〔摘" "要〕" 空間模型的建構、進階、調節有助于學生突破小學科學課程中地球與宇宙科學專題的教學難點，不斷提升學生空間模型的思想。本文嘗試以《八顆行星》為例，初步探討空間模型項目實踐。資料卡、數據庫、模擬場有效改進空間模型，暴露學生的元認知，引發認知沖突，找到空間模型的有效支架。實踐單、任務群、技術流不斷地修正空間模型，是發展空間模型的有效路徑，促進科學思維和模型建構的協同發展。

〔關鍵詞〕" 小學科學；空間模型；科學思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0007-03

模型建構源自科學哲學中的科學研究方法，科學理論的核心是模型。模型建構成為小學科學教學中的難點，“難上加難”的就是地球與宇宙空間模型建構。在長期的地球與宇宙專題教學中，我們發現學生科學觀念按部就班，空間建模意識薄弱；科學實踐簡單模仿，空間建模方法缺失；科學探究淺嘗輒止，空間建模能力不足。《義務教育科學課程標準（2022年版）》中“模型”成為高頻術語，且提出模型建構作為科學思維重要組成部分，成為培養學生科學核心素養的重要途徑。本文嘗試以教科版科學六年級下冊《八顆行星》為例，踏上研究八顆行星空間模型的奇妙之旅，初步探討空間模型的實踐探究。

一、概念解析·原型表征·雛形建立：空間模型的構建

（一）概念解析：積累科學空間模型建構

空間模型是對宇宙空間系統內部結構和關系的一種抽象表示，它幫助人們理解和分析復雜的宇宙空間系統的運作方式。模型主要分為文字模型、數學模型和物理模型三大類，每種模型都有其獨特的表示方式和應用場景。

科學思維是對自然界和人類社會中復雜現象進行深刻理解和有效處理的關鍵能力，是人在社會實踐的基礎上，對感性材料進行分析和綜合，通過概念、判斷、推理等形式，形成合乎邏輯的理論體系，能反映客觀事物的本質屬性和運動規律。科學思維主要包括科學建模、科學推理、科學論證等。建立空間科學模型的過程能呈現人們對宇宙空間的理解與感知。

（二）原型表征：積淀科學空間模型建構

從認知心理學的角度分析，空間模型建構的認知心理分為結構層、執行層、調控層和評價層四個層次，彼此間相互監督評判或影響調節，見圖1。結構層針對的是創造性地解決問題，是科學思維的本體架構。科學建模、科學推理、科學論證構成了思維執行層的操作。調控層的態度—興趣—自我效能感有效影響調節前兩者。評價層的元認知—批判性思維又時刻進行監督評判。

《八顆行星》是宇宙單元第2課，屬于新課標13個學科核心概念之一——宇宙中的地球，還有涉及的跨學科概念——系統與模型。宇宙科學相對于物質科學、生命科學、工程設計三個專題來說比較難理解，結構宏大，又遙不可及。

（三）雛形建立：積累科學空間模型建構資料

本課的空間建模不僅會加深太陽和八顆行星等天體在學生頭腦中的印象，更重要的是通過模型理解八顆行星之間的大小關系、位置關系與相對距離關系等，培養學生的空間理解力和想象力，對學生建立有關宇宙空間概念十分有益。

通過科學測得的數據，這是我們學生能獲得的“一手資料”。通過建模的方式來了解原型的表征。基于原型的特點，我們設計了比較大的系統模型讓學生感知，給他們留下想象的空間。

二、資料卡·數據庫·模擬場：空間模型的進階

（一）資料卡搜集：空間模型位置改進

教師開門見山揭題：太陽系有八顆行星，地球是其中一顆，還有哪些行星？它們離太陽由近及遠順序是怎樣的？學生課前用DeepSeek或豆包搜索行星資料，完成該課學習單中的前置學習部分：太陽系有八顆行星，將八顆行星離太陽由近及遠的順序進行排序，在括號內填出它們的名稱。

一學生在黑板上向全班呈現第一次建立的位置關系模型。學生板貼大小相同的八顆行星離太陽由近及遠的位置。同時，用相同大小的濾紙或白紙圓片、黑色記號筆板貼呈現，為后續實踐設計沖突埋下伏筆。

（二）數據庫建立：空間模型大小改進

學生發現黑板上的模型有缺陷，能清晰地說出大小不合適、距離不合適。他們通過DeepSeek等查閱八顆行星基本數據，統一梳理成教材中基本數據表。

學生開始思考根據這些數據來調整行星模型。他們利用比例尺，將每顆行星按照真實比例縮小，制作出了新的行星模型。在這個過程中，學生不僅學會了運用數據進行科學建模，還深刻體會到了數據的準確性和重要性。

（三）模擬場設計：空間模型距離改進

課堂教學空間有限，我們需要學生在有限的室內空間完成，實驗室或報告廳成了我們完成八顆行星空間模型比較好的模擬空間。

根據六年級學生特點，教師提前選擇黑白材料作為小組材料，提供黑白模擬場，更接近真實的宇宙。教師提供給各組的材料有：黑色絲帶、白色圓紙片、筆、膠帶、軟尺、圓規、直尺、剪刀等。實踐分析，利用行星資料和實踐材料，降低其他因素干擾建立黑白模型，建構八顆行星模型，黑色絲帶暗示太陽系中深邃的距離，讓白色行星模型更加凸顯，達到建模的深層意義。

三、實踐單·任務群·技術流：空間模型的調節

（一）實踐單學習：調節空間模型的數據

教師從學生視角，基于不同學生層次設計項目實踐學習單，理清本節課的學習邏輯。以學生為中心，根據資料修正八顆行星的大小和距離的關系模型，組織科學實踐。項目實踐學習單可包含“真實情境—前置學習—項目名稱—實踐材料—評價標準—活動過程—拓展應用”部分，對于項目實踐的評價標準的協商與活動過程可以因不同層次學生進行調整。

以真實赤道直徑按比例縮小到10億分之一，學生分別列表計算出八顆行星縮小后可以在室內做的模型直徑大小，按比例縮小后水星為0.5厘米、木星為14.3厘米。根據真實平均距離按比例縮小到1萬億分之一，學生分別列表計算出八顆行星按比例縮小后可以在室內做的模型距離，按比例縮小后水星距離太陽6厘米，海王星距離太陽450厘米。這里給予學生充足的時間進行處理，以理解基于數據建模的意義與轉化規律。

（二）任務群呈現：調節空間模型的步驟

本課根據“明確問題—搜集數據—數據處理—建模實踐—修正模型—解決問題”的流程進行，重點定位在根據資料修正八顆行星的大小和距離的關系模型。在建模過程中不同學生對于各組數據的快速處理，是本課空間建模的難點。為了解決難點和大量數據的困擾，師生一起梳理探討活動步驟。

根據模型大小，用8片白色圓紙片剪出八顆行星的模型圓片。建議剪出一個圓片用黑筆寫上行星名稱。

根據縮小后的模型距離，在黑色絲帶上確定起點（太陽的位置）與八顆行星的距離。建議用白色高光筆做標記。

將八顆行星模型圓片按模型距離粘在相應位置，整體觀察建構八顆行星關系模型。

每組學生認真計算、分工合作，在小組修正中貢獻自己的力量。合作較好的小組大概15分鐘內能完成，個別小組在實踐中需要20分鐘完成，允許小組有時間上的差異，完成第二次建模，此時模型長度達450厘米，如圖2所示。

（三）技術流使用：調換空間模型的呈現

希沃白板是課堂上常用的教學軟件，教師運用希沃白板把3個小組的前4顆行星進行比較，后4顆行星進行比較，流動參觀其余小組八顆行星模型，明確赤道直徑和距離的整體認識，理解第二次模型的價值，也能體會第二次模型的局限。在研討之余，教師出示該比例尺下太陽大小（140厘米KT板）和立體水星（大小合適的白色泡沫塑料球），形成直觀對比。

此時課堂上40分鐘可能已用完，在此結束本課的實踐較為可惜了。如何在有限時間內仍帶給學生更多時空啟發呢？八顆行星在縮小到10億分之一的大小比例下，距離到底該放多遠？學生進行數據處理，見下表。

很顯然，如此距離校園內已無法呈現，運用生活中的模型，打開學生的視野，不因課堂時空的局限而停止對八顆行星的思考，實際上讓學生去建立第三次黑白模型。教師在電腦或iPad上示范百度地圖測距技術，學生定位以太陽在學校實驗室或報告廳的位置為起點，在地圖上測量八顆行星的距離。師生再尋找等比例尺的泡沫塑料球和標簽紙做好八顆行星立體模型，小組合作把同比例下的八顆行星認領并帶回“家”，擺在相應的地圖實際位置。其實，這樣的模型并不是異想天開，教師輔以瑞典斯德哥爾摩的八顆行星模型的視頻加以佐證，現實中我們真的可以完成，激發學生實地建模的興趣。

學生不斷激發出批判性思維，可能并不滿足只停留在這里。科學思維中還有很多形象思維、聯想思維、發散式思維、靈感思維、直覺思維等非邏輯思維的方式運用。如果我們還繼續考慮運動關系需要進行第四次建模，用四維動畫方式表達模型，仍還有更多立體模型。學生借助剪映或即夢等軟件的圖片、視頻、數字人生成應用，AI賦能達到自我效能感的更大滿足。

空間模型的建構、進階、調節有助于學生突破小學科學課程中地球與宇宙科學專題的教學難點，不斷提升學生空間模型的思想。資料卡、數據庫、模擬場有效改進空間模型，暴露學生的元認知，引發認知沖突，找到空間模型的合理支架。實踐單、任務群、技術流不斷地修正空間模型，是發展空間模型的有效方法。教師聚焦現實世界，抽象模型特征，提供合理的材料豐富學生空間感受，幫助學生突破時空限制，類化生動的、具體的空間形態，促進科學思維和模型建構的協同發展。每個模型都有一定價值，也有一定不足，學生大腦中開始呈現符號化、概念化、模型化的空間圖景，解釋和預測地球與宇宙，形成個體對于地球與宇宙新的認識。

參考文獻

[1]劉晉斌，李佳濤.基于學習進階的小學科學建模教學：以“地球與宇宙科學領域”內容為例[J].中小學教材教學，2021（82）：40-45.

[2]喻伯軍.義務教育課程標準（2022年版）課例式解讀科學[M].北京：教育科學出版社，2022：4.