高鴛鴛

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》首次明確將模型建構(gòu)作為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分。模型經(jīng)常被應(yīng)用于小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，但存在對(duì)小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)的研究與教學(xué)重視程度不夠的情況。本文主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，以期為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維提供方向：基于創(chuàng)設(shè)情境，觸發(fā)模型建構(gòu)思維；基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，發(fā)展模型建構(gòu)思維；基于模型對(duì)比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；模型建構(gòu)思維；核心素養(yǎng)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 12? ? 037-039

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）首次在義務(wù)教育階段提出并突出了“核心素養(yǎng)”概念，其中把科學(xué)思維作為四個(gè)核心素養(yǎng)之一，突出了科學(xué)思維的重要地位和作用，首次明確地將模型建構(gòu)作為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分。新課標(biāo)指出模型建構(gòu)主要體現(xiàn)在：以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運(yùn)用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過(guò)程。這就意味著模型建構(gòu)教學(xué)對(duì)于學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)有著重要的意義及價(jià)值。因此在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中貫徹核心素養(yǎng)的教學(xué)理念，重視培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)思維能力，對(duì)學(xué)生的全面發(fā)展將起到關(guān)鍵作用。下面筆者從以下三個(gè)方面談?wù)勛陨碓谀Ｐ徒?gòu)思維方面的培養(yǎng)策略：基于創(chuàng)設(shè)情境，觸發(fā)模型建構(gòu)思維；基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，發(fā)展模型建構(gòu)思維；基于模型對(duì)比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

一、基于創(chuàng)設(shè)情境?觸發(fā)模型建構(gòu)思維

情境創(chuàng)設(shè)是思維形成的基礎(chǔ)，在模型建構(gòu)思維型教學(xué)中應(yīng)該重視情境的創(chuàng)設(shè)，在情境中觸發(fā)思維。素養(yǎng)只有在真實(shí)情境解決中才能表現(xiàn)出來(lái)，真正培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（一）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，喚起模型認(rèn)知

科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)最開(kāi)始是提出問(wèn)題。一個(gè)好的問(wèn)題能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生明確探究方向。課前在生活中尋找盡可能真實(shí)的學(xué)習(xí)場(chǎng)景，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實(shí)的問(wèn)題進(jìn)入學(xué)習(xí)，喚起學(xué)生對(duì)原始模型結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。

比如三年級(jí)上冊(cè)第二單元第6課《我們來(lái)做“熱氣球”》一課，通過(guò)觀看各種各樣熱氣球升空視頻，創(chuàng)設(shè)熱氣球結(jié)構(gòu)問(wèn)題情境：這些熱氣球能升空的核心結(jié)構(gòu)是什么？它與熱氣球升空有什么關(guān)系？課堂上可以用什么材料來(lái)模擬熱氣球并實(shí)現(xiàn)熱氣球的升空？通過(guò)一連串的問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的思考，喚起對(duì)熱氣球模型結(jié)構(gòu)的初認(rèn)知。再給學(xué)生提供熱氣球建模材料：塑料袋、蠟燭、透明塑料圓筒。指導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題去設(shè)計(jì)：你認(rèn)為透明圓筒上氣孔的作用是什么？應(yīng)該在下面還是上面合適？塑料袋的位置放在哪里合適？需要蓋住氣孔嗎？以喚起學(xué)生對(duì)熱氣球結(jié)構(gòu)模型的深認(rèn)知，觸發(fā)模型建構(gòu)思維。

（二）創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，聚焦模型建構(gòu)

模型建構(gòu)思維教學(xué)的另一個(gè)起點(diǎn)是任務(wù)情境。真實(shí)的任務(wù)情境必須立足于學(xué)生的“所思所想”，貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)、生活實(shí)際，可以助推“教、學(xué)、評(píng)”一致。在模型建構(gòu)思維教學(xué)中創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，引導(dǎo)學(xué)生帶著真實(shí)任務(wù)進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，聚焦模型建構(gòu)，觸發(fā)模型建構(gòu)思維。

比如教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第二單元第3課《用沉的材料造船》，通過(guò)觀看不同的船在行駛過(guò)程中側(cè)翻的視頻畫面，從船側(cè)翻畫面引發(fā)學(xué)生對(duì)船的載重量和穩(wěn)定性的思考，創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境，聚焦模型建構(gòu)：挑戰(zhàn)建造一艘能承載10個(gè)墊圈并且能在水中穩(wěn)定行駛的小船。通過(guò)思考如何建構(gòu)載重量大又能穩(wěn)定的船結(jié)構(gòu)模型，觸發(fā)學(xué)生模型建構(gòu)思維。

二、基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)?發(fā)展模型建構(gòu)思維

新課標(biāo)指出：模型建構(gòu)思維的基礎(chǔ)是經(jīng)驗(yàn)與事實(shí)。以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型。模型建構(gòu)的目的不是建模本身，而是要對(duì)模型進(jìn)行測(cè)試，將模型與原型進(jìn)行對(duì)比，從而促進(jìn)對(duì)原型的理解。

（一）基于實(shí)物建模，促進(jìn)思維發(fā)展

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，模型并不陌生，教師經(jīng)常會(huì)使用各種模型進(jìn)行教學(xué)，采用模型建構(gòu)的方式幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解科學(xué)現(xiàn)象。模型可以是實(shí)體、可觸摸的，也可以是一些方法，還可以用觀念、數(shù)學(xué)符號(hào)來(lái)表達(dá)。而實(shí)物建模是促進(jìn)小學(xué)生思維發(fā)展的重要方式。如下表1是小學(xué)不同年級(jí)模型建構(gòu)的內(nèi)涵和具體要求。

比如四年級(jí)上冊(cè)第二單元第8課《食物在體內(nèi)的旅行》一課中，由于人體內(nèi)部的消化器官在課堂上不可視，基于學(xué)生對(duì)于人體真實(shí)器官的了解和觀察的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，進(jìn)行“人體消化器官”建模（如圖1）。先利用PVC透明軟管和塑料袋對(duì)食道和胃進(jìn)行建模，通過(guò)手捏軟管，模擬食道的蠕動(dòng)，把食物輸送到胃中。再利用圍兜對(duì)消化器官重新進(jìn)行整體建模，將圍兜正面穿戴，在圍兜正面擺一擺消化器官（食道、胃、小腸、大腸）的位置，讓學(xué)生真真實(shí)實(shí)地看到各個(gè)消化器官在人體的對(duì)應(yīng)位置，對(duì)消化器官的位置有更直觀的認(rèn)識(shí)。在感受小腸和大腸的長(zhǎng)度和粗細(xì)這一環(huán)節(jié)，采用將圍兜反面穿戴，在圍兜下端剪2個(gè)小孔，讓小腸和大腸露一點(diǎn)在外面，請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生上來(lái)用拉一拉的方式感受小腸和大腸的特點(diǎn)。他們發(fā)現(xiàn)大腸很快被拉出來(lái)了，小腸拉了好一會(huì)兒。當(dāng)小腸全部出來(lái)后，和大腸放在一起，一對(duì)比就知道它們的特點(diǎn)了，不需要多加解釋。當(dāng)那么長(zhǎng)的小腸呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí)，教師抓住機(jī)會(huì)問(wèn)：“這么長(zhǎng)的小腸是怎么待在我們的身體中的呢？”學(xué)生一下子就想到彎彎曲曲盤在里面，很好地促進(jìn)了學(xué)生模型建構(gòu)思維的發(fā)展。

（二）基于模型解釋，深化思維發(fā)展

在模型建構(gòu)以后，學(xué)生必須能夠利用實(shí)物模型進(jìn)行測(cè)試、解釋，從而開(kāi)展科學(xué)思維的過(guò)程。學(xué)生只有在應(yīng)用抽象、分析、比較、分類等思維方法后，發(fā)展了思維能力，才能使思維由感性走向理性，深化思維發(fā)展。下表2是小學(xué)不同年級(jí)模型解釋的內(nèi)涵和具體要求。

比如三年級(jí)下冊(cè)第一單元第7課《我們的“過(guò)山車”》，當(dāng)搭建好過(guò)山車模型以后，小組學(xué)生對(duì)自己本組的過(guò)山車模型進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)小球走完全程時(shí)，嘗試對(duì)過(guò)山車模型進(jìn)行解釋：到底過(guò)山車有怎樣的結(jié)構(gòu)，才能使小球順利走完全程？它的路線又是怎樣的？當(dāng)小球脫軌或無(wú)法走完全程時(shí)，同樣需要對(duì)搭建的模型做出反思：是坡度問(wèn)題？連接處問(wèn)題？還是其他原因？通過(guò)對(duì)有效模型和問(wèn)題模型的對(duì)比解釋，對(duì)模型做出調(diào)整。同時(shí)將自己小組和其他小組的過(guò)山車進(jìn)行比較，通過(guò)相同距離比時(shí)間的方式，比一比不同小組過(guò)山車小球運(yùn)動(dòng)的速度，從而發(fā)現(xiàn)小球在過(guò)山車上的運(yùn)動(dòng)速度與過(guò)山車結(jié)構(gòu)的關(guān)系，找出影響速度的因素：起點(diǎn)高度、坡度、曲線軌道、直線軌道等。不斷深化模型建構(gòu)思維。

三、基于模型對(duì)比?進(jìn)階模型建構(gòu)思維

模型對(duì)比是學(xué)生進(jìn)階模型建構(gòu)思維非常關(guān)鍵的一步。將在模型建構(gòu)中習(xí)得的思維能力進(jìn)行遷移，對(duì)比原型，將建構(gòu)的模型運(yùn)用于真實(shí)情境中，發(fā)現(xiàn)與真實(shí)事物的差異，解決真實(shí)情境中的問(wèn)題，并通過(guò)多種途徑、材料重構(gòu)模型，基于模型對(duì)比，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

（一）基于模型改進(jìn)，持續(xù)思維進(jìn)階

模型是對(duì)原型的抽象，仿真度很高。但當(dāng)對(duì)模型和原型進(jìn)行比對(duì)時(shí)，學(xué)生通過(guò)模型區(qū)分模型和真實(shí)事物的差異，能夠更深刻地理解真實(shí)事物的獨(dú)特屬性。因此通過(guò)對(duì)比模型，可以初步理解模型與真實(shí)事物之間的聯(lián)系，從而對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)，使它更接近于真實(shí)事物，達(dá)到思維的持續(xù)進(jìn)階。

比如三年級(jí)上冊(cè)第二單元第6課《我們來(lái)做“熱氣球”》一課，對(duì)熱氣球模型進(jìn)行應(yīng)用改進(jìn)遷移，嘗試用熱氣球升空的原理來(lái)解釋孔明燈的原理。通過(guò)孔明燈與熱氣球模型的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)熱源的持續(xù)供熱會(huì)影響熱氣球升空的時(shí)間，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)課堂上做的熱氣球的熱源不能和熱氣球一起飛行，因此不能長(zhǎng)時(shí)間飛行，上升一會(huì)兒就會(huì)掉下來(lái)。因此筆者又布置了一項(xiàng)任務(wù)：動(dòng)手改進(jìn)熱氣球，從而讓熱氣球長(zhǎng)時(shí)間飛行。如果能連續(xù)飛行1分鐘，即為改進(jìn)成功。圖2是一位學(xué)生正在對(duì)熱氣球模型進(jìn)行改進(jìn)并測(cè)試。學(xué)生經(jīng)歷從設(shè)計(jì)能升空的熱氣球模型到設(shè)計(jì)能持續(xù)升空的熱氣球模型的系列模型改進(jìn)過(guò)程，基于模型的改進(jìn)，持續(xù)思維進(jìn)階。

（二）基于模型重構(gòu)，突破思維進(jìn)階

模型重構(gòu)是對(duì)課堂上模型建構(gòu)的拓展與延伸，是學(xué)生深化模型認(rèn)知、活化科學(xué)建模、發(fā)展科學(xué)思維的重要方式。可以用不同的材料對(duì)同一模型進(jìn)行再次構(gòu)建，通過(guò)模型的重構(gòu)，突破思維進(jìn)階的難點(diǎn)，基于模型重構(gòu)，進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

比如在六年級(jí)學(xué)生學(xué)完“小小工程師”單元后，開(kāi)展“意大利面高塔挑戰(zhàn)賽”：用20根意大利面，在10分鐘內(nèi)搭建0.6米高以上的穩(wěn)定高塔。從討論到設(shè)計(jì)到搭建，用意大利面高塔模型進(jìn)行模型重構(gòu)。想制作出既高且穩(wěn)的意大利面高塔并不容易，需要學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過(guò)的形狀與力學(xué)的知識(shí)：上小下大、上輕下重、三角形框架結(jié)構(gòu)的高塔穩(wěn)定性比較強(qiáng)。在搭建過(guò)程中，好幾個(gè)小組都出現(xiàn)了問(wèn)題：“地基”不穩(wěn)；中間出現(xiàn)了倒塌、傾斜現(xiàn)象；越到上面難度越大。他們組內(nèi)不斷調(diào)整，突破思維的進(jìn)階。圖3是各個(gè)小組學(xué)生搭建的意大利面高塔。通過(guò)高塔的制作、測(cè)試與改進(jìn)，學(xué)生在模型重構(gòu)中進(jìn)階模型建構(gòu)思維。

以上是筆者在模型建構(gòu)思維教學(xué)方面的培養(yǎng)策略，在后續(xù)的教學(xué)中，還需要持續(xù)深入實(shí)踐，從而形成適合不同年級(jí)、不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的模型建構(gòu)的教學(xué)方法，為學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展提供抓手。

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