指向科學概念建構的模型教學

科學概念的建構是一個由簡單到復雜的螺旋式上升過程。在以往的科學概念教學中，有的教師并未關注概念建構的進階性，忽視了學習過程實質是一個意義建構的過程，從而影響學生對科學本質的理解，不利于他們的發展。模型建構是指以經驗事實為基礎，對客觀事物進行抽象和概括，進而建構模型；運用模型分析、解釋現象和數據，描述系統的結構、關系及變化過程。[1]它可以借助實物或者形象化的手段簡化人們對認知對象的描述，也可以通過抽象的形式來表達。模型可以超越人們可觀察的范圍，把不可見的、抽象的現象形象化，有利于他們理解科學本質。同時，它也符合小學生的認知特點，從直觀到客觀，從具體到抽象，進而使他們的認知過程顯性化、思維方式外顯化，主動進行知識構建。

五年級《溫度不同的物體相互接觸》一課從內容來看屬于物質科學領域，學生通過研究試管中的冷水與燒杯中熱水接觸后的溫度變化，探究熱量的轉移和平衡。在實際教學中發現，學生對兩個溫度不同的物體接觸，溫度發生的變化規律比較清晰，但對熱量的轉移和平衡概念較模糊，很難將溫度與熱量建立聯系，概念建構不夠深層次。為了使學生深刻理解“熱”的概念，教師應遵循學生科學概念建構的規律，引導他們通過模型的建構掌握相關概念。

一、鏈接生活經驗，提出問題

在模型建構活動中，學生要以生活經驗為基礎，開展探究實踐活動，獲取建構模型的信息，再對信息進行抽象、簡化。在模型建構之前，教師要充分喚醒學生的生活經驗，通過創設真實情境，引導他們主動探究，獲取模型的第一手信息。

用熱水“捂”冷牛奶等使其變熱是學生生活中常見的活動，但是他們并沒有思考其背后的科學原理。本課教學中，教師可以從此入手，創設情境，引導學生結合日常生活中的經驗思考“牛奶為什么會變熱”，緊接著提出探究的問題，引導他們開展探究活動。

片段：生活情境導入

師：早晨一杯熱牛奶，精神滿滿一整天。老師今天早上從冰箱里拿出了一瓶牛奶，但是它有點冷，你有什么辦法能幫我把它變得熱一點嗎？

生：可以放在微波爐加熱。

生：可以放在鍋里煮一下。

生：可以放在熱水里“捂”一下。

師：看來同學們有很多辦法，誰平時用過熱水“捂”的方法讓另一個物體熱起來？

生：我看見媽媽用熱水“捂”過中藥。

生：我用來“捂”過牛奶。

師：今天讓我們在課堂上用“捂”的方法看看，“捂”的過程中冷熱物體相互接觸會有什么變化？

（揭示課題：溫度不同的物體相互接觸。）

二、開展探究實踐，獲取信息

模型建構依賴科學探究實踐過程中所獲得的信息，這需要教師引導學生利用科學的探究方法通過實驗獲取數據信息。在這個探究活動中，教師可以為每個4人小組提供冷水、試管、熱水、燒杯以及電子測溫儀器，讓他們開展小組探究實踐，收集相關的實驗數據，為建構數形模型獲得信息。

片段：小組探究實踐

師：（拿出裝有冷水的試管，放入盛有熱水的燒杯中）把裝有冷水的試管放進熱水中，猜一猜，試管中的水和燒杯中的水會隨著時間的變化發生什么變化？

生：試管中的冷水溫度會上升。

生：燒杯中的熱水溫度會下降。

生：到了一定時候試管中的水和燒杯中的水溫度接近。

師：我們的猜測對不對呢？今天我們就一起來試一試。實驗怎么做呢？我們一起來看視頻。

（微視頻介紹：將裝有冷水的試管放入盛有熱水的燒杯中，每隔2分鐘測量1次冷、熱水的溫度變化，共測量6次，記錄數據。）

師：看明白了嗎？請同學們領取材料，各組開始開展探究活動，并記錄實驗數據。

三、搭建學習支架，發現規律

模型建構依賴于學生探究實踐過程中信息的獲取，并借助一定的信息加工處理才能夠讓他們從中發現規律，形成自己的科學觀點。在這個過程中，教師要為學生提供一定的學習支架，幫助他們學習整理信息，并從中發現科學規律，為建構科學概念打下基礎。

在討論交流環節中，教師可以引導學生將探究實踐過程中獲得的數據轉化為折線統計圖（如圖1），然后讓他們根據折線統計圖進行交流研討，初步形成觀點。

片段：討論交流

師：剛才我們把實驗數據用折線統計圖的方式進行了整理，下面我們來看一看各組的情況，說說自己有什么發現？

生：我發現試管中的冷水溫度逐漸上升。

生：我發現燒杯中的熱水溫度逐漸下降。

生：我還發現一開始試管中的冷水溫度上升得快，后來就上升得慢了。

師：為什么冷水的溫度會上升，熱水的溫度會下降？這說明了什么？

生：冷水吸收了熱水中的熱量，溫度就上升了；熱水的熱量傳遞給了冷水，溫度就下降了。

在交流研討中，學生基于實驗數據分析，推理、論證溫度不同的物體相互接觸過程中的變化規律。但是這種認識還比較膚淺，僅停留在溫度這個層面，如何讓學生從溫度變化轉為熱量的轉移與平衡這個目標，還需要教師進一步通過活動引導他們建構相關概念。

四、聚焦模型建構，深化概念

從本課的目標來看，學生關于“熱”的認識還遠遠未達到本課的教學要求。教師可以借助模型建構，將看不見的概念通過概念模型表達出來，使概念可視化，從而讓學生更直觀地認識理解概念，促進對概念深層次的理解。

片段：建構模型

師：如果我們用圓點來表示熱量，假設試管中一開始的熱量可以用2個圓點來表示，燒杯中的熱水一開始的熱量可以用8個圓點來表示，那么2分鐘、10分鐘的時候，又可以怎么來表示呢？請結合前面測得的數據，小組討論，完成任務單。

（學生領取任務單，開展小組交流學習，并完成任務單。）

師：剛才同學們非常認真地討論并將折線圖中溫度的變化用圓點（即熱量的多少）表示出來了，哪個小組愿意和大家交流一下？

生：（展示任務單，如圖2）我們根據前面測出的數據，把溫度變化轉化成了如圖所示的圓點圖，2分鐘的時候，試管里水的熱量用4個圓點表示；10分鐘的時候，用了5個圓點表示。這體現了試管中的冷水溫度在上升，熱量也在不斷增加。

生：2分鐘的時候，燒杯中水的熱量用6個圓點表示；10分鐘的時候，用了5個圓點表示。這表示了燒杯中的熱水溫度在下降，熱量也在不斷減少。

生：我還補充一點，這樣的表達，表示了熱量發生了轉移。燒杯中熱水的熱量逐漸轉移給了試管中的冷水。

師：這一小組比較清楚地表達了自己小組測量的實際情況。我們再請一組來交流一下。

生：（展示任務單，如圖3）我們小組一致認為2分鐘的時候試管里水的熱量用4個圓點表示，10分鐘的時候用3個圓點表示，你們能看懂這樣表達的意思嗎？

生：我能看懂，你們這樣表達想說明試管里的熱量先是隨著時間的推移慢慢在增加。

生：是的，你看懂了我們小組的意思。燒杯中這樣的表達誰看懂了呢？

生：燒杯中的熱量正在減少，同時我也看到了熱量正在從燒杯中轉移到試管中。

生：是的，我們也這樣認為，當冷水放到熱水中后，冷水溫度上升，熱水溫度下降，這是因為熱量發生了轉移。那么你們有什么疑問嗎？歡迎大家提出來。

生：我想問，為什么原來一共有10個圓點，10分鐘的時候變成9個了？你們是怎么想的？

生：我們認為，熱水中的熱量除了傳遞給冷水以外，還有少量熱量會傳遞到空氣中，所以總的熱量變少了。

師：原來你們這里的9個圓點表示的是這樣的意思啊！這個觀點大家都同意嗎？同意的舉手。

（大多數學生舉手表示贊同。）

師：老師也想問一個問題，如果現在去測量試管中的水和燒杯中的水，你們覺得溫度會怎樣呢？如何用圓點來表示呢？

生：我認為試管中的水和燒杯中的水溫度接近了，而且都下降了。

生：我補充，不僅這樣，而且熱量總量也進一步減少了，如果要表達的話可以用試管中2個、燒杯中3個表示。因為這個時候溫度應該接近我們教室內的溫度了，大量的熱量散失到了空氣中。

師：真的這樣嗎？請大家拿起溫度計再測一次。

（學生各組再測一次。）

從學生精彩的交流研討不難發現，學生憑借將折線圖轉化為概念模型，將摸不著的熱量概念直觀、形象地表達出來，并借助這兩個模型圖，通過研討促使概念的建構更為準確、科學。

反思

反思整節課，關于“熱”概念的建構還不完善，尤其是用圓點的多少表示熱量是否嚴謹還有待商榷。我們認為，這個問題遠遠超出了學生現有的認知水平，本課也并非要讓他們弄清楚。因此，本節課可避而不談，教師重在通過模型在學生可能的理解范圍內引導他們建構科學概念，不斷豐富對“熱”概念的認識。這體現了概念建構的進階性特點，同時也發展了學生的模型建構能力。

（作者單位：浙江省海寧市鵑湖小學）

參考文獻

[1]徐春明.引入模型建構使科學探究可視化［J］.湖北教育（科學課），2020（02）.