　　二、建立對(duì)象和變量
　　
　　打開Model-It，選擇一個(gè)課程單元（或選擇None，即不選擇課程單元），單擊OK。建立項(xiàng)目后，可以看到Model-It窗口（圖1）有下面主要元素：標(biāo)題欄和菜單欄，與普通Windows應(yīng)用程序相同；步驟按鈕區(qū)有三個(gè)主要按鈕，分別對(duì)應(yīng)建立模型的三個(gè)步驟：PLAN-計(jì)劃、BUILD-建模、TEST-測(cè)試；工具欄列出每個(gè)步驟下的工具；工作區(qū)用來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，建立關(guān)系；測(cè)試區(qū)可以看到模型的直觀效果；課程單元圖標(biāo)給出了表示相應(yīng)單元對(duì)象的圖標(biāo)。了解了這些，就可以開始建立模型了。
　　
　　點(diǎn)擊工具條的PLAN按鈕，從下方的面板拖曳一個(gè)圖標(biāo)至工作區(qū)（也可以自己選擇其他圖像來(lái)代表對(duì)象），然后釋放鼠標(biāo)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)象編輯器（圖2），在對(duì)象編輯器中應(yīng)該設(shè)置下面的內(nèi)容（以wcVoD00BMuwn2xB9jx8mP3s2evSIS12dtUzWK5dzG6Y=對(duì)象“空氣”為例）。
　　1.在Name文本框中填入對(duì)象的名字：“空氣”。
　　2.從Type下拉菜單來(lái)選擇對(duì)象類型，可選擇“Background”或“Normal”，其中“Background”指背景對(duì)象，“Normal”指模型中的普通對(duì)象。“空氣”是普通對(duì)象，因此選擇“Normal”。
　　3.鍵入對(duì)象的描述信息：“該圖標(biāo)代表空氣”。
　　4.選擇OK，“空氣”對(duì)象就建完了。
　　
　　依照同樣的步驟建立模型中的對(duì)象“人”。對(duì)象建立完成后，開始建立描述對(duì)象屬性的變量。“空氣”的屬性是“二氧化硫的含量指標(biāo)”，“人”的屬性是“得哮喘病的人數(shù)”。選擇工具欄上的NEWVARIABLE工具會(huì)出現(xiàn)變量編輯器（圖3），在變量編輯器中設(shè)置下面的內(nèi)容。
　　
　　1.從Object下拉列表框選擇變量所屬的對(duì)象“空氣”，此時(shí)右側(cè)會(huì)出現(xiàn)“空氣”對(duì)象的圖標(biāo)。
　　2.在Variable文本框填寫創(chuàng)建的變量的名稱：“二氧化硫的含量”。
　　3.在View列表框選擇創(chuàng)建的變量類型。Model-It提供了“Text”和“Number”兩種變量類型，我們選擇“Text”。
　　4.拖動(dòng)下方滑塊改變Initial Value文本框中的變量初始值，這里選中“Low”，表示初始狀態(tài)空氣中二氧化硫的含量取最小值。
　　5.單擊Text下方的三個(gè)按鈕可以精確設(shè)置變量的最大值（High）、中間值（Medium）和最小值（Low）。
　　6.給出變量的描述信息，比如“這個(gè)變量代表空氣中二氧化硫的含量”。
　　重復(fù)以上6步，直到創(chuàng)建完所有變量。
　　
　　三、建立對(duì)象間的關(guān)系
　　
　　對(duì)象間的關(guān)系實(shí)質(zhì)上是對(duì)象變量之間的相互影響。單擊build按鈕，工具欄出現(xiàn)三個(gè)工具按鈕：move、variable和relationship。move可以調(diào)整對(duì)象的相互位置；variable可以修改上一步創(chuàng)建的對(duì)象變量；relationship用于創(chuàng)建對(duì)象間的關(guān)系。
　　本例是在“空氣中二氧化硫的含量”和“得哮喘病的人數(shù)”之間建立關(guān)系。單擊relationship按鈕，把鼠標(biāo)置于“空氣對(duì)象圖標(biāo)”上方并按下鼠標(biāo)，然后拖動(dòng)鼠標(biāo)至“人對(duì)象圖標(biāo)”釋放鼠標(biāo)，此時(shí)會(huì)彈出關(guān)系編輯器窗口（如圖4）。
　　
　　1.選擇關(guān)系類型，Model-It有兩種作用類型：Increases（隨自變量增加，因變量也增加）、Decrease（隨自變量增加，因變量減少）。這里選擇“Increases”。
　　2.選擇影響程度，即自變量變化引起的因變量增加或減少的程度，可供選擇的有：About the same（同步變化）、A lot（大量變化）、A little（少量變化）、More and more（變化越來(lái)越大）、Less and less（變化越來(lái)越小）和A bell-shaped curve（鐘型變化）六種變化方式，右側(cè)給出了每種變化方式的函數(shù)圖像。這里選擇“A lot”，即空氣中二氧化硫的少量增加引起哮喘病人數(shù)的大量增加。
　　3.描述產(chǎn)生這種影響的原因，即解釋為什么這樣建立模型。通過(guò)對(duì)原因的思考，可以深化學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。
　　按這幾個(gè)步驟建立模型中的所有關(guān)系，這樣模型就建完了，接下來(lái)就可以測(cè)試勞動(dòng)成果了。
　　
　　四、測(cè)試模型
　　
　　單擊test按鈕，工具欄出現(xiàn)測(cè)試用工具按鈕，其中move用來(lái)調(diào)整對(duì)象位置，meter給出模擬變化的標(biāo)尺。
　　1.單擊meter按鈕，然后單擊空氣對(duì)象圖標(biāo)，會(huì)出現(xiàn)圖5所示的標(biāo)尺，使用它可以使空氣中二氧化硫的含量在“Low”到“High”之間任意變化。
　　
　　2.單擊Play按鈕，然后拖動(dòng)圖5中的滑塊，仿真測(cè)試區(qū)就會(huì)出現(xiàn)哮喘病人數(shù)與空氣中二氧化硫含量的關(guān)系圖（圖6）。
　　
　　上面結(jié)合實(shí)例給出了使用Model-It建立模型的全部過(guò)程。模型是客觀世界抽象化、理論化的表示形式，建立模型的過(guò)程是抽象思維的過(guò)程，其前提是充分理解事物間的關(guān)系。也可以說(shuō)，如果學(xué)生能以模型的形式來(lái)表示事物的相互關(guān)系，那么他對(duì)事物間關(guān)系的理解就達(dá)到了比較深入的程度。小學(xué)生抽象思維能力差，建立描述關(guān)系的模型較為困難，利用Model-It可以直觀、輕松地建立小的模型。如能結(jié)合小組學(xué)習(xí)，把所建模型用于小組討論，效果會(huì)更佳。
　　
　　（作者單位：山東師范大學(xué)傳播學(xué)院）