例談學生模型建構能力的培養

模型建構是一種重要的科學方法，作為核心素養中科學思維的要素之一，其重要性可見一斑。模型建構可將學生難以認知的客觀事物的基本事實、原理、規律等化抽象為形象，幫助他們從科學的視角認識事物內在規律、形成科學概念、建立科學規律。

四年級“地球與地表”單元學習中，學生通過一系列探究活動認識地球內部圈層和地殼運動，逐步建構“地球是一個由不同圈層組成的系統”的概念。該單元的有關現象、事物和規律比較抽象，大部分內容不可能在課堂上直接展開研究，需要借助其他事物來學習。《火山噴發》一課通過對火山成因的探究，借助模擬實驗讓學生了解火山噴發形成的原因，以進一步認識地球內部的物質組成及其運動變化。

四年級的學生對該課內容非常感興趣，對于火山噴發也有一定的了解，但更多的認知停留在文字、圖片和視頻上，很少想過火山噴發形成的原因，所以讓他們直接推測火山噴發的成因有一定的難度。教師可以將模型思維方法運用到該課教學中，讓學生親歷邏輯推理、模型建構、模擬實驗等一系列的科學探究活動，并借助語言表達、建立模型、實驗記錄等，培養他們“基于觀察到的現象進行合理推測”的能力及模型建構的能力。

一、析模：原型情境，拆解追因

較準確地描述原型，才能合理地構建模型。該課中，火山噴發現象是原型，要提煉原型的核心要素就要對火山噴發現象進行拆解、追因。

首先，教師對火山噴發現象進行拆解，幫助學生了解火山噴發原型，這是模型建構的基礎。課堂中教師通過視頻、圖片直觀形象地展現火山噴發時的情景，引領學生觀察火山噴發時有哪些現象發生，讓他們對火山噴發的外部表現有更深入的了解。學生通過直觀感知，探討交流，獲得事實性知識：火山噴發時有裂縫、有濃煙、有熾熱的巖漿等噴涌而出。

師：老師給大家播放火山噴發的視頻，請同學們仔細觀看：火山噴發時有哪些現象發生？

生：巖漿像沸騰了一樣，噴涌而出。

生：濃煙沖向高空。

師：同學們觀察得很仔細。巖漿和濃煙是火山噴發的物質，巖漿是什么樣的，你能具體從顏色、狀態、噴發的地方描述一下嗎？

生：紅色，好像番茄醬，溫度應該很高。

生：像粥一樣從火山口和裂縫中噴出。

師：火山噴發時有滾滾濃煙，濃煙里又有什么呢？

生：就像打開搖晃過的碳酸飲料一樣，我覺得應該有氣體。

（學生匯報后，教師出示有關巖漿、濃煙的圖片和文字資料讓學生閱讀學習。）

然后，教師引導學生對火山噴發出現的現象進行追因，由表及里地將火山噴發能觀察到的現象和地球內部聯系起來，根據火山噴發的現象有根據地推測：熾熱的巖漿——溫度高，噴涌而出——壓力大，裂縫——地殼有薄弱處。

師：根據剛才的觀察、學習，你覺得地球內部是什么狀態？

生：巖漿溫度很高，說明地球內部的溫度非常高。

生：巖漿噴涌而出，我覺得像高壓鍋一樣，壓力應該很大。

師：火山噴發是不是在任何地方都能發生呢？

生：不是。

師：（出示對比圖片）你認為火山噴發更容易在哪里發生？

生：有裂縫的地方，那里地殼應該比較薄弱。

最后，教師引導學生推測火山噴發的成因：根據觀察到的現象和剛才的交流，你能推測火山噴發的成因嗎？此時，學生的推測是符合邏輯的，這培養了他們分析問題的全面性和推理的嚴密性，為后面建立模型奠定基礎。

二、建模：搭建橋梁，建立模型

教師要提高火山噴發模型與真實火山噴發的相似度，以增強模擬實驗的可信度，就要引導學生理解選取模型的材料和實驗條件要與原型有相似之處，讓他們在模型和原型之間建立對應關系，這個環節有助于提升他們的模型建構能力。

師：如果想研究火山噴發，你覺得需要什么實驗材料？為什么選擇這些材料？它們分別模擬的是什么？先自己思考，再組內交流。

生：我們組覺得需要酒精燈、番茄醬。因為點燃的酒精燈溫度很高，可以模擬地球內部；番茄醬很黏稠，顏色也像巖漿，可以模擬巖漿。

生：我覺得可以用鐵架子，如用三腳架來模擬火山。

師：為什么選擇三腳架模擬火山？

生：因為三腳架的樣子很像火山。

師：其他組的想法呢？有沒有不同意見？

生：我們覺得三腳架不行，因為地殼不是鐵的，我們組覺得可以用陶泥來模擬地殼。

生：我們也覺得三腳架不行，可以用山藥泥和土豆泥來模擬地殼，但土豆泥從顏色上看好像更合適。

師：同學們提出了不同的想法，根據交流，你們覺得用哪些材料比較合適？

（引導學生分析、選取合適的模擬材料。）

師：具體怎么利用這些材料模擬火山噴發呢？先自己思考，再小組交流。

生：把陶泥做成小山的形狀，然后把它放到錫紙碗中。用注射器將番茄醬注入小山通道內，觀察實驗現象。

生：把番茄醬包在土豆泥中，放在盤子里，然后用酒精燈加熱，看看會發生什么現象。

（教師根據學生匯報歸納總結實驗方案。）

建立模型需要展開豐富的想象。在前面分析模型的基礎上，學生發揮想象力、判斷力、創造力來建構模型。學生選取的材料是否合適，實驗方法是否合理，這需要教師引導他們分析，在火山噴發模型和原型之間建立對應關系，選出合適的材料建構模型：酒精燈加熱模擬地球內部高溫狀態，番茄醬模擬地球內部的巖漿，陶泥（土豆泥）模擬地球構造中的地殼。

三、用模：模擬實驗，建構概念

特級教師喻伯軍認為，建立模型和模擬實驗是模型思維的重要環節。通過模擬實驗再現得到相關現象及其變化，并發現其中規律，就是有效運用模型思維方法的成果。

建立模型后，學生對模型進行驗證，通過火山噴發模擬實驗收集信息，把觀察記錄的資料進行歸納總結。交流時，教師引導學生將火山噴發實驗現象與自然現象建立聯系，將模擬實驗的結果對應到火山噴發原型上，最終對火山噴發的成因形成全面的認識。

師：哪個小組想和大家分享一下，模擬實驗中你們觀察到了什么現象？

生：加熱酒精燈后，番茄醬從土豆泥較薄的地方噴發出來。

生：我們發現，加熱后密封在陶泥內部的番茄醬冒著熱氣從“地殼”裂縫處噴涌而出。

師：想想前面設計方案時這些實驗材料模擬的是什么，你能嘗試著說一說自然界中火山噴發的成因嗎？

生：在溫度很高、壓力很大的情況下，巖漿從地殼薄弱處噴涌而出，形成火山噴發。

生：地球內部溫度高、壓力大，內部的巖漿不斷上涌，最后從薄弱的火山口噴涌而出。

（教師播放視頻資料介紹地殼運動并進行總結，再播放印度尼西亞火山噴發視頻，讓學生再次解釋火山噴發成因。）

教學過程中，教師可通過實驗記錄單引導學生關注現象的描述與記錄，并注重實驗后的交流，在師生、生生互動中，讓他們進行深入思考和分析，以建構概念、獲得科學解釋，在用模的過程中對“邏輯+實證”的科學本質形成更深刻的理解。

模型建構是小學科學教學中培養學生科學思維的重點，教師應該注重學生模型建構能力的培養，以加深他們對核心概念的理解，提升他們的科學思維水平，培養其創新能力，促進其核心素養的提升。

（作者單位：山東省淄博市周村區東門路小學）