小學(xué)科學(xué)建模取證策略初探

陳圓　管建林

科學(xué)課教學(xué)要引領(lǐng)學(xué)生懂得什么是證據(jù)，怎樣獲得可靠的證據(jù)去解釋世界。以證據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種信息分析和邏輯推理方法得出結(jié)論，公開研究結(jié)果，接受質(zhì)疑，不斷更新和深入，是科學(xué)探究的主要特點(diǎn)。小學(xué)科學(xué)課程中關(guān)于地球和宇宙的現(xiàn)象、事物和規(guī)律，具有時(shí)間和空間的復(fù)雜性，如地球、月球和其他星球有規(guī)律地運(yùn)動(dòng)著;地球上有大氣、水、生物、土壤和巖石;地球內(nèi)部有地殼、地幔和地核等，這些知識(shí)是非常抽象的，如何取證呢？我們可以運(yùn)用科學(xué)建模的方式，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。

“學(xué)生主體”取證策略

“學(xué)生主體”是指教師在分析不同學(xué)段學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定建模方式和取證角度。學(xué)生對(duì)知識(shí)的收集和掌握主要來自親身經(jīng)歷，讓他們親自投入學(xué)習(xí)活動(dòng)中，親眼所見，符合小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。這就要求教師要通過建構(gòu)模型，將自然界中看不到、摸不著、不易觀察、不易測(cè)量的現(xiàn)象，變成課堂上可視的模擬實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生利用模型找到證據(jù)，建構(gòu)科學(xué)概念，提升想象力、推理分析能力以及歸納總結(jié)能力。

1.分析認(rèn)知特點(diǎn)，選擇證實(shí)

學(xué)生在走進(jìn)科學(xué)課堂之前，已經(jīng)具備了一定的生活經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)不一定是正確的，有些具有偏差的前概念往往根深蒂固，較難改變。要讓學(xué)生改變錯(cuò)誤的認(rèn)知并不是一蹴而就的，而他們的親身經(jīng)歷能夠加快認(rèn)知轉(zhuǎn)變的過程。科學(xué)探究講求實(shí)證，小學(xué)階段一般以證實(shí)居多。教學(xué)中運(yùn)用科學(xué)模型，可以使學(xué)生眼見為實(shí)，拋棄錯(cuò)誤概念，通過證據(jù)歸納新知。如《晝夜交替的解釋》一課，教師通過模擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)從假設(shè)到驗(yàn)證的過程，并用自己的實(shí)際體驗(yàn)證實(shí)，發(fā)現(xiàn)哪些情況能解釋晝夜交替現(xiàn)象，將體驗(yàn)轉(zhuǎn)化成圖文，再分析證實(shí)后的圖文，建構(gòu)科學(xué)概念。

2.引發(fā)認(rèn)知沖突，采用對(duì)比取證

教學(xué)要以滿足學(xué)生的需要為出發(fā)點(diǎn)，使大多數(shù)學(xué)生能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生由于經(jīng)歷不同，他們對(duì)生活中各種現(xiàn)象的解釋有較大差別，同樣一個(gè)問題，不同學(xué)生往往有不同的看法。在教學(xué)中，教師要洞察學(xué)情，了解其前概念，分析其認(rèn)知特點(diǎn)，找準(zhǔn)建模起點(diǎn)，確定建模目標(biāo)和取證方法，讓學(xué)生找到不同的證據(jù)，從而歸納新知。如《探索土地被侵蝕的因素》一課，生活在城市的學(xué)生和農(nóng)村的學(xué)生在認(rèn)知上差別較大，教師可以設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的教學(xué)模型，一組是有植被覆蓋的土壤，將其放在左側(cè)容器中，另一組是無植被覆蓋的土壤，將其放在右側(cè)容器中，在上方的模擬降雨器中加水，同時(shí)觀察現(xiàn)象，尋找證據(jù)。

“概念厘清”取證策略

“概念厘清”策略是指教師對(duì)整個(gè)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行深入分析，從整體出發(fā)確立單元教學(xué)目標(biāo)，融合單元內(nèi)容，明確學(xué)習(xí)起點(diǎn)，設(shè)計(jì)教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生完成概念建構(gòu)。建模是取證能否成功的關(guān)鍵，而取證是探究能否取得理想成效的關(guān)鍵，取決于模型的建構(gòu)和選擇、教師的指導(dǎo)是否到位以及學(xué)生的操作是否恰當(dāng)?shù)取?/p>

建模是指對(duì)自然現(xiàn)象或規(guī)律的一種模仿、模擬。科學(xué)建模是在課堂教學(xué)中，通過建構(gòu)模型，使一系列的探究活動(dòng)得以呈現(xiàn)，使難以直接觀察的自然現(xiàn)象在課堂上得以重現(xiàn)，通過模擬展現(xiàn)事物屬性、事件性質(zhì)或?qū)嶋H情境的一種方法。教師利用建模加深學(xué)生對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)和理解，使其通過模型進(jìn)行思考、實(shí)踐、判斷、分析、歸納、總結(jié)，從而找到證據(jù)，整理歸納出內(nèi)在的科學(xué)規(guī)律，建構(gòu)科學(xué)概念，獲得新的認(rèn)知。

1.橫向厘清，提高取證的可行性

橫向厘清是指教師在解讀教材時(shí)不局限于單節(jié)課內(nèi)容，而是整合單元知識(shí)。如《地球表面及其變化》單元中《雨水對(duì)土地的侵蝕》《探索土地被侵蝕的因素》《河流對(duì)土地的作用》三課內(nèi)容，用于教學(xué)的模型以及教授的科學(xué)概念并不完全獨(dú)立，這就要求在單元教學(xué)之前，教師要整合單元知識(shí)，以建模的方式提前滲透后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

有研究者指出，模型是為了說明一個(gè)問題，解釋一個(gè)現(xiàn)象，解決一個(gè)問題，體現(xiàn)一種觀念想法而建立的，它是一個(gè)系統(tǒng)工程，不是一個(gè)單一的個(gè)體。所以建模過程要由簡(jiǎn)入繁，由易入難，由仿入創(chuàng)，材料要由單一到組合，加工要從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，功能要從少到多，外觀要從簡(jiǎn)陋到美觀，這樣才能取得較好的教學(xué)效果。如《北極星不動(dòng)的秘密》一課，教師設(shè)計(jì)圓盤模型時(shí)，在中間用一顆五角星模擬北極星，把周邊的星星設(shè)計(jì)成北斗七星，不僅有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)取證，也為后續(xù)學(xué)習(xí)星座等內(nèi)容做好鋪墊，提高了取證的可行性。

2.縱向厘清，強(qiáng)化取證的可信度

縱向厘清是指將某一教學(xué)內(nèi)容回歸到學(xué)科知識(shí)體系中考量，掌握其本質(zhì)特點(diǎn)。當(dāng)教學(xué)內(nèi)容在不同的年級(jí)出現(xiàn)時(shí)，教學(xué)的深度與廣度、建模的難易程度都依賴于教師對(duì)知識(shí)體系的把握，需要以課標(biāo)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖為中心開展建模。小學(xué)生的思維以形象思維為主，他們關(guān)于地球與宇宙的知識(shí)往往來源于電視、報(bào)刊、網(wǎng)絡(luò)，獲取的是碎片化的知識(shí)，需要教師通過建立模型，讓他們經(jīng)歷系統(tǒng)的思維發(fā)展過程。

在小學(xué)高年段，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用以往所學(xué)知識(shí)進(jìn)行自主建模，這是縱向貫穿的方法。如六年級(jí)《環(huán)境》單元，涉及水處理的內(nèi)容，可以和五年級(jí)的有關(guān)土壤內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)，以及四年級(jí)有關(guān)溶解內(nèi)容中的過濾實(shí)驗(yàn)相互融合，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)沉降和過濾組合模型，縱向貫穿知識(shí)體系，強(qiáng)化取證的可信度。

“概念支持”實(shí)證策略

取證和模型建構(gòu)都是為建構(gòu)科學(xué)概念服務(wù)的，“概念支持”策略是指有意識(shí)地將科學(xué)概念貫穿于取證環(huán)節(jié)，采取多種建模方式，優(yōu)化建模策略，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。

1.實(shí)物建模

在課堂教學(xué)中，有不少科學(xué)概念涉及的內(nèi)容是看不到、摸不著的，或不易觀察、不易測(cè)量的，學(xué)生只有在對(duì)真實(shí)現(xiàn)象進(jìn)行感知、體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，才能歸納分析，建構(gòu)科學(xué)概念，進(jìn)而利用所學(xué)知識(shí)解釋更多的生活現(xiàn)象，將感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。實(shí)物模型可以有意識(shí)地凸顯現(xiàn)象，甚至放大自然界中的實(shí)際現(xiàn)象。如《雨水對(duì)土地的侵蝕》一課，建構(gòu)土地模型時(shí)，教師事先做出“徑流”，適當(dāng)濕潤(rùn)“土地”，再在表面鋪上干燥細(xì)小的土壤將其覆蓋，讓學(xué)生在課堂上直接觀察到自然界中的土地侵蝕現(xiàn)象。通過建構(gòu)實(shí)物模型，學(xué)生自然而然就會(huì)尋找土地變化的證據(jù)，從而培養(yǎng)實(shí)證意識(shí)。

2.關(guān)系建模

如何引導(dǎo)學(xué)生自主建模并找到真實(shí)證據(jù)呢？多樣化實(shí)驗(yàn)器材可以引發(fā)學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的求知欲。因此，教師要提供適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，在自主發(fā)現(xiàn)問題中尋找證據(jù)。地球和宇宙科學(xué)領(lǐng)域中涉及的知識(shí)，學(xué)生自主探究有一定難度，需要借助關(guān)系建模。如學(xué)習(xí)日食、月食相關(guān)知識(shí)時(shí)，學(xué)生知道地球、月球、太陽(yáng)的位置關(guān)系，但因?yàn)槌橄蠖y以想象，需要通過建模展示，解釋日食和月食產(chǎn)生的原因，避免想當(dāng)然而錯(cuò)誤取證。

3.空間建模

重復(fù)實(shí)驗(yàn)可以減少偶然性，也是科學(xué)學(xué)習(xí)獲取證據(jù)的常用方法。教學(xué)中既要建構(gòu)模型，又要尋找證據(jù)、歸納新知，課堂40分鐘就會(huì)非常緊張。我們可以適當(dāng)改良實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?jié)省時(shí)間，讓學(xué)生有更多探究取證的機(jī)會(huì)。如《保護(hù)我們的消化器官》一課，探究的是學(xué)生看不見、摸不著的身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抽象的暗箱式知識(shí)學(xué)生難以理解。當(dāng)學(xué)生遇到認(rèn)知沖突時(shí)，教師可以提供有結(jié)構(gòu)的材料和科學(xué)模型，讓他們自主拼搭，完成建模過程，建構(gòu)消化器官的科學(xué)概念。

4.典型建模

科學(xué)來源于生活，生活建立在科學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，兩者相輔相成。課堂上，教師將生活中許多典型的現(xiàn)象應(yīng)用于科學(xué)探究，有助于學(xué)生獲取證據(jù)，建構(gòu)科學(xué)概念。如《宇宙》單元，對(duì)于公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)、周期等概念，以及星座的位置關(guān)系等，在建構(gòu)模型時(shí)，教師可以選用學(xué)生熟悉的北斗七星，利用典型案例建構(gòu)模型，幫助他們深入探究，順利取證，有效建構(gòu)科學(xué)概念。