一體化模型構建在《石頭上的植物》教學中的設計與實施

〔摘" "要〕" 模型構建能力作為科學思維的重要組成部分，能夠有效地促進學生對概念的理解。本文基于學習進階理論，通過溯源課本中的探究活動、建立進階概念軸、一體化設計模型構建學習三個步驟形成系統化的有序教學課程，幫助學生理解復雜事物的內在規律，引導學生利用關聯思維構建概念體系，培養學生利用科學思維解決問題的能力，促進學生核心素養的發展。

〔關鍵詞〕" 小學科學；一體化；模型構建；進階

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）18" " 0064-03

模型構建能夠幫助學生從科學的視角認識客觀事物的本質和內在規律，《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）亦指出將模型構建能力作為科學思維的重要組成部分。小學科學教學中的模型構建是指為了預測一個系統的可能表現，從而對真實事物（原型）進行抽象，提煉出核心要素，組建與真實事物（原型）高度相似的系統，對其進行測試，并利用測試結果對真實事物（原型）做出有效的修正。

新課標優化了學段目標，因此模型構建在不同年級的要求也有所不同。然而模型構建在實際教學中卻存在碎片化、目標定位模糊、缺少一體化設計等問題。因此，本文基于學生思維進階發展的規律，順應教材中螺旋式上升的學習內容，根據課程內容追溯它在教材中前后關聯的知識，深挖活動背后的大概念，形成進階的概念軸，構建思維模型。通過重構與進階概念相匹配的模型構建探究活動，以此提升學生的模型構建能力，幫助學生能夠用關聯的思維將實物與模型相結合，客觀地理解事物的本質屬性和內在規律，促進學生核心素養的發展。

一、一體化模型構建的設計思路

隨著科學教育觀的悄然轉變，教學設計從分割教授各種知識模塊和探究技能轉變為系統設計教學序列。因此，基于學習進階的模型構建課程開發能更好地規劃學生的發展路徑，使之符合學生的心理特質。

（一）進階視域下模型構建的基本內涵

模型構建的一般步驟包括：理解模型、構建模型和應用模型，而進階視域下模型構建不僅指學習行為的進階，也是指每一個步驟在不同年級的學習內容上具備不同的進階要求。

lt;F：＼小學科學2025-18期381＼18期 .校對返回發李總＼頁面提取自－5.案例設計 36p 【帶審校標記】 丁已校" .pdfgt;圖1" 進階視域下模型構建的一般步驟

1.模型構建在學習行為上的進階

理解模型是指基于教師創設的情境，學生能夠進行表征與想象、分析與類比理解模型與真實事物（系統）之間的關系以及核心要素。構建模型是指學生利用真實事物（系統）或事物根據任務要求，制作相似的模型。模型應用是指學生能夠利用模型，嘗試解釋真實事物（系統）的關系或結構，并在這個過程中不斷地修正完善模型。

2.模型構建在學習內容上的進階

理解模型對1～2，3～4，5～6年級學生的要求分別是：能夠區分實物模型與真實事物，大致比較二者的異同；通過觀察，比較實物模型與真實事物之間的核心要素；能夠對比實物模型或思維模型與真實事物（系統）之間的核心要素。

模型構建對1～2，3～4，5～6年級學生的要求分別是：能利用實物嘗試仿制簡單實物模型（平面模型）；能制作簡單的實物模型；能制作較為復雜的實物模型。

模型應用對1～2，3～4，5～6年級學生的要求分別是：能用簡單的實物模型（平面模型）類比相關的真實事物，能用簡單的實物模型描述真實事物解釋相關現象，能用復雜的實物模型解釋真實事物之間的關系。

通過模型構建在學習行為和學習內容上的進階，幫助他們用關聯的思維將實物與模型相結合，推動學生深入學習。

（二）一體化模型設計思路

學習進階理論指出，應有機地將學習內容進行融合，形成圍繞核心概念展開的一系列由簡單到復雜、相互關聯的教學活動序列，以促進學生元認知的發展，構建小學科學概念體系。

1.溯源探究活動

當遇到教學難點，學生對于某個知識難以理解時，很有可能是他的原有經驗比較薄弱或缺失，可以嘗試通過“溯源”的方式，尋找學生學習的“起點”，也可以檢驗本次的教學目標是否設立得太高，從而形成整體一致、前后連貫、逐漸深入的課程體系。

2.建立進階概念網

新課標中包含4個跨學科概念和13個大概念（也稱核心概念），每個大概念又可分解為若干個一般科學概念。大概念具有較強的遷移和解釋力，通過“溯源”探究活動的進階關系深挖活動背后的大概念之后，能夠將概念作為探究活動的抓手。

3.一體化設計

通過“溯源”的方式尋找到教學內容的“起點”和“終點”后，再根據它們蘊含的概念建立概念網，最終設計一體化的教學活動。概念的理解和建立依賴于學生對相關知識的模型建立，模型的良好建構又離不開學生對探究對象的內涵理解，它們相互依存、相互制約、相互促進。

lt;F：＼小學科學2025-18期381＼18期 .校對返回發李總＼頁面提取自－5.案例設計 36p 【帶審校標記】 丁已校" -2.pdfgt;圖2" 基于學習進階的小學科學一體化模型構建策略圖

此外，一體化模型構建課程可以是針對某一單元，也可以是針對某一領域的知識，甚至是跨年級的基于整個小學科學內容設計一體化的系統教學課程，推動學生深度學習。

二、一體化模型構建的教學案例

《石頭上的植物》是蘇教版科學三年級下冊第二單元“環境與植物”中的第4課，本單元旨在引導學生“知道不同植物有適應不同環境的本領”，通過第一課《不同環境里的植物》總領整個單元，建立植物形態與其生存環境的密切關系，從而展現植物對環境的適應性。《石頭上的植物》這節課中主要是通過探究苔蘚的外形特征，揭示它們適應環境的不同本領。

（一）實操案例的設計思路

1.構建植物結構的基本模型

本課主要的探究活動為通過觀察石頭周圍的環境特點，再以青苔為例觀察它的外形特征，從而構建“生物與環境的相互關系”。

植物具有一定的結構層次，它一般由根、莖、葉、花、果實、種子構成，這樣一個復雜又開放的系統，可以通過構建模型的方式簡化千姿百態的植物外形，探索它與環境之間的內在關系。因此，根據本課的教學目標將本課的建模活動設計為理解模型、構建模型、應用模型三個環節，其中對于一般植物的結構模型涉及三年級第一單元“植物的一生”中的概念，在“應用模型”階段又可以外延到四年級下冊《生物與環境》中“植物適應四季變化的方式”的相關內容。

2.構建以“結構與功能”為主的概念網

本課通過對青苔的觀察，以及卷柏的資料閱讀，在初級概念“植物一般由根、莖、葉、花、果實、種子構成”的基礎上，習得“不同環境的植物的外部形態具有不同特點及作用”的概念，再延伸到“生物與環境的相互關系”的核心概念，幫助學生形成“結構與功能”“穩定與變化”等高階跨學科概念。

3.一體化設計“植物與環境”的探究活動

本課以構建植物模型的方式開展課堂教學活動，通過理解模型、構建模型、應用模型這三個環節，幫助學生構建完整的概念網，促進學生深度學習。

lt;F：＼小學科學2025-18期381＼18期 .校對返回發李總＼頁面提取自－5.案例設計 36p 【帶審校標記】 丁已校" -3.pdfgt;圖3" 《石頭上的植物》一體化設計

（二）實操案例的實施過程

1. 理解模型

師：出示一棵大樹圖片，你能根據第一單元所學，簡單地畫出這棵樹的各個部位嗎？學生根據圖片畫出植物的根莖葉主要結構。

【設計意圖】尋找學生學習的“起點”，構建一般的植物結構模型，為后面的內容打下基礎。

2.構建模型

師：這是我們小區的一棵樹，那你知道30億年前地球陸地是什么樣子的嗎？師：（出示30億年前陸地的猜想圖）此時的陸地具有哪些特點？植物生存會遇到哪些困難？學生通過研討發現了三方面的生存困難：當時的陸地幾乎是巖石，地質堅硬，因此植物難以扎根；陸地幾乎沒有土壤，因此植物難以吸收養分；內陸地區沒有穩定的水源，因此植物生存缺水。師：在這樣惡劣的環境下，有一種叫作苔蘚的先鋒軍植物來到大陸，請你猜測一下，它可能會長什么樣子？學生根據地質條件進行合理猜測：根——長且發達，有助于吸收水分且固定；莖——短小，有助于減少消耗；葉——小而密，有助于接收陽光和水分。

【設計意圖】在小區那棵樹的模型上，重新構建青苔的模型。其實大部分學生對于苔蘚的莖葉是熟知的，但對它的根卻不清楚，因此，在猜測苔蘚根的特點時會存在一定的困難，這也是突破本課教學難點的地方——通過產生認知沖突修建新的概念。

3.應用模型

師：青苔的各個結構究竟是什么樣子呢？讓我們觀察后修正你剛剛的猜想，并嘗試解釋它的結構是怎么幫助它適應環境的。師：（出示資料卡）請你思考一下，在北方那樣干燥嚴寒的冬天，青苔會如何應對呢？

【設計意圖】通過實地觀察青苔驗證自己構建的青苔模型，通過適當拓展，將模型應用于實際。此外，在四年級學習到進階內容時，可再將本課作為學習的“起點”，開展系列學習。

三、一體化模型構建的教學思考

在教學中實施一體化模型構建的過程中，我們發現它能夠有效促進學生思維真正地發生，但同時想要更好地發揮它的作用還需要有意識地挖掘模型構建內容、有計劃地落實一體化課程、有結構地呈現學生成果輸出等。

（一）有意識地挖掘模型構建內容

目前，由于建模模型意識的淡薄，很多教師不能夠在教學過程中充分利用建模的思想開展課堂教學。事實上，除了“地球與宇宙”的內容以外，“系統與模型”等內容都能夠成為教師挖掘模型教學的方向。

（二）有計劃地落實一體化課程

一體化課程設計了系統教學課程后，教師需要按照系統課程有序地推進教學進度，避免出現由于時間過長而斷層的現象。那么，在一體化設計時，可以通過撰寫“教學計劃表”“時間進度表”等形式統籌每次的系統課程。

（三）有結構地呈現學生成果輸出

模型構建的過程中要求學生通過實物模型或者思維模型簡化實物的樣貌，因此教師可以將學生的作品按照“低階—中階—高階”的結構收集起來，為學生的后續學習做好鋪墊。這樣，學生不僅能夠對之前的模型進行驗證和完善，還能夠在此基礎上構建完整的概念網，深化對大概念的理解。

參考文獻

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