發(fā)展學(xué)生模型建構(gòu)思維

高鴛鴛

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》首次明確將模型建構(gòu)作為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分。模型經(jīng)常被應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，但存在對小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)的研究與教學(xué)重視程度不夠的情況。本文主要從以下三個方面進(jìn)行了教學(xué)實踐，以期為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維提供方向：基于創(chuàng)設(shè)情境，觸發(fā)模型建構(gòu)思維；基于經(jīng)驗事實，發(fā)展模型建構(gòu)思維；基于模型對比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；模型建構(gòu)思維；核心素養(yǎng)

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 12? ? 037-039

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“新課標(biāo)”）首次在義務(wù)教育階段提出并突出了“核心素養(yǎng)”概念，其中把科學(xué)思維作為四個核心素養(yǎng)之一，突出了科學(xué)思維的重要地位和作用，首次明確地將模型建構(gòu)作為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分。新課標(biāo)指出模型建構(gòu)主要體現(xiàn)在：以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ)，對客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。這就意味著模型建構(gòu)教學(xué)對于學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)有著重要的意義及價值。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中貫徹核心素養(yǎng)的教學(xué)理念，重視培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維能力，對學(xué)生的全面發(fā)展將起到關(guān)鍵作用。下面筆者從以下三個方面談?wù)勛陨碓谀Ｐ徒?gòu)思維方面的培養(yǎng)策略：基于創(chuàng)設(shè)情境，觸發(fā)模型建構(gòu)思維；基于經(jīng)驗事實，發(fā)展模型建構(gòu)思維；基于模型對比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

一、基于創(chuàng)設(shè)情境?觸發(fā)模型建構(gòu)思維

情境創(chuàng)設(shè)是思維形成的基礎(chǔ)，在模型建構(gòu)思維型教學(xué)中應(yīng)該重視情境的創(chuàng)設(shè)，在情境中觸發(fā)思維。素養(yǎng)只有在真實情境解決中才能表現(xiàn)出來，真正培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，喚起模型認(rèn)知

科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)最開始是提出問題。一個好的問題能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生明確探究方向。課前在生活中尋找盡可能真實的學(xué)習(xí)場景，創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實的問題進(jìn)入學(xué)習(xí)，喚起學(xué)生對原始模型結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。

比如三年級上冊第二單元第6課《我們來做“熱氣球”》一課，通過觀看各種各樣熱氣球升空視頻，創(chuàng)設(shè)熱氣球結(jié)構(gòu)問題情境：這些熱氣球能升空的核心結(jié)構(gòu)是什么？它與熱氣球升空有什么關(guān)系？課堂上可以用什么材料來模擬熱氣球并實現(xiàn)熱氣球的升空？通過一連串的問題引發(fā)學(xué)生的思考，喚起對熱氣球模型結(jié)構(gòu)的初認(rèn)知。再給學(xué)生提供熱氣球建模材料：塑料袋、蠟燭、透明塑料圓筒。指導(dǎo)學(xué)生帶著問題去設(shè)計：你認(rèn)為透明圓筒上氣孔的作用是什么？應(yīng)該在下面還是上面合適？塑料袋的位置放在哪里合適？需要蓋住氣孔嗎？以喚起學(xué)生對熱氣球結(jié)構(gòu)模型的深認(rèn)知，觸發(fā)模型建構(gòu)思維。

（二）創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，聚焦模型建構(gòu)

模型建構(gòu)思維教學(xué)的另一個起點是任務(wù)情境。真實的任務(wù)情境必須立足于學(xué)生的“所思所想”，貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活實際，可以助推“教、學(xué)、評”一致。在模型建構(gòu)思維教學(xué)中創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，聚焦模型建構(gòu)，觸發(fā)模型建構(gòu)思維。

比如教科版小學(xué)科學(xué)五年級下冊第二單元第3課《用沉的材料造船》，通過觀看不同的船在行駛過程中側(cè)翻的視頻畫面，從船側(cè)翻畫面引發(fā)學(xué)生對船的載重量和穩(wěn)定性的思考，創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，聚焦模型建構(gòu)：挑戰(zhàn)建造一艘能承載10個墊圈并且能在水中穩(wěn)定行駛的小船。通過思考如何建構(gòu)載重量大又能穩(wěn)定的船結(jié)構(gòu)模型，觸發(fā)學(xué)生模型建構(gòu)思維。

二、基于經(jīng)驗事實?發(fā)展模型建構(gòu)思維

新課標(biāo)指出：模型建構(gòu)思維的基礎(chǔ)是經(jīng)驗與事實。以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ)，對客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型。模型建構(gòu)的目的不是建模本身，而是要對模型進(jìn)行測試，將模型與原型進(jìn)行對比，從而促進(jìn)對原型的理解。

（一）基于實物建模，促進(jìn)思維發(fā)展

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，模型并不陌生，教師經(jīng)常會使用各種模型進(jìn)行教學(xué)，采用模型建構(gòu)的方式幫助學(xué)生認(rèn)識和理解科學(xué)現(xiàn)象。模型可以是實體、可觸摸的，也可以是一些方法，還可以用觀念、數(shù)學(xué)符號來表達(dá)。而實物建模是促進(jìn)小學(xué)生思維發(fā)展的重要方式。如下表1是小學(xué)不同年級模型建構(gòu)的內(nèi)涵和具體要求。

比如四年級上冊第二單元第8課《食物在體內(nèi)的旅行》一課中，由于人體內(nèi)部的消化器官在課堂上不可視，基于學(xué)生對于人體真實器官的了解和觀察的經(jīng)驗事實，進(jìn)行“人體消化器官”建模（如圖1）。先利用PVC透明軟管和塑料袋對食道和胃進(jìn)行建模，通過手捏軟管，模擬食道的蠕動，把食物輸送到胃中。再利用圍兜對消化器官重新進(jìn)行整體建模，將圍兜正面穿戴，在圍兜正面擺一擺消化器官（食道、胃、小腸、大腸）的位置，讓學(xué)生真真實實地看到各個消化器官在人體的對應(yīng)位置，對消化器官的位置有更直觀的認(rèn)識。在感受小腸和大腸的長度和粗細(xì)這一環(huán)節(jié)，采用將圍兜反面穿戴，在圍兜下端剪2個小孔，讓小腸和大腸露一點在外面，請兩個學(xué)生上來用拉一拉的方式感受小腸和大腸的特點。他們發(fā)現(xiàn)大腸很快被拉出來了，小腸拉了好一會兒。當(dāng)小腸全部出來后，和大腸放在一起，一對比就知道它們的特點了，不需要多加解釋。當(dāng)那么長的小腸呈現(xiàn)在學(xué)生面前時，教師抓住機會問：“這么長的小腸是怎么待在我們的身體中的呢？”學(xué)生一下子就想到彎彎曲曲盤在里面，很好地促進(jìn)了學(xué)生模型建構(gòu)思維的發(fā)展。

（二）基于模型解釋，深化思維發(fā)展

在模型建構(gòu)以后，學(xué)生必須能夠利用實物模型進(jìn)行測試、解釋，從而開展科學(xué)思維的過程。學(xué)生只有在應(yīng)用抽象、分析、比較、分類等思維方法后，發(fā)展了思維能力，才能使思維由感性走向理性，深化思維發(fā)展。下表2是小學(xué)不同年級模型解釋的內(nèi)涵和具體要求。

比如三年級下冊第一單元第7課《我們的“過山車”》，當(dāng)搭建好過山車模型以后，小組學(xué)生對自己本組的過山車模型進(jìn)行測試。當(dāng)小球走完全程時，嘗試對過山車模型進(jìn)行解釋：到底過山車有怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使小球順利走完全程？它的路線又是怎樣的？當(dāng)小球脫軌或無法走完全程時，同樣需要對搭建的模型做出反思：是坡度問題？連接處問題？還是其他原因？通過對有效模型和問題模型的對比解釋，對模型做出調(diào)整。同時將自己小組和其他小組的過山車進(jìn)行比較，通過相同距離比時間的方式，比一比不同小組過山車小球運動的速度，從而發(fā)現(xiàn)小球在過山車上的運動速度與過山車結(jié)構(gòu)的關(guān)系，找出影響速度的因素：起點高度、坡度、曲線軌道、直線軌道等。不斷深化模型建構(gòu)思維。

三、基于模型對比?進(jìn)階模型建構(gòu)思維

模型對比是學(xué)生進(jìn)階模型建構(gòu)思維非常關(guān)鍵的一步。將在模型建構(gòu)中習(xí)得的思維能力進(jìn)行遷移，對比原型，將建構(gòu)的模型運用于真實情境中，發(fā)現(xiàn)與真實事物的差異，解決真實情境中的問題，并通過多種途徑、材料重構(gòu)模型，基于模型對比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

（一）基于模型改進(jìn)，持續(xù)思維進(jìn)階

模型是對原型的抽象，仿真度很高。但當(dāng)對模型和原型進(jìn)行比對時，學(xué)生通過模型區(qū)分模型和真實事物的差異，能夠更深刻地理解真實事物的獨特屬性。因此通過對比模型，可以初步理解模型與真實事物之間的聯(lián)系，從而對模型進(jìn)行改進(jìn)，使它更接近于真實事物，達(dá)到思維的持續(xù)進(jìn)階。

比如三年級上冊第二單元第6課《我們來做“熱氣球”》一課，對熱氣球模型進(jìn)行應(yīng)用改進(jìn)遷移，嘗試用熱氣球升空的原理來解釋孔明燈的原理。通過孔明燈與熱氣球模型的對比，發(fā)現(xiàn)熱源的持續(xù)供熱會影響熱氣球升空的時間，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)課堂上做的熱氣球的熱源不能和熱氣球一起飛行，因此不能長時間飛行，上升一會兒就會掉下來。因此筆者又布置了一項任務(wù)：動手改進(jìn)熱氣球，從而讓熱氣球長時間飛行。如果能連續(xù)飛行1分鐘，即為改進(jìn)成功。圖2是一位學(xué)生正在對熱氣球模型進(jìn)行改進(jìn)并測試。學(xué)生經(jīng)歷從設(shè)計能升空的熱氣球模型到設(shè)計能持續(xù)升空的熱氣球模型的系列模型改進(jìn)過程，基于模型的改進(jìn)，持續(xù)思維進(jìn)階。

（二）基于模型重構(gòu)，突破思維進(jìn)階

模型重構(gòu)是對課堂上模型建構(gòu)的拓展與延伸，是學(xué)生深化模型認(rèn)知、活化科學(xué)建模、發(fā)展科學(xué)思維的重要方式。可以用不同的材料對同一模型進(jìn)行再次構(gòu)建，通過模型的重構(gòu)，突破思維進(jìn)階的難點，基于模型重構(gòu)，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

比如在六年級學(xué)生學(xué)完“小小工程師”單元后，開展“意大利面高塔挑戰(zhàn)賽”：用20根意大利面，在10分鐘內(nèi)搭建0.6米高以上的穩(wěn)定高塔。從討論到設(shè)計到搭建，用意大利面高塔模型進(jìn)行模型重構(gòu)。想制作出既高且穩(wěn)的意大利面高塔并不容易，需要學(xué)生綜合運用學(xué)過的形狀與力學(xué)的知識：上小下大、上輕下重、三角形框架結(jié)構(gòu)的高塔穩(wěn)定性比較強。在搭建過程中，好幾個小組都出現(xiàn)了問題：“地基”不穩(wěn)；中間出現(xiàn)了倒塌、傾斜現(xiàn)象；越到上面難度越大。他們組內(nèi)不斷調(diào)整，突破思維的進(jìn)階。圖3是各個小組學(xué)生搭建的意大利面高塔。通過高塔的制作、測試與改進(jìn)，學(xué)生在模型重構(gòu)中進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

以上是筆者在模型建構(gòu)思維教學(xué)方面的培養(yǎng)策略，在后續(xù)的教學(xué)中，還需要持續(xù)深入實踐，從而形成適合不同年級、不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的模型建構(gòu)的教學(xué)方法，為學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展提供抓手。

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