讓學生經歷模型的建構過程

〔摘 要〕 模型的構建和應用是小學科學課程中的重要內容。建構模型作為一種引導學生的認知手段和思維方法，能夠幫助學生理解一些復雜的科學概念和原理。小學科學課程中的模型建構，既可以是一種真實模型的搭建，也可以是非實物形態模型的搭建。非實物模型的搭建可以理解為“思維模型”的構建。我們可借助思維導圖、類比模型、探究體驗、角色扮演等，讓學生經歷模型的構建過程，幫助學生將復雜的科學知識邏輯化，逐漸形成系統化的科學思維。

〔關鍵詞〕 小學科學；模型；建構模型；模型思維；科學思維

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 19 028-030

根據2022年版《國家義務教育課程標準》的要求，科學思維是從科學的角度理解客觀事物的本質屬性、內在規律和關系的一種方式。它主要包括模型構建、推理和論證、創新思維等。模型的構建主要體現在：根據經驗事實，抽象和概括客觀事物，然后構建模型。建構模型的目的是利用模型來分析、解釋現象和數據，描述物體系統內部的結構、關系及變化過程。

模型的構建和應用是小學科學課程中的重要內容，建構模型作為一種引導學生的認知手段和思維方法，能夠幫助學生理解一些復雜的科學概念和原理。因此，在科學教學中，我們要認識到模型建構對學生思維發生與發展的深刻作用，精心設計分層推進的科學探究活動，讓學生在模型建構過程中不斷體驗與感悟，促使學生的思維方式得到持續發展。

一、模型與模型建構的特征

提到模型，在我們大腦中會閃現許多儀器室內的實物模型，如三球儀、蝗蟲模型、眼睛構造模型、簡單機械、光具座等。這些模型是依據自然事物或科學原理搭建的真實模型。教學中的實物模型主要有兩種：一種是比例模型，即把真實的物體按比例放大或縮小制成的，用來模擬自然物的外部特征或內部結構，如蝗蟲模型、眼睛構造模型等；另一種是類比模型，用來模擬自然界中客觀事物的性質、現象或規律，如簡單機械、銅球實驗裝置等。

另一類是以非實物樣態存在的模型，它們不是一個個具體實物，而是以圖表模型、思維圖、數字公式等方式存在。例如《碎冰融化的溫度變化曲線圖》《24小時降水量的界定標準》《不同地區同一月份氣溫比較折線圖》等。這些模型用圖表、數字來解釋自然事物的變化現象及規律，直觀、形象，讓人一目了然。

科學家可以利用模型向人們解釋科學現象及原因。在科學課堂上，我們借助模型，能把微觀世界變成可見的，把遙不可及的變成可以觸摸的，把難以解釋的現象可視化、簡單化。小學科學課程中的模型建構，既可以是一種真實模型的搭建，也可以是非實物形態模型的搭建。教師可以基于學生已有知識背景和經驗，給予學生一定的材料或工具，把學習的思考過程、知識的理解與運用過程等，通過模型表達出來，促使學生加深對科學知識、概念的理解，形成系統的科學思維，并在思維程度上得到發展。

二、模型建構的原則

（一）尊重學生原則

在思維模型建構過程中，教師應當基于學生原有的知識背景、語言表達習慣進行教學活動設計，創設有效的教學情境，讓學生能憑借已有的知識展開探究活動，不斷豐盈、充實自己原有的知識儲備，獲得并建構更為復雜的知識模型的能力。在學生模型建構的過程中，教師要做到眼中有學生，尊重學生，允許學生犯錯，并鼓勵學生在探究活動中不斷地修正模型，促使學生學習思維能力得到不斷提升。

（二）重在啟發原則

實踐出真知。科學思維不是教師教給學生的，而是學生在學習生活中通過解決各種問題、任務中形成的。模型建構是學生對已有知識的整理與歸納，是對現有學習技能的實踐應用，是對新問題、新現象的探索與嘗試。在模型建構過程中，教師應當注重對學生的引導啟發，充分調動學生的自主能動性，使其深度參與整個學習過程，從而實現思維能力的提升。

（三）重在服務原則

模型來源于我們的實際生活，為我們科學的認知服務。模型建構的目的是讓科學原理簡單化、形象化、實體化。模型與科學事實的本身雖有高度統一之處，但又有著本質的區別，模型不能完全替代科學事實的本身。模型不是一成不變的，隨著人們對科學的現象的深入觀察與思考，模型會隨人們認知需要不斷修正。

三、讓學生經歷模型的構建過程

（一）運用思維導圖，建構概念模型

我們常說：“語言是表現思維的外在形式和載體。”我們通常可從一個人外在的語言表達習慣中，窺見一個人內在的思維與行為方式。語言表述清晰準確者，大多思維敏捷、做事有條理；語言表述混亂或表述不清者，大多思維遲緩、遇事慌亂，甚至不知道該如何解決。學生在進入課堂前，他們對周圍世界的認識，已形成自己的思維方式。他們會用自己的語言去描述經歷或看到的現象。因此，科學課中的描述科學思維應當建立在學生已有的科學知識基礎之上。思維過程是對已有科學知識的調用、組合以及創新。在教學中，我們可以運用思維導圖的方法，幫助學生構建知識概念模型，并通過科學概念模型的建立，完成對所學知識概念的整理。

如蘇教版科學四年級上冊《運動與位置》一課，是一節科學思維訓練課，通過學習，學生將建立“靜止是相對的、運動是絕對、一切物體都在運動中”的科學觀念。在學生的眼里，奔跑的馬、游動的魚、行駛的車、飛翔的鳥……它們是運動的；公園里的石頭、樹木、馬路旁的路燈……這些物體是靜止的。也有一些學生會認為，風吹過樹葉時，樹葉會抖動，枝條在晃動，這也屬于大樹的運動。學生的認識停留在一個孤立的場景里，當他們看到車窗外的景物后退時，他們的解釋是樹沒有運動，他們強調那是因車在運動而形成的。在觀察公園一角圖片時，大部分學生通過觀察比較兩張公園一角圖，會直接說出某一個物體在運動，而卻不能準確地表述出來判斷依據，這說明學生心中有一個判斷的標準，那就是位置的改變：位置改變是運動的；位置沒有改變是靜止的。基于學生的語言背景，需要在課中給予學生語言的腳手架，借助思維導圖（見下圖），如我們把這個要判斷的物體，可用“一物體”表示，而用于做比較、對照的物體可用“另一物體”表示。判斷的依據可用這樣的語言來描述：一物體相對于另一物體位置發生改變，這一物體是運動；若在對比、比較中，我們發現位置沒有改變，則這個物體處于靜止狀態。這樣的科學表述，可幫助學生厘清運動與靜止的區別，建立運動與靜止的科學概念。

（二）建構類比模型，變抽象為具象

科學課中，有的科學原理較復雜、抽象，借助科學探究活動能幫助學生認識科學現象，但對于內在的科學原理還是不能理解。事實上，我們也可將復雜的內容簡單化，找到某些科學實驗的相通之處，建構類比實驗模型，使抽象的原理變得更具體、生動，有助于學生理解和掌握。如三年級上冊《空氣占空間》一課，用注射器、橡皮做一做壓縮空氣的實驗，學生便可直觀看到空氣是可以被壓縮的。空氣可以被壓縮的原因是什么？因為空氣分子之間有間隔，空氣在受到擠壓時，分子之間的間隔變小，空氣的體積縮小。當作用在空氣上的外力消除時，空氣分子之間的間隔大小會恢復。對于這個科學原理的理解，我們可以建立一個類比模型來幫助學生理解空氣壓縮現象。我們可以用一塊海綿代替一團空氣，海綿中的孔隙可以模擬空氣分子中的間隔。當學生用外力擠壓海綿時，海綿孔洞就會變小，模擬空氣分子受到外力擠壓時，間隔變小，空氣的體積變小。當撤走外力時，海綿孔洞變大，慢慢恢復到原來的狀態，模擬空氣分子的間隔恢復到原狀。這個類比模型，可以非常直觀、形象地展示出氣體分子間隔受力后的變化，幫助學生分析空氣可以被壓縮的原因，從而理解被壓縮的空氣有彈性。

（三）以探究為路徑，建構模型思維

在每一次的科學探究活動中，學生往往需要仔細地觀察或進行實驗，分析觀察到的現象，并用自己的語言、圖畫來描述觀察到的現象及特征，表達出對整個現象認識的思維模型和思維框架。從探究過程的本質是一個構建模型并利用模型解決問題的過程。從探究問題的產生到探究方案設計（建構模型），再到現象的分析（分析模型），最后到結論的得出（解釋模型），學生需要考慮諸多方面的因素，在建構模型、分析模型、解釋模型的過程中，學生的科學思維得到進階發展。

以四年級下冊《龐大的家族》一課為例，在探究活動中，運用