模型建構在“地球與宇宙科學”教學中的應用

〔摘" " 要〕" 小學科學關于地球與宇宙科學的教學中常規教學以講授為主，抽象的內容學生很難掌握，學生在常規教學中思維也很難得到提升。本文提出以模型建構的方法發展學生的創造思維，提升學生的科學認知，使學生在短時間內思維的變化可視化。

〔關鍵詞〕" 小學科學；模型建構；“地球與宇宙科學”；創造性思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 08" " 052-054

小學科學學科作為一門體現科學本質的綜合性基礎課程，以培養學生科學素養為宗旨"，具有基礎性、實踐性、綜合性的特征。《新一代科學教育標準》中首次使用學科核心概念，并遴選了物質科學（PS）、生命科學（LS）、地球與宇宙科學（ESS）、工程與技術領域（ETS）的13個學科核心概念。由于教學內容抽象、教學時間有限、小學生生長發育水平差異等因素，小學科學常規教學常常以理論講授的形式進行。隨著新課標的提出，現在小學科學教學越來越重視學生創造思維的發展，而創造思維的發展如果沒有科學實驗很難真正落實到位。而小學科學實驗分為模擬實驗和對比實驗兩類，本文就以蘇教版小學科學教材中的“地球與宇宙科學”的教學為例對模型建構在教學中的應用進行闡述。

一、“地球與宇宙科學”教學現狀

地球與宇宙科學是學生比較難掌握的知識領域之一，是小學科學教學的難點之一。地球與宇宙科學的學習具有深遠的教育意義。宇宙有多大，宇宙里面有什么，宇宙中有外星人嗎？地球是如何形成的，它經歷了什么樣的演化過程，才形成了如今的狀態？生命在地球上是如何產生和進化的，人類與自然界的其他物種之間是什么關系，我們應該如何對待自然？這些問題，既是學生最感興趣的科學主題，也是自然科學研究的前沿問題。對地球與宇宙科學的學習與探究有利于激發學生對科學的興趣，有利于推動人類社會的可持續發展。通過地球與宇宙科學的學習，有利于學生理解并認同國家為解決資源短缺、環境污染、生態破壞等問題采取的措施，主動踐行資源節約、環境友好的生活方式，形成推動生態文明建設的意識和責任感，樹立人類命運共同體的價值觀。

誠然，地球與宇宙科學教學如此重要，在小學科學教學此內容的時候還是遇到了不小的挑戰。

一是該內容涉及面廣，未知領域和未解之謎較多，而小學生的知識面較窄，缺乏深入探究和推測的能力，如探討月球的起源和環形山的形成原因，火山和地震形成的原因；

二是受學習條件、教學環境以及教學時間的限制，教師無法在課堂上讓學生進行直接觀察和深入探究，如探究月相的變化，晝夜對動植物的影響；

三是學生年紀普遍較小，抽象思維和空間想象能力不強，無法理解抽象的事物，如地球的自轉以及天體的東升西落，太陽系大家族中八大行星的大小比例以及布局位置。

如何幫助學生更好地掌握地球與宇宙科學知識，并從中感受學習地球科學的樂趣？筆者認為，建構模型是一種重要且有效的學習方法。

二、模型建構理論的概念解讀

圖式理論指出，個體對外部世界的認知在很大程度上取決于自身的經驗，個體的經驗、經歷不同，對世界的認知也會不同，并且人們對事物的理解和認知在一定程度上依賴于大腦中已經形成的圖式。奧蘇貝爾認為：促進學習和防止干擾的最有效策略，就是適當利用相關的包攝性較廣的引導性材料。教師利用引導性材料進行教學，有利于激活學生的原生經驗認知，激發他們的學習興趣。

而圖式的建構其實就是模型在學生大腦中的建構。模型是科學課上幫助學生認識世界、了解科學原理的重要手段，學生可以用實物構建模型，然后讓模型在大腦中形成，進而利用大腦中形成的模型來解決問題。

三、模型建構的種類

許多學生認為，模型是一個很抽象的概念。其實，這種認識失之偏頗。統觀蘇教版小學科學地球與宇宙科學教材可看出，模型不只是抽象的，還可以是多樣化的，包括實物、物品、圖像、圖表、演示、模擬、概念等，模型普遍具有形象、可視等特點。在地球與宇宙科學教學中幾乎所有的研究都用到了模型（見文后表格）。

四、模型建構在地球與宇宙科學教學中的應用

【案例】《太陽系大家族》片段：認識八大行星

（一）閱讀了解八大行星的特點

師：這里準備了一段閱讀資料，請同學們仔細閱讀，在小組內說一說，從資料上你發現了什么？可以和同學們一起分享一下你對八大行星的認識嗎？

預測學生回答：

八大行星中有七顆行星的公轉方向與自轉方向相同，金星的公轉方向與自轉方向不同。

八大行星的大小不同，距離太陽遠近不同。

軌道近似圓形。

（二）建模，體會八大行星的大小

師：通過閱讀，我們知道八大行星的大小不同，老師按照等比例縮小，做了八大行星的平面模型，你能認一認它們各是誰嗎？請你把這八個模型放到它們名字的旁邊。

師：請一組同學通過視頻展示臺介紹小組的排列結果。

師：通過把模型排一排，你現在又有什么新的發現和感受？

預測學生回答：行星與行星的大小差別非常大。僅僅依靠數據不能直觀感受。

師：同學們，你們猜猜剛剛你們手中的平面模型是怎么來的？其實八大行星都是近似球體的天體，它們的平均直徑真實的數據是這樣的（PPT），我把地球的直徑看作是1厘米，把其他行星的直徑與地球做比較，就得到了這樣的數據，然后根據這些數據制作的這些平面模型。科學上，我們常采用建立模型的方法進行天文研究。

（三）建模，感受八大行星的距離遠近

師：通過制作模型，我們可以形象直觀地對行星的大小進行比較，我們知道八大行星有的離太陽遠有的離太陽近，它們分別在自己的軌道上繞著太陽公轉著。老師這里有一組數據。這些數據好大呀，我們怎樣才能更直觀地比較它們之間的距離呢？

師：怎樣等比例縮小呢？

預測學生回答：把后面的六個0去掉。

師：剛才在比較八大行星大小的時候老師是怎么縮小這些數據的？把誰看作單位一的？（引導學生用地球的數據做單位一整理數據）

師：如果我給每個小組一塊長42、寬30的KT板，9顆工字釘，你覺得在這張KT板上怎么建立一個模型比較合適？請大家在小組內討論。

（學生自己動手制作出八大行星在太陽系中的分布模型）

從以上案例可以看出模型建構讓學生在學習地球與宇宙科學內容時，學生發現從數據上很難直觀感受到太陽與行星的大小，建模可以把數據更加形象直觀地表現出來。正是因為有了第一次比較行星大小的建模活動，學生在比較行星與太陽距離遠近和行星之間距離遠近的活動中，學生想到了建模這種研究方式。所以建模活動可以讓學生形成更加系統的科學認知觀，促進學生的科學探究能力、創新能力，培養學生的科學素養。學生通過建構模型，對科學知識從感性的認識發展到了理性的認識，模型的建構讓學生觀察更加直觀，使學生的思維從抽象認識到具體認識；通過實驗數據對比，在學生原有認知上建構了新的認知，提高學生分析問題與解決問題的能力，鍛煉學生的認知思維；通過搭建模型進行實驗，給學生提供了良好的探究環境，培養學生的科學學習興趣，使學生能主動地進行科學探究，掌握基本的科學探究方法和技能，能發現身邊的實驗器材，鍛煉學生的發現能力和創造能力，在實驗的過程中，通常要使用實驗的記錄表，實驗記錄表的展現使學生的思維發展可視化。

五、模型建構在教學中運用的注意事項

在做模型建構實驗的過程中，我們不可忽視一些問題，如：在實際教學中，教師更多是直接利用模型進行講解或者演示，忽略了讓學生親身經歷建模的過程；教師準備的分組實驗材料并不特別合理；教師在模型建構實驗前沒有做合理的鋪墊，使學生實驗草草收場，并沒有起到建構模型進行研究的目的。因此在教學中，筆者提出如下建議。

實驗前首先考慮實驗的器材是否會有安全隱患，實驗器材要與學生的身心發展相適應，如小學1～2年級學生不用玻璃滴管而選擇塑料滴管。

實驗器材盡量選擇常見的生活用品，以便學生利用課余時間可以繼續深入研究。

建構模型教學要有適當的思想導向性，對學生要做積極向上的正面引導。

運用模型進行教學的時候，不能只針對某個知識點進行設計，要考慮學生實驗研究延續的可行性發展，要給予證據與邏輯，建立證據與解釋之間的關系并能引導學生提出合理見解。

初期進行模型建構教學時對學生的探究方法要做好引導，要讓學生知道模型的建構是幫助學習而不是課堂上純粹地玩（小學生容易把實驗當玩游戲），要以引導學生思維發展為導向，教師要注意訓練學生思維的深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和獨創性，幫助學生提升思維品質水平，提高思維能力。

綜上所述，通過模型建構進行教學不僅可以運用于地球科學領域，而且在物質科學、生命科學等領域都占有很重要的位置。模型可以使抽象的事物具體化，也可以簡化復雜的現象，還能為科學地解釋和預測某種現象提供依據。科學課程標準中有“要求學生能制作簡易模型”和“能選擇自己擅長的方式（包括語言、文字、圖表、模型等）表述研究過程和結果”等與模型方法相關的要求和表述。運用模型建構的方法進行教學，是小學科學教學的重要特點之一，其目的就是促使學生的認知與思維得到進步與發展，至于如何更合理地使用，需要更多一線教師努力探索。

參考文獻

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