基于模型和建模掌握科學概念的科學教學

黃惠娜

【摘? 要】在教學中通過利用模型，學生參與設計、制作模型等科學探究活動，學生能正確認識科學現象，能夠對科學現象作出正確的分析、解釋、說明，建構正確的科學概念，理解科學概念的本質，促進學生科學思維的進一步發展。

【關鍵詞】模型;建模;掌握;科學概念

科學概念是指組織起來構成的、系統的科學知識。它來自科學家共同體對世界的認識，同時也幫助科學家組織對世界的觀察和發現，它包含的內容是開放的、動態變化的。

小學階段，兒童對周圍世界有著強烈的好奇心和探究欲望，這一時期是培養科學興趣、體驗科學過程、發展科學精神的重要時期。小學科學課程是以培養科學素養為宗旨的義務教學階段的核心課程。理解和形成科學概念、發展科學探究能力是科學教學的核心目標之一，學生對科學概念的正確理解和掌握有助于促進他們對科學本質的理解。

1 模型和建模的解釋和作用

1.1 模型

模型是復雜事物或現象的具體體現，是對于現實世界的事物、現象、過程或系統的簡化描述，或其部分屬性的模仿。模型提供觀念和印象，是非常吸引學生的生動的感性材料，是學生知識結構的重要組成部分。在教學中利用模型可以讓學生感受到這些過程的動態性和連續性，突出了探究性學習，有利于學生知識的構建。生物學研究中通常建構的模型包括物理模型、概念模型和數學模型等。只抽取本質要素，用簡單的模型模擬復雜的人體等使復雜的問題簡單化，有利于學生概念的發展。以科學概念作為教學目標，將促進學生對事實的理解，有助于他們形成重要的科學觀念和思想。

1.2 建模

模型建構法就是把研究對象（原型）的一些次要的細節、非本質的聯系舍去，從而以簡化和理想化的形式去再現原型的各種復雜結構、功能和聯系的一種科學方法。作為一種現代科學認識手段和思維方法，所提供的觀念和印象，不僅是人們獲取知識的條件，而且是人們認知結構的重要組成部分，在學校自然科學日常教學中有著廣泛的應用價值和意義。

2? 借助模型和建模掌握科學概念——以小學科學教科版四年級上冊《呼吸與消化》單元為例

《呼吸與消化》這個單元是屬于科學課的生物領域內容，在生物領域中進行模型教學，并不僅僅是簡單的運用模型結論，同時還要重視模型結構構建的過程。教師進行模型構建過程中，引導學生積極去探討生物學的研究對象，構建嚴密、科學的建模過程，提高學生的上課效率，充分掌握相關的科學概念。

此單元教學中我針對課程的內容分別利用了物理模型、數學模型和概念模型幫助學生掌握科學概念，為學生提供了認識自己身體結構和功能的機會，使他們能夠意識到身體的各種活動都需要各個系統的協調運作，在這個基礎上建立他們的健康意識。

2.1 借助物理模型探究，將抽象的概念直觀化

物理模型作為認知工具，它能夠幫助學習者建構知識基礎，更加投入于學習，并且獲得更有意義、可遷移的知識。學習者可以使用認知工具來分析世界、獲取信息、解釋和組織知識，并表達他們的所知所想。《食物在身體里的旅行》探究活動——平面模型拼圖及實物模型拼裝體驗，利用建立好的模型進行解說。主要讓學生在對消化的原有理解之上，通過拼圖、比對消化器官圖，猜想食物在體內的“旅行”過程和參照實物模型認識體內各器官的部位，初步認識主要消化器官的功能并建立起食物的消化需要多個器官共同參與完成的認識。

2.2 制作數學模型，將思維謹慎化

建構數學模型，揭示問題本質。數學模型是用來描述一個系統或它的性質的數學形式。對研究對象的生命本質和運動規律進行具體的分析、綜合，用適當的數學形式，如數學方程式、關系式、曲線圖和表格等來表達，從而依據現象作出判斷和預測。數學模型的構建過程不僅需要學生掌握其步驟，還需要學生能夠領悟歸納出其規律。《呼吸與健康生活》一課，學生運動后，每分鐘心跳與呼吸的次數增多這一現象入手通過采集數據，將數據轉變成柱狀圖呈現數據的變化，討論“跳動起來后呼吸為什么會加快”和“跳動后心跳為什么會加快”這兩個問題，了解呼吸系統的功能和血液循環系統的功能，并建立保護心臟、保護肺的意識。

2.3 運用概念模型歸納，將零散的知識系統化

建構概念模型，梳理知識間內在關系。概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質特征的模型。建構概念模型可以使學生深入理解基礎知識，辨析知識點之間的聯系與區別，使知識結構化，同時有利于培養學生的歸納、概括和語言表述能力。例如生物學中的相關概念、由相互聯系的不同概念而形成的概念圖、流程圖等都屬于概念模型的類型。通過建構概念模型一方面可以使學生理解相關概念;另一方面有利于培養學生的歸納、概括、語言表述等能力。

設計《食物在身體里的旅行》學習記錄單可以建立概念圖歸納本節要點，用作為符號模型的概念圖來做為一種教學支架，意味著它能夠體現為一種支持結構，而這種支持結構能夠有效地促進學習者的思維支撐和能力自治，為教學者和學習者提供了一種使用和加工信息的認知支持框架。

3? 模型和建模在科學課堂的應用意義

基于模型和建模的科學教學為學生提供了可視的圖像或直觀、簡潔的模型，幫助學生理解和記憶抽象的科學內容;把抽象的概念還原到具體的可感知的形象，增加了課堂教學的直觀性，使科學概念更加形象化、具體化，有助于學生理解科學概念的本質，促進學生科學思維的進一步發展。在教學中通過利用模型，學生參與設計、制作模型等科學探究活動，幫助學生正確認識科學現象，能夠對科學現象作出正確的分析、解釋、說明，建構正確的科學概念。

參考文獻：

[1]廣州市義務教育階段小學科學教科版《科學課程標準》

[2]《科學》全日制義務教育課程標準實驗教科書（四年級上冊），教育科學出版社

[3]皮連生.學與教的心理學（第五版）.上海：華東師范大學出版社，2009，（5）：100-101