以科學的思維模型培養學生的科學素養

在當今科學技術迅猛發展的時代，科學教育的重要性日益凸顯。在小學科學教學中培養學生的科學思維和探索興趣，對學生未來的學習和發展至關重要。近年來，思維模型作為一種有效的認知工具和教學方法，已經被越來越多的教師所認可和采用。而模型思維作為一種高階思維模式，能夠幫助學生理解復雜的科學概念和現象，培養學生的創新思維和解決問題能力。在素質教育背景下，教師在開展小學科學教學時不僅要向學生傳授科學知識，還要激發學生的好奇心，培養學生的觀察力、思考能力和實驗能力，提升學生的科學素養。由此可見，思維模型作為一種高效的學習和教學策略，對提高小學科學教學質量具有重要意義。

一、模型思維的基本概念

模型思維是指利用模型來理解、分析和解決特定問題的能力，還是一種通過構建和應用模型解決問題、預測結果和理解復雜現象的思維方式，在科學、工程、經濟學和日常決策中扮演著重要角色。在小學科學教學中，模型可以是物理的，如地球的模型；也可以是概念性的，如食物鏈的模型；還可以是數學的，如用于預測天氣的方程式。它們能幫助學生理解復雜的科學現象和過程。通過構建和使用模型，學生可以更好地把握科學概念，發展科學思維，提高解決問題能力。

二、思維模型在小學科學教學中的重要作用

（一）有助于學生理解復雜的科學概念和現象

思維模型對學生理解復雜科學概念和現象具有顯著的促進作用。通過構建、測試和修正模型，學生能夠更深入地理解科學現象背后的原理和邏輯，提升科學素養。同時，思維模型能將抽象的科學概念具體化，讓學生通過實踐的方式掌握知識，有助于增強學習的趣味性和實效性。

（二）有助于提高學生的創新能力和解決問題能力

應用思維模型有助于提高小學生的創新能力和解決問題能力。在構建模型的過程中，學生需要運用創造性思維設計模型，解決模型構建和測試過程中遇到的問題。這一過程能使學生學會從不同角度思考問題，并嘗試尋找多種解決方案，有助于培養他們的創新思維和解決問題能力。

（三）有助于增強小學科學教學的互動性和合作性

引入思維模型能夠增強小學科學教學的互動性和合作性。在構建和測試模型的過程中，學生往往需要與同伴進行討論和合作，共同完成任務。這種合作學習的方式不僅能提高學生的社交能力，還能促進學生之間的團隊合作，為他們將來的學習和發展打下良好的基礎。

（四）有助于激發學生的學習興趣和動力

應用思維模型對激發學生的學習興趣和動力具有重要作用。通過構建和操作模型，學生能夠直接參與學習過程，這能激發學生的學習興趣和動力。此外，應用思維模型能幫助學生增強學習科學的自信心，讓他們更加積極主動地參與科學學習。

三、思維模型在小學科學教學中的應用類型

小學階段是培養學生科學素養的起始階段。思維模型是一種高效的認知工具和科學探究方法，將其應用在小學科學教學中，能夠提升學生的科學素養。目前，思維模型在小學科學教學中的應用類型主要有以下五種。

（一）模擬實驗模型

模擬實驗模型是科學教學中常用的一種模型，它通過模擬自然現象或過程，幫助學生理解和掌握科學知識。例如，在介紹水的循環時，教師可以引導學生通過模擬實驗的方式觀察水的蒸發、凝結和水循環的過程，從而讓學生更好地理解水循環的原理。在科學實驗中，模型可以用來模擬實驗過程和結果。又如，在探究綠豆芽生長的過程中，教師可以引導學生構建植物生長模型，包括光照、水分和營養物質等因素對植物生長的影響。通過這個模型，學生可以更好地理解植物生長的過程和機制。

（二）數據模型

在科學探究過程中，數據是重要的證據。通過構建數學模型分析和解釋數據，學生可以更好地理解科學現象背后的原理。例如，在探究氣候變化的過程中，教師可以引導學生構建數學模型，以預測未來的氣候變化趨勢，使其更好地理解氣候變化的原因和影響。

（三）現象與規律模型

模型還可以用來解釋科學現象和規律。例如，在探究電流和電阻的關系時，教師可以引導學生構建電路模型，通過改變電阻觀察電流的變化，從而分析電流與電阻之間的關系，讓學生更好地理解電學的基本原理。

（四）概念圖模型

概念圖是一種圖形化的思維工具，它能夠將抽象的概念和知識以圖形的形式呈現出來，幫助學生更好地理解和記憶。在科學教學中，教師可以引導學生繪制概念圖，梳理復雜的概念和知識，構建科學課程知識體系。例如，聲音的高低強弱是一個比較抽象且容易混淆的概念，教師可以通過概念圖模型，幫助學生區分和理解。

（五）流程圖模型

流程圖是一種邏輯思維工具，它能夠幫助學生在面對復雜問題時，通過流程化的思考方式理清問題的解決步驟。例如，在教授工程與技術方面的概念時，教師可以通過流程圖模型幫助學生理解和掌握概念。此外，在科學教學中，教師可以引導學生通過繪制流程圖的方式，梳理科學實驗的步驟和操作過程，從而更好地掌握實驗操作技巧。又如，在帶領學生觀察洋蔥表皮細胞、講解從標本制作到顯微鏡的使用方法步驟時，教師可以指導學生將相關知識點整理成流程圖模型，便于學生理解和記憶。

四、小學科學教學中應用思維模型應注意的事項

在小學科學教學中，教師應重視應用思維模型，在應用過程中要注意以下四個方面。一是在課程設計時引入更多與模型相關的活動，如模型構建、模擬實驗等。通過這些活動，學生不僅能理解科學概念，還能學會如何應用這些概念解決實際問題。二是鼓勵學生進行探索性學習。在思維模型的框架下，教師可以鼓勵學生主動提問、探索和實驗，激發學生的好奇心，提高他們的觀察能力和思考能力，使他們更深刻地理解科學原理。三是提供支持性的學習環境。教師可以鼓勵學生大膽嘗試，讓他們通過不斷的嘗試和改進，學會自主探索，增強科學探索的效果。四是采用跨學科教學方法。思維模型的應用不局限于科學教學，也可以應用于數學、藝術等其他學科。因此，教師可以采用跨學科的教學方法，利用跨學科的項目引導學生從不同角度理解模型，幫助他們建立更全面的知識體系。

五、小學科學教學中應用思維模型的策略

（一）創設情境

在小學科學教學中，教師可以利用生動有趣的實驗和案例，創設與學生生活經驗相關的情境，讓學生在具體的情境中理解科學概念，從而激發學生的好奇心和求知欲，使他們主動探索科學知識。

例如，在講解水循環知識的過程中，教師可以設計一個模擬雨水落下和蒸發的實驗，并創設相應的情境吸引學生參與，讓學生將抽象的科學概念與現實世界聯系起來，以便更好地理解和應用這些概念。通過觀察和操作，學生能夠更直觀地理解水循環的過程，掌握科學現象背后的原理，為進一步構建思維模型打下基礎。

（二）以問題為導向

問題導向是指教師以問題為核心，引導學生通過探究活動來解決問題。在這種學習模式下，學生不是被動地接受知識，而是主動地尋找問題的解決方案。教師可以創設問題導向的學習情境，引導學生在實踐中學習科學知識，同時培養他們的模型思維，提高他們的自主學習能力。

例如，在教授植物生長的相關知識時，教師可以提出如下問題：“不同光照條件下，植物的生長會有什么不同？”然后讓學生分組進行實驗，觀察實驗現象并記錄數據，從而激發學生的好奇心，培養他們的觀察、分析和解決問題的能力。

（三）傳授方法

教師可以教授學生如何構建各種類型的模型，包括實物模型、圖表模型和數學模型等，讓學生通過實踐掌握構建模型的方法和技巧。具體而言，教師可以設計與學生年齡和認知水平相適應的模型，并將這些模型融入日常教學活動，讓學生借助模型更好地理解復雜的科學概念。例如，在教授水循環的相關知識時，教師可以指導學生構建一個簡單的水循環模型，讓學生直觀地理解蒸發、凝結和降水等過程，從而對水循環有更深刻的認識。

（四）鼓勵反思

在小學科學教學中，教師應注重培養學生的批判性思維和創新能力。在構建模型的過程中，教師應鼓勵學生自我反思，發現存在的問題和不足，并及時調整思路和方法。例如，教師可以鼓勵學生對現有模型提出改進建議，還可以通過優化教學方法激發學生自主探索和創新的熱情，讓學生在科學學習中不僅能獲得知識，還能提高解決問題能力和創新能力。

（五）組織合作

教師可以通過小組合作的形式，讓學生共同探討科學問題，交流建模思路和方法，培養他們的團隊協作能力和創新精神。在構建和分析模型的過程中，學生需要與同伴討論、協作，共同尋找解決方案，這種合作學習的方式不僅能加深學生對科學知識的理解，還能提高學生的溝通能力，培養學生的團隊協作精神。

（六）多元評價

為了更好地培養學生的模型思維，教師應構建一個多元化的評價體系，全面反映學生在構建模型過程中的表現。具體而言，教師在構建多元化評價體系時應注意以下四點。

一是多元化評價體系需包括形成性評價和總結性評價兩個部分。形成性評價側重于學習過程中的即時反饋，包括同伴評價、自我評價及教師評價。這種評價方式有助于學生及時了解自己在構建模型方面的進步和不足，并及時調整學習策略。總結性評價則在學習單元或項目結束時進行，旨在評估學生在整個學習過程中模型思維的發展情況，通常采用項目作業、口頭報告或書面考試等形式進行。

二是多元化評價體系應注重評價內容的廣泛性。在評價學生的科學學習表現時，除了評價知識掌握程度，教師還應評價學生在模型構建、實驗設計、數據分析和結果解釋等方面的能力。例如，教師可以通過學生設計的科學實驗評價其對科學模型的理解和應用能力，通過小組討論與報告評價學生的合作和溝通能力。

三是創新評價方法是構建多元化評價體系的關鍵。傳統的筆試評價往往難以全面反映學生的模型思維發展情況，教師可以采用更多元化的評價方法，如口頭報告、模型制作和實驗操作等。這些方法不僅能更直觀地展示學生的思維過程和成果，還能激發學生的學習興趣和參與熱情。

四是多元化評價體系應強調反饋的及時性和建設性。良好的反饋機制能夠幫助學生明確自己的優點和不足，并改進學習方法。因此，教師應提供具體、有針對性的反饋，指出學生在構建思維模型過程中的不足，以提升其科學素養。

（作者單位：江蘇省蘇州市金筑實驗小學校）