小學科學建模取證策略初探

陳圓　管建林

科學課教學要引領學生懂得什么是證據，怎樣獲得可靠的證據去解釋世界。以證據為基礎，運用各種信息分析和邏輯推理方法得出結論，公開研究結果，接受質疑，不斷更新和深入，是科學探究的主要特點。小學科學課程中關于地球和宇宙的現象、事物和規律，具有時間和空間的復雜性，如地球、月球和其他星球有規律地運動著;地球上有大氣、水、生物、土壤和巖石;地球內部有地殼、地幔和地核等，這些知識是非常抽象的，如何取證呢？我們可以運用科學建模的方式，培養學生的實證意識。

“學生主體”取證策略

“學生主體”是指教師在分析不同學段學生認知特點的基礎上，確定建模方式和取證角度。學生對知識的收集和掌握主要來自親身經歷，讓他們親自投入學習活動中，親眼所見，符合小學生的認知特點。這就要求教師要通過建構模型，將自然界中看不到、摸不著、不易觀察、不易測量的現象，變成課堂上可視的模擬實驗，引導學生利用模型找到證據，建構科學概念，提升想象力、推理分析能力以及歸納總結能力。

1.分析認知特點，選擇證實

學生在走進科學課堂之前，已經具備了一定的生活經驗，這些經驗不一定是正確的，有些具有偏差的前概念往往根深蒂固，較難改變。要讓學生改變錯誤的認知并不是一蹴而就的，而他們的親身經歷能夠加快認知轉變的過程。科學探究講求實證，小學階段一般以證實居多。教學中運用科學模型，可以使學生眼見為實，拋棄錯誤概念，通過證據歸納新知。如《晝夜交替的解釋》一課，教師通過模擬實驗，讓學生體驗從假設到驗證的過程，并用自己的實際體驗證實，發現哪些情況能解釋晝夜交替現象，將體驗轉化成圖文，再分析證實后的圖文，建構科學概念。

2.引發認知沖突，采用對比取證

教學要以滿足學生的需要為出發點，使大多數學生能達成教學目標。學生由于經歷不同，他們對生活中各種現象的解釋有較大差別，同樣一個問題，不同學生往往有不同的看法。在教學中，教師要洞察學情，了解其前概念，分析其認知特點，找準建模起點，確定建模目標和取證方法，讓學生找到不同的證據，從而歸納新知。如《探索土地被侵蝕的因素》一課，生活在城市的學生和農村的學生在認知上差別較大，教師可以設計兩個不同的教學模型，一組是有植被覆蓋的土壤，將其放在左側容器中，另一組是無植被覆蓋的土壤，將其放在右側容器中，在上方的模擬降雨器中加水，同時觀察現象，尋找證據。

“概念厘清”取證策略

“概念厘清”策略是指教師對整個教學內容進行深入分析，從整體出發確立單元教學目標，融合單元內容，明確學習起點，設計教學過程，引導學生完成概念建構。建模是取證能否成功的關鍵，而取證是探究能否取得理想成效的關鍵，取決于模型的建構和選擇、教師的指導是否到位以及學生的操作是否恰當等。

建模是指對自然現象或規律的一種模仿、模擬。科學建模是在課堂教學中，通過建構模型，使一系列的探究活動得以呈現，使難以直接觀察的自然現象在課堂上得以重現，通過模擬展現事物屬性、事件性質或實際情境的一種方法。教師利用建模加深學生對研究對象的認識和理解，使其通過模型進行思考、實踐、判斷、分析、歸納、總結，從而找到證據，整理歸納出內在的科學規律，建構科學概念，獲得新的認知。

1.橫向厘清，提高取證的可行性

橫向厘清是指教師在解讀教材時不局限于單節課內容，而是整合單元知識。如《地球表面及其變化》單元中《雨水對土地的侵蝕》《探索土地被侵蝕的因素》《河流對土地的作用》三課內容，用于教學的模型以及教授的科學概念并不完全獨立，這就要求在單元教學之前，教師要整合單元知識，以建模的方式提前滲透后續知識的學習。

有研究者指出，模型是為了說明一個問題，解釋一個現象，解決一個問題，體現一種觀念想法而建立的，它是一個系統工程，不是一個單一的個體。所以建模過程要由簡入繁，由易入難，由仿入創，材料要由單一到組合，加工要從簡單到復雜，功能要從少到多，外觀要從簡陋到美觀，這樣才能取得較好的教學效果。如《北極星不動的秘密》一課，教師設計圓盤模型時，在中間用一顆五角星模擬北極星，把周邊的星星設計成北斗七星，不僅有利于學生實驗取證，也為后續學習星座等內容做好鋪墊，提高了取證的可行性。

2.縱向厘清，強化取證的可信度

縱向厘清是指將某一教學內容回歸到學科知識體系中考量，掌握其本質特點。當教學內容在不同的年級出現時，教學的深度與廣度、建模的難易程度都依賴于教師對知識體系的把握，需要以課標的知識結構圖為中心開展建模。小學生的思維以形象思維為主，他們關于地球與宇宙的知識往往來源于電視、報刊、網絡，獲取的是碎片化的知識，需要教師通過建立模型，讓他們經歷系統的思維發展過程。

在小學高年段，教師可以引導學生利用以往所學知識進行自主建模，這是縱向貫穿的方法。如六年級《環境》單元，涉及水處理的內容，可以和五年級的有關土壤內容中的實驗，以及四年級有關溶解內容中的過濾實驗相互融合，引導學生設計沉降和過濾組合模型，縱向貫穿知識體系，強化取證的可信度。

“概念支持”實證策略

取證和模型建構都是為建構科學概念服務的，“概念支持”策略是指有意識地將科學概念貫穿于取證環節，采取多種建模方式，優化建模策略，培養學生的實證意識。

1.實物建模

在課堂教學中，有不少科學概念涉及的內容是看不到、摸不著的，或不易觀察、不易測量的，學生只有在對真實現象進行感知、體驗的基礎上，才能歸納分析，建構科學概念，進而利用所學知識解釋更多的生活現象，將感性認識上升到理性認識。實物模型可以有意識地凸顯現象，甚至放大自然界中的實際現象。如《雨水對土地的侵蝕》一課，建構土地模型時，教師事先做出“徑流”，適當濕潤“土地”，再在表面鋪上干燥細小的土壤將其覆蓋，讓學生在課堂上直接觀察到自然界中的土地侵蝕現象。通過建構實物模型，學生自然而然就會尋找土地變化的證據，從而培養實證意識。

2.關系建模

如何引導學生自主建模并找到真實證據呢？多樣化實驗器材可以引發學生的好奇心，激發學生的求知欲。因此，教師要提供適當的實驗器材，引導學生建構模型，在自主發現問題中尋找證據。地球和宇宙科學領域中涉及的知識，學生自主探究有一定難度，需要借助關系建模。如學習日食、月食相關知識時，學生知道地球、月球、太陽的位置關系，但因為抽象而難以想象，需要通過建模展示，解釋日食和月食產生的原因，避免想當然而錯誤取證。

3.空間建模

重復實驗可以減少偶然性，也是科學學習獲取證據的常用方法。教學中既要建構模型，又要尋找證據、歸納新知，課堂40分鐘就會非常緊張。我們可以適當改良實驗模型，節省時間，讓學生有更多探究取證的機會。如《保護我們的消化器官》一課，探究的是學生看不見、摸不著的身體內部結構，抽象的暗箱式知識學生難以理解。當學生遇到認知沖突時，教師可以提供有結構的材料和科學模型，讓他們自主拼搭，完成建模過程，建構消化器官的科學概念。

4.典型建模

科學來源于生活，生活建立在科學認識的基礎上，兩者相輔相成。課堂上，教師將生活中許多典型的現象應用于科學探究，有助于學生獲取證據，建構科學概念。如《宇宙》單元，對于公轉、自轉、周期等概念，以及星座的位置關系等，在建構模型時，教師可以選用學生熟悉的北斗七星，利用典型案例建構模型，幫助他們深入探究，順利取證，有效建構科學概念。