通過模型制作提高學生思維能力

◇嚴 漩（江蘇：南京市紅山小學）

小學階段的學生由于身心發展尚未成熟，問題解決、分析比較、批判思維和創造性思維能力有所欠缺。教師借助模型制作，以簡筆畫、示意圖、概念圖、物理模型、數字化軟件模型等多種手段能夠將學生看不見的思維過程、無法言說的思考方法和思考路徑清晰地呈現出來，從而提高學生的科學思維能力和科學素養。

一、模型制作：使學生思維清晰

小學科學教育要從學生終身發展的角度出發。實踐與思維都是小學科學教育的核心，只有兩者結合才能真正培養學生的科學素養。而在現實中，小學科學教學往往只注重科學探究的實踐性，而忽視了學生科學思維能力的培養。小學階段的學生科學思維具有隱藏性、模糊性、碎片化特征,學習時難以有序、精準、科學地表達自己的思維觀點，師生之間難以進行有效的思維碰撞，既影響了學生科學思維的發展，也影響了教師教學的施展。模型制作是思維表現的一種基本形式，模型制作就是將學生科學思維以可見、清晰、直觀的方式進行外化、呈現。模型制作利用簡筆畫、搭建物理模型、示意圖、概念圖、數字化軟件模型等多種形式來呈現學生的思考、概念、知識等,把隱性思維顯性化、可視化，是有助于學生思考、表達、理解、交流的一種有效學習方法。

思維是一切有目的的活動的靈魂，學生借助模型制作，能把大腦中的思維“造”出來，從而促進自身科學思維能力的養成，不斷提升科學素養。

二、創意表達：讓模型制作搭建學生思維成長之橋

在科學教學活動中，教師可以借助有效的模型制作手段，創設教學情境，優化教學方式，讓學生在自主狀態下進行科學探究，使學生呈現出真實完整的科學探究路徑和思維過程，了解學生的科學認知特點及思維發展狀況，促進學生對科學的深度學習與知識建構。

（一）圖畫模型——把握思維發展方向

由于小學生的思維處于隱形、模糊、抽象的狀態，難以用語言精確表達自身經驗，因此，采用圖示方式，將學生對問題的思考、質疑、交流過程清晰、具體地表現出來，教師就能及時把握學生表現出的已有概念，進而有效地引發學生思考，把控教學節奏。如，在教學《食物的消化》時，教師希望了解學生對食物在人體消化器官中經過的基本情況，借助圖畫模型的制作（見圖1～4），讓學生清晰地表達出自己已有知識經驗。隨后,通過師生之間、生生之間的探究、交流、表達，學生意識到，人體構造其實是一樣的，人體消化食物的過程是基本相似的。教師借助學生各異的圖畫模型引起認知沖突，調動學生探究的興趣，讓他們想辦法找到正確的答案。在交流的過程中，學生進行思維與認知的調整，確定正確的食物“旅行”圖。借助圖畫模型，引導學生經歷了看、想、反思、校正等一系列思維活動，在新信息與舊經驗的碰撞過程中，建構起對消化系統和消化過程的認識。

圖1

圖2

圖3

圖4

（二）數字化模型制作——思維知識與情境聯結

傳感器實驗器材在科學探究實驗中的應用，可以將一些知識性、抽象性、概念性的實驗轉化為安全狀態下的真實模擬實驗，讓學生能夠進行可視的、現實的探究。

如五年級科學課中《簡單電路》拓展課《家庭電路》，教學目標是讓學生通過傳統實驗器材了解電路的構造及電路基本原理。在本課的探究實驗中，采用電池直流電即1.5V 電壓供電方式進行探究實驗，而在學生的生活學習應用中，接觸更多的是交流電即220V 電壓供電下的電器，而交流電電路的學習對于小學甚至中學階段的科學探究來說，很難完成。采用傳感器實驗裝置中的模擬實驗，學生通過在模擬器中搭建家庭電路，能對不同用電量的電器如何正確接入電路、家庭電路中電器的保護及可能產生的危害進行真實模擬。在傳感器模擬器中，學生首先搭建火線、零線、地線組成的完整家庭電路主線路，將一個接線板接入家庭電路，隨后將諸如平板電腦、電扇、電視機、空調、吹風機等多個電器連接在接線板上，傳感器模擬的家庭電路隨之發生過載，電器爆炸，發生火災，導致人員傷亡。這個探究過程與真實情境相同，學生既了解了家庭電路的組成，又在安全狀態下體驗家庭電路發生的危險。這樣的實驗方式，能夠加深學生對抽象科學知識的理解，完善基礎科學知識的提升。

使用傳感器真實模擬情境發現科學基礎知識背后衍生科學道理，使學生不僅關注傳統實驗室方式下掌握的基礎性科學知識，而且更加注重知識延伸背后的科學應用，加深了學生的理解，促進了學生思維能力的發展。

（三）實物模型制作——思維回溯科學認知再重構

思維是有痕跡的，思維的方法、路徑在重要的環節中是有表征的。但是這些表征容易被忽視，師生更多關注的是問題的結果，忽視思維的過程。我們在科學教學的過程中，需要有意識地引導學生回望探究來時路，把思維過程本身當作一個反思的載體，進行有意識的反芻重構。

在學生嘗試解決一個探究問題之后，教師要引導學生在結論和過程之間，進行思維回溯，剛才的問題，我們是怎么猜想的，如何驗證的？類似的問題能否用同樣的方式解決？思維回溯作為反思性思維，在“問題”和“答案”之間架起一座橋梁，讓學生能看清楚自己解決問題的思維方法和路徑。如在《食物的消化》一課中，基于已有的消化知識，創設如下情境：如果人倒立時，吃進去的食物會從身體里面漏出來嗎？食物究竟是怎樣到達身體里的？我們選取了一系列物體：用漏斗替代口腔，用軟塑料管替代食管，用其他材料來模擬搭建人體消化模型。學生搭建了形象、具體、可觸摸的消化模型之后，就能在有限的條件下更真實地觀察人體這個暗盒（見圖5）。

圖5.消化系統物理模型

學生在已有經驗知識及模型制作的基礎上認為，當我們人倒立時食物會從體內漏出來，但這與真實情況出現沖突，人在倒立時食物不會漏出來，學生已有思維與真實情況發生沖突，情不自禁地在組內展開討論，了解真實情況。隨后學生通過對消化模型的搭建、改進、完善、學習，在教師引導下了解到，人體消化系統存在多個類似單通道的結構，使吃進去的食物只能向胃部蠕動。

在完善消化道模型搭建的過程中，學生經歷了觀察、構思、反思、改進、重構、完善等一系列持續的、系統的思維活動，在新概念與舊經驗的沖突中，既學到了“解暗箱”的方法，又建構起對消化系統過程的完整認知。

三、模型制作：促學生思維成長

（一）挖掘思維深度：指向概念的建構與內化

借助模型制作，促進學生科學思維從淺層思維走向高階思維，學生能夠完成在較高認知水平層面上的心智活動。學生通過模型制作中的圖示、圖畫、圖表等方式，表達自己前概念，經歷看、想、反思、校正等一系列思維活動以及探究實驗中對實驗數據的分析、比較、綜合、推理、概括過程，能夠經歷新知識與舊經驗的碰撞。

有深度的思維學習，應該能引導學生遷移利用，內化模型制作方式。課堂上，可以借助模型制作尋找探究突破點，激發展開大膽想象、表征前概念；也可以借助模型制作，指導完成實驗數據的處理，形成分析、比較、推理的意識；還可以引導學生借助模型制作，把現象與概念、思維與情境、問題與能力有機地關聯、鏈接起來。這時候，學生所呈現出來的高階思維，實現了科學知識概念的建構與內化。從思維可視化，到思維形象化，再到概念的建構與內化，在模型制作的驅動下，構成了一個完整的科學探究學習、思維表達的過程。

（二）拓寬思維廣度：指向能力的聯結與擴展

借助模型制作，能夠促進學生的思維突破教材限制，從學一知一、學二知二,到分析、總結、比較,找出學習的規律,做到舉一反三,觸類旁通。教材構建與內化的科學知識相當于一枚具有思維能力的石子，當它拋向真實生活情境時，既有石子濺起科學知識的大浪花，也能形成模型制作表達思維發展的漣漪。漣漪要能向全方位展開，表現為學生思維、認知、能力借助模型制作上的數字化模擬、物理實物模型的制作改進。學生以新的觀點、新的角度、新的方式，進行前所未有的思考,從而產生發現新視野、新知識、新情境，解決新問題的智慧和能力。

（三）提高思維有效性：指向認知反芻與重構

杜威在《我們怎樣思考》一書中提出：“反思性思維，是根據信仰或假定的知識背后的依據及可能的推斷，來對它進行主動、持續和縝密的思考。”模型制作指向認知的思維反芻，就是一種反思性思維，它在“問題”和“答案”之間架起一座橋梁，讓所有走過橋梁的學生，回過頭來看清楚這座橋的全貌。因此，反芻的不是問題本身，也不是強化答案，而是解決問題的思維可視化方法路徑。這是對思維本身的反思與批判，可以引導學生有意識地進行認知再重構，從“偶然”選擇的方法路徑，走向“應然”建構的認知圖式。模型制作指向認知的思維反芻與重構，是一種看不見的內生增長，仿佛在打開學生的學習內存，從檢索儲存模式切換到內存更新升級模式。

古希臘智者學派的代表人物普魯塔戈拉說：“頭腦不是一個要被填滿的容器，而是一把需要被點燃的火把。”學與教的模型制作策略，是能夠實現科學探究有效開展的一種重要途徑。小學科學課堂學生科學思維能力的培養是一個漫長的過程，行之有效的模型制作教學策略能更好地促進學生思維品質的不斷完善，進一步提高學生的思維能力。在科學教學中，不斷挖掘思維深度、拓寬思維廣度、提高思維有效性，學生的思維能力就會有質的飛躍，學生的科學素養也會進一步提升。