建構模型，啟迪思維：以《我們來做熱氣球》為例

【摘 要】《義務教育科學課程標準》（2022年版）的課程目標明確指出：科學課程要培養的學生核心素養包括科學觀念、科學思維、科學實踐、態度責任等方面。模型建構能夠呈現出學生學習的思維過程、對知識的理解、對知識的內化過程，從而促進學生對知識的深層理解。可見模型建構在小學科學教學中是非常重要的一環，是培養核心素養的重要途徑。以熱氣球升空的模型建構為例，闡明在小學科學教學中如何開展模型建構活動，便于更好地促進學生科學思維的發展。

【關鍵詞】核心素養；科學思維；模型建構

《義務教育科學課程標準》（2022年版）的課程目標明確指出：科學課程要培養的學生核心素養包括科學觀念、科學思維、科學實踐、態度責任等方面。模型建構能夠呈現出學生學習的思維過程、對知識的理解、對知識的內化過程，從而促進學生對知識的深層理解。模型建構體現在：以經驗事實為基礎，為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。可見模型建構在小學科學教學中是非常重要的一環，是培養核心素養的重要途徑。

小學科學課堂要幫助學生“建模”。即要讓學生從自己已有的知識經驗出發，通過一些簡單的、類似的材料，將所要表達的科學方面的原型予以呈現出來，突出所要呈現現實的本質特征，將復雜的、難以理解的內容簡單化，用學生能夠理解的形式表現出來。模型建構能夠呈現出學生學習的思維過程、對知識的理解、對知識的內化過程，從而促進促進學生對知識的深層理解。但在實際教學中，出現學生對所要建構的模型整體認識不清；對所要建構模型的構成要素認識得不全面；模型與實際現象中各部分的作用對應不上等問題。下面以三年級上冊《我們來做熱氣球》一課為例，談一談如何在教學中開展有效的模型建構活動。

一、現實情境導入，感知模型

模型的建立最重要的是要選擇良好的科學問題情境，喚醒學生對科學模型的認知，初步建立有關的科學模型，為后續科學模型的抽象和概括打下基礎。選擇的情境要和模型有直觀相似的結構，這樣學生更容易建立模型與現實相互聯系。

在《我們來做熱氣球》一課中，我利用點燃熱氣球的視頻引入，激發學生興趣的同時，引發學生對熱氣球為什么會升到空中的原有認知。學生觀看熱氣球上升的同時可能會觀察到熱氣球的基本結構，從而有助于學生在頭腦中抽象出熱氣球升空的基本模型。

在構建熱氣球升空的模型時，教師要幫助學生分析模型建構的要素，使學生對模型的整體認識更全面。首先，教師通過談話，進一步強化“加熱”“點火”等關鍵詞，并引導學生思考“為什么點火就能讓熱氣球飛起來”，將“點火”與“熱氣球飛起來”聯系在一起，有意識地為學生建構模型提供支架。

二、基于原有認知，設計模型

模型的建構不是一蹴而就的，是一個“具體——抽象——具體”的過程。首先需要學生根據已有的知識經驗，自己設計模型，實現從“具體”到“抽象”的飛躍。然后用畫圖、粘貼圖示或語言表述的方式將設計的模型記錄下來，讓思維可視化。

選擇材料的過程即對熱氣球模型的抽象概括，使模型簡單化、合理化。為了讓模型進一步具體化、可視化，我選擇以畫圖的方式呈現小組構建的熱氣球的模型。這些模型圖顯示出的也許是學生存在的各種模糊的、錯誤的觀念，暴露出他們思維中的認識局限。通過模型圖比較和分析，幫助學生清晰認識熱氣球升空的基本條件，確定建模方向，找到解決問題的方法，為后續進一步驗證這一“抽象”建模奠定基礎。

三、實驗探究驗證，構建模型

在《我們來做熱氣球》這一課的教學實踐中，大多數教師會直接告知學生這種模型如何建構，這樣做的弊端在于學生沒有經歷建模的過程，只是被動接受建模的結果，無法有效提升學生的科學建模能力和科學思維。為了讓學生深刻體會科學建模的過程，領會科學建模的思想，教師要指導學生通過實驗探究的方式檢驗設計的模型。實驗探究是模型建構的主要途徑。學生根據自主設計的模型進行實驗，一方面能夠培養學生的動手操作能力，另一方面在實驗的過程中對自主設計的模型是否能夠得到與現實情境相同的結果進行驗證，即驗證自主設計的模型是否合理。

四、探究要素關系，分析模型

模型的各個要素相互作用，就會有不同的效果。學生從相互作用的效果能夠更深入地理解模型個要素的作用，從而更深入地理解模型。在實驗探究驗證的環節中，學生會發現每組建構模型的效果都有不同之處。造成這種結果的原因是什么？讓學生去嘗試探究模型各要素之間的關系，從中找到原因。在此環節，我讓學生觀察對比各組構建的模型，找到不同之處，然后在進行實驗探究去驗證是否是此原因導致模擬實驗的結果不盡相同。

大多數小組選擇的只有加熱裝置和球囊，其中兩只蠟燭的要比一只蠟燭的效果好。由此可引導學生思考“加熱裝置”與“球囊”能否升空之間的聯系。直觀地看，它們之間是通過“空氣”相連。這不由得讓學生想到，“是空氣讓球囊升空”。加熱前的空氣并不能讓球囊升空，那么為什么加熱后的空氣能讓球囊升空呢？進而聯想到一般的物質都具有“熱脹冷縮”的性質。

此環節學生既理解構成各要素的相互作用是影子發生變化的原因，同時也分析并表達出各要素之間的關系，深刻理解了熱氣球升空這一科學模型的本質。

五、結合實際現象，運用模型

建構模型的目的是更好地認識現實情境，從而掌握有關現實情境的客觀規律和科學知識。因此在模型建構后，我引導學生將對建構的模型還原到現實之中，利用模型解釋簡單的科學現象，站在現實現象的層面來認識。

在《我們來做熱氣球》拓展應用環節，我以孔明燈為實例，讓學生以粘貼圖示和語言表達的方式來解釋“孔明燈為什么會飛上天空”。最后，讓學生觀察發現孔明燈和熱氣球升空模型的共性，認識到科學模型的意義。學生根據實際情境，運用模型解釋原因，進一步理解模型，并將原型與模型相互關聯。

模型的建構是一個“具體——抽象——具體”的過程。用模型建構的方式來教學，是培養學生科學核心素養重要的途徑。它能用最簡單的形式，呈現出難理解的、抽象的內容。在模型構建的過程中，學生不僅掌握基本的思維方法，同時又可以實驗探究。動手操作等環節，使學生帶著好奇心進行學習，提高學生的動手操作能力，加深對科學概念的理解，加強與日常生活情境的聯系，實現科學核心素養的提升。