創建3J3M1H解暗箱教學模型

〔摘" "要〕" 為了幫助學生解開人體暗箱，教師在教學過程中創建3J3M1H解暗箱教學模型。“3J”指的是“體驗—模擬—順應”三個階（jiē）段，進階上升；“3M”指的是“解模—踐模—建模”三模（mó）策略，建構科學概念；“1H”指的是閉合回（huí）路，前后呼應，檢驗建模成效。以《身體的運動》為例，教師以3J3M1H解暗箱教學模型為方法，幫助學生建構“人體結構與功能”概念，指向健康生活，提升思維品質。

〔關鍵詞〕" 小學科學；解暗箱模型；科學思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）12" " 0007-03

人體生理內容是一個“暗箱”，學生既熟悉又陌生，生活中能清晰地體會到心跳加快、呼吸急促、饑腸轆轆，卻無法觀察到自己身體內部的樣子。這給學生的自我認知造成了一定的困難，無法用操作實驗來檢驗自己的猜測。

筆者認為可以借鑒“暗箱理論”（見圖1），由外部的反復感知對暗箱內部做出間接推理。人體解暗箱的實質就是由身體活動推測其生理系統的組成器官、特點及其功能。

一、模型界定

3J3M1H解暗箱教學模型基于暗箱理論創生的課堂教學模型（見圖2）。

“3J”指的是三個階（jiē）段：第一階段，體驗感知，引起注意，暴露前概念，同化納入認知結構；第二階段，模擬原理，解開暗箱，從實物建模到思維建模，進行認知加工；第三階段，順應遷移，建構科學概念，通過思辨，指向核心概念。

“3M”指的是“解模—踐模—建模”三模（mó）。解模的關鍵是找到具有同構性材料，引導學生從結構與功能的關系上進行推理和檢驗。踐模是指做好模擬實驗，觀察描述實驗現象，形成可靠證據。建模是指思維建模，基于證據做出邏輯推理，建立科學概念。

“1H”指的是閉合回（huí）路，在輸出時解釋課前問題，前后呼應，再順勢而為，解決更多的實際問題。

二、理論依據

暗箱理論。暗箱有內外之分，相互依存：“外”，可反復感知，體驗身體的變化和器官的特點；“內”，可間接推理，從各器官的結構特點來推理與之匹配的功能。

建模思想。模擬人體系統的運動原理，經歷“了解原型，提出假設——建立模型，進行驗證——解釋原型，探明原理”三部曲：一為體驗活動，通過體驗感知，激發學習興趣和動機，充分暴露前概念并以此作為教學起點；二為解暗箱，搭建支架，經歷3M過程；三為輸出應用，解釋思辨，整固科學概念，曉之以理，導之以行。

三、操作方法

人體科學主題，基于現代健康理念，以身心健康為線索，以生理結構為依托，以健康生活為目的。教師要明確學科內涵，把握大單元教學，厘清活動之間的邏輯關系；立足兒童立場，分“兒童認知過程—學習活動—科學實踐過程”三條主線，細化3J3M1H解暗箱教學模型（見圖3）。

感知肌肉功能][動動全身與閱讀資料卡，體悟全身骨骼、關節、肌肉協同作用][研討1：如何讓骨骼、關節和肌肉更加健康？

研討2：尋找生活中與身體運動結構相似的物體][拓展：帶指套寫作業，解釋：運動系統協同作用][科學實踐過程][設境、聚焦、認同][研討、聚焦、提煉][解釋、運用、作業][發現、推理、類比][手臂][全身][解模][踐模][建模][關聯][解暗箱][骨骼""""""關節""""""肌肉""""""運動系統]

（一）外界輸入，豐富感知

教學伊始，安排舉啞鈴的體驗活動，讓學生思考3個問題：舉啞鈴的過程中哪些器官在參與？摸一摸這些器官有什么結構特點？猜測它們有什么功能？并且借助手臂輪廓圖畫一畫手臂內部參與運動的器官。

舉啞鈴，學生很感興趣。先摸肘關節的運動變化，再用紙筒套在肘關節上，發現無法用手摸到自己的耳朵；體悟曲臂時肱二頭肌變短粗和肱三頭肌變細長，伸臂則相反，同時能感受到“使勁、酸脹和顫抖”等，對肌肉收縮牽引骨骼運動有初步的判斷，為解開暗箱做好鋪墊。

【片段1】體驗上肢運動

師：你是怎么知道骨頭在里面？骨頭上面有什么？它們有什么特點和功能呢？

生1：骨骼又直又長、比較硬，骨骼的功能是支撐我們的身體。

生2：肌肉有彈性，肌肉在舉啞鈴的過程中帶著骨骼向上舉。

（二）實物建模，深度加工

解模。人體的運動系統是模型的原型，原型與模型間的比例、結構、功能、運行機制、發展過程都是模型建構的關鍵。建模之前需要先“解模”，從材料的結構、特點找到與真實的身體組織之間的關聯，體現建模的意義所在。

【片段2】理解設計原理

師：你覺得它們分別代表著什么？

生1：木塊代表骨，合頁代表關節。

生2：短的是肱二頭肌，長的是肱三頭肌。

師：工字釘代表什么？（肌腱！）肌腱是怎么附著在骨骼上的呢？

生：直接長上去的，吃雞大腿要啃下來很難。

師：請大家仔細看，木塊的內、外側都打了6個孔，分別標著1～6號。請根據手臂結構，思考肱二頭肌和肱三頭肌的“肌腱”應該裝在哪里呢？

生：我覺得裝在1、4號孔，與手臂結構圖更匹配。

重點圍繞“用什么模擬”“怎樣模擬”兩個問題，這是建模成功的關鍵所在。合頁能做180°平展和肘關節能屈伸運動相似，肌腱如何附著對學生來說也是困難的，借助工字釘來幫助學生建立聯系。

踐模。重點是做好模擬實驗，通過實驗發現是長、短皮筋的牽引而引起木塊的“曲臂”和“伸臂”。拍攝視頻并投屏將實驗現象可視化，使之成為可靠的證據。上肢骨用3×3方木（有一定的自重）取代筷子、塑料吸管，用兩根長度不同的皮筋分別模擬肱二頭肌和肱三頭肌，先讓手臂伸直（見圖4a）。用右手拿著上臂骨的上端，向左慢慢傾斜，見證長短兩個皮筋的收縮和拉伸屈臂運動（見圖4b）。

建模。是指由實物建模轉向思維建模。通過類比建立模擬實驗與身體運動系統的原型之間的關聯。提供問題支架，完成填空：曲臂，肱二頭肌（收縮），肱三頭肌（舒張）；伸臂，肱二頭肌（舒張），肱三頭肌（收縮）。基于可靠證據進行類比推理，形成“肱二（三）頭肌收縮舒張，牽引骨骼引起曲（伸）臂動作”的結論。

本課是以解“上肢曲臂、伸臂”暗箱作為主體探究活動，建構的概念是不完整的。在輸出環節安排了“動動全身”活動，讓學生體悟不同的動作是由不同部位的骨骼、關節和肌肉協同工作完成。

【片段3】體悟全身運動

師：我們來做一個“全身運動”，感受是哪一部分的骨骼、關節、肌肉在運動。

生：抬大腿，大腿的肌肉在帶動大腿的骨骼運動，還有腰部、脖子的肌肉。

師：請大家閱讀書本P63資料卡，填一填PPT上的空格，請說一說：

身體里一共有（200）多塊骨頭，骨骼能支撐身體和保護內臟器官。

關節連接著骨，不同的關節，活動方式不同，肘關節可以屈伸，肩關節可以（環轉）。人體共有（600）多塊肌肉，肌肉附著在骨骼上。肌肉（收縮）時，帶動骨骼運動。

模擬實驗有一定的局限，與身體結構和原理存在差距，通過閱讀資料卡、觀看視頻和借助VR等虛擬技術，展現人體運動系統的器官組成和各器官之間的協同作用，立體逼真，再提供填空式問題支架，深度研討，了解人體運動系統的結構與原理。

建模是一個循序漸進、不斷修正的過程，讓模型無限接近原型，再運用類比間接推理，最終實現思維建模。

輸出順應，遷移提升。輸出是最后一環，是一個順應的過程，將新的信息整合到學生原有的認知結構之中，可以先回再辨。“回”指的是“回應”，對導入的情境問題做出解釋；“辨”指的是“思辨”，指向健康生活，驗證“解暗箱”效度。

【片段4】指導健康生活

師：我們的身體像一臺精密的機器，如果機器長時間不用會怎樣呢？為了保護我們的骨骼、關節、肌肉，可以怎么做呢？

生1：多運動，多吃有營養的食物，均衡營養。

生2：還要睡得好，生活規律、合理作息。

生3：不要做過于劇烈的運動，要科學訓練。

水到渠成，圍繞問題展開思辨，能使學生知道如何健康生活，幫助學生形成珍愛生命的觀念和態度。

【片段5】拓展仿生機械

師：生活中有許多與我們身體運動結構相似的物體：挖掘機、高架塔、萬向節、門窗合頁，觀察它的哪一部分和我們身體中的骨、關節或肌肉相似？

生：挖掘機的伸縮桿對應肌肉；高架塔對應骨骼；萬向節、合頁與“關節”很像。

師：人們模仿生物的結構和功能，制作機械，我們也稱“仿生機械”。

最后提供圖片，讓學生認識各種機械，播放視頻，觀看它們的工作原理，妙趣橫生，將課堂推向高潮。

綜上所述，3J3M1H解暗箱教學模型是一種建模方法，司外揣內，體現了“透過現象看本質”的哲學思想。這樣教可以更好地幫助學生建構“身體的運動是由骨、關節和肌肉協同工作完成”的概念，有助于激發學生的學習積極性，提升他們的想象力、系統聯系的思維水平，培養良好的思維品質。

參考文獻

[1]曾寶俊，王天鋒.小學科學教師入門十課[M].北京：化學工業出版社，2019.

[2]曾寶俊.微亦足道：小學科學課堂細節研究[M].北京：高等教育出版社，2018.

[3]喻伯軍.小學科學關鍵問題指導[M].北京：高等教育出版社，2020.