基于建模活動的概念教學有效性研究

張燕

科學概念是幫助學生學習科學知識、探究知識之間內在聯系，解決科學問題的有效工具。《義務教育小學科學課程標準》指出：圍繞18個主要概念的教學培養學生對科學學習的興趣、正確的思維方式和學習習慣。由此可見，幫助學生建構科學概念是小學科學教學的重要目標。然而，在平時的教學中，學生常常會覺得科學概念枯燥又深奧，難以理解和應用。究其原因，主要是由于教師采取的教學方式、方法不夠合理，以至于學生沒有真正理解科學概念，只是一味地通過死記硬背來強化對科學概念的識記，從而無法實現科學概念的真正建構。

科學模型是人們常常用來描述自然世界、形成科學概念的重要工具。基于建模活動的科學概念教學，不僅有助于學生了解科學概念的產生過程、理解概念的深刻內涵，構建科學的知識結構體系，而且能有效促進學生的思維從具體形象思維向抽象邏輯思維的轉變。下面，筆者結合“簡單電路”的教學來談談如何通過構建電路模型幫助學生建構電路的概念。

勾畫模型結構，初建概念框架

建構主義認為：概念教學要建立在了解學生前概念的基礎之上，逐步糾正、補充、完善、構建新的認知體系。學生在學習科學知識之前，頭腦里并不是一片空白的，他們通過日常生活中的各種渠道，對各種事物已經有了自己的看法，并形成了獨特的思維方式。因此，教師不妨先讓學生將頭腦中已有的認知通過設計模型、交流想法等方式呈現出來，在此基礎上有針對性地組織、開展教學活動，更利于學生科學概念的構建。

在執教“簡單電路”內容時，筆者首先出示小燈泡、電池和導線，并分別介紹它們的名稱和結構特征。然后向學生提問：“如果老師給你這些材料，你能用最少的材料想辦法讓小燈泡亮起來嗎？請你借用這些模型把自己的想法畫在記錄單上。”話音剛落，學生紛紛動筆，勾畫出自己頭腦中的簡單電路模型圖。接著，通過展示、交流闡明自己的觀點。這樣不僅能了解學生的前概念，使教學活動建立在學生已有認知的基礎上，而且能大大提高建模活動的針對性和有效性。

創設“矛盾”情境，引發認知沖突

為了使概念的建構更加科學合理，教師可以通過巧妙創設一個看似“矛盾”的建模情境，讓學生在建模的過程中，既能初步形成概念的框架，同時又能引發其對已有認知的思考和質疑。

本節課中，筆者為學生提供了導線、小燈泡和電池（對電池進行改造，分A、B兩類，數量各一半），學生根據自己的電路模型設計圖，搭建單電路，看是否能點亮小燈泡。結果，全班學生一共發現了6種能點亮小燈泡的方法（如圖1）。接著，筆者組織學生討論“這幾種連接方法有什么不同點和相同點？”關于連接方法的不同點，有學生發現小燈泡有的是直接和電池接觸的，但兩者接觸的部位有所不同;還有學生發現有些小燈泡是通過導線與電池相連的，導線連接兩者的部位也各不相同。關于連接方法的相同點，學生發現無論哪一種連接方法，都要從小燈泡的一個連接點出發，通過導線連接到電池的正、負極，再連接到小燈泡的另一個連接點上。充分討論交流后，教師適時介紹什么是“通路”，什么是“斷路”，并輔之以課件演示電流流動的情境。這樣，在學生的頭腦中初步形成了簡單電路的概念。

然而，對簡單電路概念的教學不能這樣淺嘗輒止，教師需要做更進一步的剖析。于是，筆者讓學生回顧搭建簡單電路模型的情境：“剛才，在點亮小燈泡的過程中，還有沒有什么神奇的現象發生呢？”教師話音剛落，有一個學生急忙匯報了他們組的發現：“不用導線也能點亮小燈泡！”并在黑板上畫出了模型圖（如圖2）。“這樣也能行？”其他學生將信將疑，經過一番動手實踐后，有一半的小組驗證了這一發現，另一半的小組卻得到了相反的結果。為什么會出現這樣的結果？難道剛才發現的電流流動的規律是偶然性的，或是錯誤的？學生對剛剛形成的有關簡單電路的認知產生了質疑，渴望進一步探究真相。

巧用“拆模”策略，剖析概念內涵

科學概念的建立不是一蹴而就的，它需要經過不斷質疑、反思和修正，才能逐漸向科學、完善的方向發展。搭建模型能幫助學生構建科學概念，但在概念教學的過程中，面對一些暗藏的問題，拆分模型有利于學生認清事物的本質特征，為深層的概念建構提供條件。

面對兩種截然不同的實驗結果，唯有引導學生找到問題的癥結所在并加以解決，才能幫助學生理解概念的內涵。于是，筆者讓兩方學生各派一個代表，到講臺前再次演示實驗過程，并將過程通過實物展臺投影出來。這時，有學生發現兩組的電池不一樣，于是其他學生也將自己的電池與之進行了比較，結果發現用A電池的小組采用圖2所示的方法都能成功點亮小燈泡，而用B電池的則不能。難道是這兩種電池的內部構造不一樣造成的？

為了幫助學生看清其內部構造，筆者分別將兩節不同的電池進行了拆分，當拆開后的電池（如圖3）呈現于眼前時，學生恍然大悟。原來，A、B兩種電池外面包裹著的金屬片都是由兩部分組成的：一部分連接著正極，另一部分連接著負極，而這兩部分之間都由絕緣體隔開。其中A電池的正極是一塊獨立的金屬片，其余外面包裹著的金屬是連在一起的整體，與電池的負極相連接。當小燈泡和電池像圖2那樣放置時，小燈泡上的兩個連接點，一個正好連接到電池的正極上，另一個連接到負極上，構成了電流通路，所以小燈泡被點亮了。而B電池與A電池的構造正好相反，它的底部是一塊獨立的圓形金屬片，與負極相連，邊緣由絕緣材料隔開，其余外面包裹著的金屬是連接在一起的整體，與電池的正極相連接。當小燈泡也像圖2那樣時，小燈泡上的兩個連接點都連接到了電池的正極上，沒有構成電流通路，所以小燈泡不亮。

通過拆開電池這一活動，學生了解了兩種電池的不同結構，有助于他們進一步認識構建電路模型的關鍵在于形成電流的通路，使他們更深層次地理解了電路概念的內涵。

檢驗建模效果，促進概念內化

教師幫助學生從建模活動中概括出科學概念只是完成了科學概念教學的第一步。要促進概念的內化，真正完成科學概念的深層建構，還需要將科學概念運用到生活實踐中。

在學生成功構建了基本電路模型，形成了基本電路概念之后，筆者提出了拓展任務：“如果老師將小燈泡換成其他電器，如小電扇、小電機等，你們還能像剛才一樣，連接一個能讓它們工作起來的電路嗎？”話音剛落，學生紛紛動手，尋找小電器上的兩個連接點，然后借鑒點亮小燈泡的方法，很快就連接好了電路，讓小電器工作起來。在此基礎上，我又讓學生將開關接入其中，起到控制電路的作用。學生通過小組合作，順利完成了連接任務。在此基礎上，再呈現各種電路連接的模型讓學生判斷哪種連接方法能讓小燈泡亮起來，并在不亮的圖中，用“○”畫出造成故障的部分。學生在運用所學到的電路知識解決實際問題的過程中，進一步促進了電路概念的遷移和內化。

科學課作為一門綜合課程，涉及的科學概念較多而且彼此相互聯系。因此，在教學中，教師要靈活運用建模的方式，幫助學生建立科學概念，構建系統的科學概念體系，讓學生在概念學習的過程中促進邏輯思維能力的發展。