充分認識模型建構的教學價值

林宏華

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務教育科學課程標準》指出，核心素養的內涵包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任，明確提出模型建構是科學思維的重要組成部分。模型建構教學在小學課堂教學中應用廣泛，但這種應用是無意識的，處于被動地位。筆者在幫助教師理解模型建構內涵的基礎上，梳理課標，理解各階段的模型建構要求，通過具體的課堂教學案例，明確模型建構教學的一般流程，為發展學生科學思維、落實核心素養培養目標提供方法。

〔關鍵詞〕? 小學科學；科學思維；模型建構

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 18-0004-03

2022年版《義務教育科學課程標準》將科學課程核心素養分為科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個方面。課標指出：科學思維是從科學的角度對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。模型建構作為科學思維的重要組成部分被明確提出，說明模型建構教學的價值得到認可和重視。它對于學生的科學學習、培養學生的科學核心素養有著非常重要的意義與價值。教師需要在深刻理解其內涵的基礎上，開展扎實的教學實踐。

一、模型建構的內涵理解

科學教師在平時教學中經常會使用各種標本、裝置或模型進行教學，也會采用模擬實驗幫助學生認識和理解科學現象。

比如，在《宇宙中的地球》教學中使用太陽系模型、地球結構模型等；在《認識耳朵的結構》教學中使用耳廓模型、鼓膜模型、呼吸模型和表示骨骼、肌肉和關節的運動模型等。這些模型都是實體的、可見的。也有研究者對模型的含義進行了擴展，認為模型可以用觀念、數學符號，將自然界中的現象和事物表達出來。關于這一點，在新課標“技術、工程與社會”學科核心概念的“教學提示”中也有體現：在教學中，學生可以利用技術與工程的方法和流程，完成作品設計和制作，形成一個系統。這些作品又可以成為后續更大系統中的實物模型，用于驗證科學原理、復現科學現象、演示科學原理如何轉換為技術等。比如，教科版科學五年級下《設計我們的小船》一課，學生的小船設計圖可以成為下一課《制作與測試我們的小船》的模型，可以借助設計圖，從理論上分析我們的小船能否有一定的載重量、能否行駛一定的距離。這也屬于模型建構教學的一部分。

了解了模型所包括的含義，那什么是“模型建構”呢？有學者結合其他文獻資料的觀點，在結合新課標的基礎上，將科學模型建構解釋為學生主體從經驗事實出發，對科學情境、任務或問題中涉及的科學現象、事物進行抽象和概括等建構模型，并運用模型分析、解釋、描述系統的結構與關系等復雜加工后形成科學模型的過程。

二、模型建構的教學目標

模型建構是科學思維核心素養的重要組成部分。新課標指出，模型建構體現在兩方面：以經驗事實為基礎，對客觀事物進行抽象與概括，進而建構模型；運用模型分析、解釋現象和數據，描述系統的結構、關系及變化過程。以上兩方面不僅指出了模型建構的路徑，還明確了如何運用與分析模型。進一步解讀新課標，我們發現，針對小學各年級，模型建構教學有不同的學習目標。

新課標的模型建構目標[年級 目標 1～2年級 能利用材料和工具，通過口述、繪畫、畫圖等方式表達自己的想法 3～4年級 能利用模型解釋簡單的科學現象 5～6年級 能使用或建構模型，解釋有關的科學現象和過程 ]

從上表中可以看出，新課標對我們教材解讀以及課堂教學有很重要的引領作用。“模型建構教學”在小學階段是螺旋式上升的，課堂教學要遵循學生的認知發展規律。

三、模型建構教學促科學思維發展實踐探索

模型建構教學是科學思維與探究實踐培養的重要手段，因此，在實施的過程中，我們需要在分析學生已有經驗和模型認知水平的基礎上，結合新課標要求和教材內容，對教學目標進行重點梳理和分析，在扎實的課堂教學實踐中，培養與發展學生的模型建構能力。

（一）以問題為導向，遞進式模型建構

以教科版科學三年級上《風的成因》為例。

1.提出問題，呈現原始模型

活動一，提出問題，讓紙筒里的小風輪轉動起來，如下圖。

這一活動是學生研究風的成因的重要鋪墊。在師生的互動體驗中，教師讓學生想辦法使紙筒里的小風輪轉動起來。學生會跑起來、用書本扇、用嘴巴吹……這些方法都成功地讓小風輪轉動起來了。在體驗活動之后，大部分學生已經感知到“有風，小風輪就會轉動”，但教師不要點破，也不要做深入交流。呈現原始模型只為增加學生的感性認識，讓學生在后續的活動中有更多的觀察發現，同時也在學生心中埋下一個科學問題：“小風輪為什么會轉動？”會提出可探究的科學問題也是學生應具備的科學探究能力之一。

2.升級問題，形成過渡模型

活動二，升級問題，借助蠟燭讓紙筒里的小風輪轉動起來。有了第一個活動的鋪墊，學生對讓小風輪轉動起來非常有探究興趣，也很有信心能借助蠟燭的熱量讓小風輪轉動。可是實踐操作以后，他們會驚奇地發現，紙筒只有在提起來一點的時候，小風輪才能轉動，甚至轉得更快。此時，如果基于初中學生的認知水平，借助這個過渡模型也可以嘗試讓學生解釋風的成因。但是，對于小學三年級的學生，他們對風的成因的認識要建立在“眼見為實”的具象思維基礎上。為了讓學生“看到”風的形成過程，我們出示了“風的成因實驗盒”。如下圖。

3.遷移問題，構建科學模型

遷移學習，思考如何讓塑料盒里的小風輪轉動起來。在第二個活動的基礎上，學生很快會聯想到抬高實驗盒或在塑料盒旁邊開一個小孔，小風輪會轉動起來。通過三個活動的鋪墊，而且通過一定的觀察，教師提出問題：“小風輪為什么會轉動起來？”通過這個問題的遷移，啟發學生認識到“空氣的流動影響小風輪的轉動”。“如何觀察到空氣流動呢？”借助線香，觀察線香煙霧的流動方向。至此，才真正建構了適用于三年級學生的“風的成因”的科學模型。但是模型建構教學并不止于此，建模的目的不是模型本身，而是通過模型建構促進學生對原型的認識。所以，教學過程中另一個要解決的問題就是組織學生通過模型解釋客觀世界。

4.解決問題，不斷完善模型

了解塑料盒里風的成因后，學生需要借助已經構建的科學模型去解釋活動二紙筒中的小風輪轉與不轉的原因，同時嘗試解釋自然界中的風是怎么形成的。通過這些問題，教師引導學生進一步探究和實踐，對建構的科學模型進行持續的補充和完善，從而完整地認識和理解“風的成因”。

原始模型—過渡模型—科學模型—完善模型，以問題為導向，遞進式的模型建構教學以螺旋式逐漸升級、遞進，學生科學思維也因此得到發展。

（二）圍繞“系統與模型”跨學科概念，項目式模型建構

系統與模型是科學教育四個跨學科概念之一，它的形成肯定離不開模型建構教學。比如六下《八顆行星》一課，我們也需要借助模型來理解和解釋復雜的太陽系大家庭。本課的教學目標是通過制作行星的位置關系模型，讓學生能夠感受到八顆行星距離太陽的遠近差距、赤道直徑大小差距，進而直觀地認識到八顆行星排列和大小的特征。為實現這一教學目標，這節課的模型建構教學可以分為以下三個階段。

1.發布項目任務，提煉系統特征

學生對太陽系有了初步的認識，知道了太陽系中的主要組成天體。但對于太陽系中主要行星的分布情況，絕大部分學生仍局限于教材中的太陽系示意圖，不知道真實的太陽系與此相差甚遠。本課的驅動性任務是“制作行星的位置關系模型”，通過數據建模讓學生體會數據建模的重要性和客觀性。項目要求：符合太陽系結構，越接近真實越好。學生通過資料閱讀、觀看視頻等形式，知道八顆行星離太陽的遠近以及赤道直徑的大小，并對這些數據進行處理（按一定比例縮小）。

2.借助材料支架，制作實物模型

根據了解到的八顆行星離太陽的遠近以及赤道直徑的大小，按照處理后的數據制作行星位置關系模型，模擬太陽系大家庭。為了讓制作的模型更接近真實，教師提供了建模的紙帶、透明膠等材料，清晰地呈現出：八顆行星在太陽系的空間分布是不均勻的；與太陽相比，八顆行星是十分渺小的。不僅加深了學生頭腦中對太陽和太陽系中的天體的印象，更重要的是可以培養學生的空間想象力和理解力，對學生建立有關宇宙空間的概念十分有益。

3.通過模型解釋，理解系統特征

模型制作并展示之后，學生自發地會從多角度對項目進行評價，比如模型本身、小組合作等。但是建模的目的不是模型本身，而是通過建模促進學生對原型的認識。所以，教學過程中另一個要重點解決的問題就是，組織學生通過模型解釋客觀世界。根據模型制作要求，首先比較各小組建好的行星位置關系模型能否真實表示行星距離太陽遠近、行星大小，越接近真實越好。再修正模型，教材中有一張八顆行星的壓題照。思考：這張圖片哪些地方真實反映出八顆行星的實際情況？哪些地方沒有真實反映？通過這樣的修正，學生進一步強化了對太陽系這個系統的認識，也明白了圖片為什么要標注“本圖不代表天體大小和距離的實際比例關系”。

提煉系統特征—制作實物模型—理解系統模型，圍繞以上三個階段的學習內容，教師規劃一系列的學科實踐活動，通過模型建構引導學生實現系統與模型跨學科概念的形成。

綜上所述，通過對新課標下科學模型建構教學的內涵理解、分階段教學目標精準定位及模型建構教學的實踐提煉，我們可更加清晰地認識到作為科學思維核心素養的重要組成部分的模型建構對學生核心素養培養的作用。一線教師應充分認識模型建構的教學價值，立足課堂，積極在日常教學中加以落實，必將促進學生科學思維的發展。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

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［3］史加祥.新課標背景下小學科學模型建構的教學理解與實踐[J].中小學課堂教學研究，2022（7）：19-22