小學科學教學過程中的模型建構

施林建

摘 要：在新課程標準的引領下，小學科學教學中，尤其側重強調的是要將所學到的科學知識情境化，生活化，要變得學有所用，那么恰如其分地建立模型就變得非常有必要。教師在利用教學過程中建模模型，通過合適的模型去引導學生科學探究，從活動中去了解科學與生活的實際聯系，引導學生從不同的視角去發現實際問題中所包含的豐富的科學信息，探索多種解決問題的方法。

關鍵詞：模型? 建構? 有效教學

《小學科學課程標準》指出：小學科學教育承擔著培養公民科學素質的重任，早期科學教育對每個人科學素質的形成具有十分重要的影響，科學對人們認識世界起著關鍵的作用，兒童自小就會形成對周圍世界的看法，而這些看法經常是不符合科學原理的。因此，及早對他們進行科學教育，有利于幫助他們建立一些基本的科學概念，發展科學思維和語言能力，培養科學態度，小學科學課程承擔著培養小學生科學素質的責任，并應為他們繼續學習和終身發展奠定良好的基礎。如果從小就養成會用模型去解決實際問題，那么在教學過程中對于理解將會有很大的幫助。

一、對科學模型建構的認識

小學科學教學在一定基礎上進行對科學知識模型的建立及其方法的應用。科學模型化是一種極為重要的科學思想方法。對于學生學習和處理科學問題有著極其重要的影響，它可以幫助學生體會科學的作用，產生對科學學習的興趣。因而可以得出，在科學教學中，建構和掌握科學模型化方法是培養能力的一條非常重要的途徑，也是提高科學素養的一條捷徑。

科學模型是建立在科學一般的基礎知識與應模型知識之間的一座重要的橋梁，這是在平時的科學教學中教師應該著重培養學生所具備的一種科學思想和方法。建立模型更為重要的是強調用真實的情景展示問題，營造解決問題的環境，以幫助學生在解決問題的過程中活化知識，變事實性知識為解決問題的工具。學生在探索、獲得科學模型的過程中，也同時獲得了建構科學模型、解決實際問題的思想與方法，而這對學生的發展來說，其意義遠大于僅僅獲得某些科學知識。

所謂科學模型指的是對科學知識進行簡化和提煉、再通動手制作手段方法，反映特定的問題或具體事物之間關系的科學聯系。從廣義理解，科學模型包括科學中的各種概念，各種公式和各種理論。因為它們都是由現實世界的原型抽象出來的，從這意義上講，整個科學也可以說是一門關于科學模型的學科。從狹義理解，科學模型指那些反映了特定問題或特定的具體事物系統的科學關系結構，這個意義上也可理解為聯系一個系統中各變量間內在關系的科學表達。

建立科學模型是科學學習的重要任務。《科學課程標準》小學科學課程是一門以培養學生科學素質為宗旨的義務教育階段的核心課程。科學素質的培養是義務教育的重要任務。小學科學課程實施探究式的科學教育，通過引導學生體驗科學探究過程，初步形成對科學的認識，從而最有效地達到培養學生科學素質的目的。可以這樣說，學生學習知識的過程，實際上是對一系列科學模型的理解、把握的過程。

二、科學模型建構的基本原則

1、簡化性原則——現實世界的原型都是具有多因素、多變量、多層次的比較復雜的系統，對原型進行一定的簡化即抓住主要矛盾，科學模型應比原型簡化簡單，科學模型自身也應是“最簡單”的，方便學生能夠通過模型以最直觀的形式去認識事物的本質，對學習起到一個積極幫助的效果。

2、可推導原則——由科學模型的研究可以推導出一些確定的結果，如果建立的科學模型在數學上是不可推導的，得不到確定的可以應用于原型的結果，這個科學模型就是無意義的，所以一個成功的模型，一定是一個可以推到的模型，一個可以重復驗證的模型，科學最重要的一個特點是可以重現。

3、直觀性原則——科學模型實際上是人對現實世界的一種反映形式，因此科學模型和現實世界的原型就應有一定的“相似性”，抓住與原型相似的科學表達式或科學理論就是建立科學模型的關鍵性技巧，小學生的思維目前還是處于直觀思維為主。

三、科學模型建構的方法

1、建立科學模型的過程應該是讓學生大膽的去猜想，然后再在直觀的事例中進行具體地分析，通過大家一起的探討，最后商量出一個大家都同意的模型。

猜想雖然是一種帶有一定直覺性的比較高級的思維方式，對于探索或發現性學習來說，猜想是一種非常重要的思維方法。在教學生一些科學概念基礎之前，我們不妨可以讓他們根據已有的知識大膽地去猜想一下這個模型。根據以往所學的知識，學生應該會想到轉化的科學思想，推測出可能會是怎么一個模型，再讓學生從我所提供的各種各樣的材料中進行研究分析，從一系列已知的內容中開展具體地分析，從而找出其內在的聯系與規律，最終得出結論，所以猜想這個結果在建模模型的過程中必不可少，在猜想探討的過程中也是一個暴露前概念，改正前概念的過程，最后真正的建立起知識的構架。

2、建構科學模型應該讓學生在許多直觀或貼近生活的實例中進行有效地綜合比較。

綜合是指學生在學習的過程中將科學現象、科學實例的分析情況進行整理組合，從而形成對這一類科學知識的總體認識。比較是對有關的科學現象、科學實例，區別它們的相同之處和不同之處。科學中的比較是多方面的，包括多少與大小的比較，相同與不同的比較，結構與關系的比較。比較的目的是認識事物的聯系與區別，明確彼此之間存在的同一性與相似性，一邊解釋其背后的共同模型。例如：在教學《太陽系》，太陽和它的八大行星是如何運轉的，它們之間的排列關系如何，大小關系如何，如果照本宣科，效果將大打折扣，但我們如果花一點時間去建立一個太陽系模型，按照一定的比例要求，用泡沫來代替星球，然后按照近到遠的順序排好，有了這個模型之后，上課就會一下子變容易，講課的內容可以更加務實，可以對著這個模型來講解上課內容，比如在這個模型中太陽和八大行星是如何排列的，它們的大小又是如何的，當這一系列概念在模型中建構出來之后，學生只要看一眼就明白了，顯得很直觀，而且看來之后也不容易遺忘，對于教學來說可以起到事半功倍的良好效果。同時學生也更加喜歡以這種形式的內容去學生，畢竟作為一個小學生，他們的思維更多還停留在眼見為實的狀態。

3、建構科學模型應該讓學生從具體的實例中抽象出它們所具有的共性，再用科學的語言進行概括。通過模型可以發現其共同的本質特點。而概括則是把抽象出來的共同點進行歸納和總結。例如：磁鐵周圍有磁場，但磁場是如何分布的，我們可以在磁場的附件放一些小的鐵屑，用鐵屑的分布來建構一個磁場模型，雖然我們眼睛不能直接看到磁場，但我們可以用鐵屑的多少間接來觀察磁鐵，用鐵屑的多少來代表這個地方磁場磁力的大小，把看不到的磁場最后用看得到的鐵屑來描述呈現，就可以把一個很抽象的概念用最直觀的眼睛能夠看到的一種形式來呈現。對于小學生來講，抽象的事物很容易遺忘，但直觀的模型印象就會比較深刻，當學生們看到這個磁場模型時，就會在頭腦中印象深刻，以后一想到磁場就會頭腦中立刻跳出這個模型。

4、建構科學模型一定要讓學生進行充分地驗證，得出結論之后再進行有效的應用。

學生在初步得出結論時要給予足夠的空間讓學生進行充分地驗證，在驗證的過程中可能會發現新的現象，并在解決新問題的過程中，進一步完善自己的猜想，最終發現規律得出結論。并運用這個規律解決更多的實際問題。這不僅是一個主動學習的過程，更是發現學習、創新學習的過程。

5、建構科學模型應當以科學活動為主要形式。

由于科學素養不同于科學知識點，不是一個定義、概念就能代替的。有其活動形式和豐富的內涵。因此，應當在多種形式的科學活動中教授養成建構模型的科學素養。

（1）問題的生活實景——選擇恰當的環境背景與相關材料引起討論。

（2）問題的合理詮釋——選擇適當的科學形式，重新進行表述。

（3）問題的充分解決——展示科學思想方法形成的心理活動過程，主要通過認知對象或問題解決來進行。

（4）問題的科學模式——形成認知與思維的模式，使科學概念或模式游離于具體材料之外，進而促進學生科學觀念（意識）的形成。

6、建構科學模型應當融多種思維方式于一體。

演示——概括的方法，同類比較——抽象的方法，直觀思維、形象思維、抽象思維、邏輯思維等都應當在科學教學中不斷地出現，使得教學過程經歷：直觀化——準模型化——模型化的過程。

科學模型化的思想與常見的科學知識教學不同，它應是：具體的生活實景——分析——抽象——科學描述——模型的建立——思想方法的形成——問題解決（或認識形成）——觀念（意識）形成——解決更多的實際問題。

四、科學模型建構的基本步驟

用科學模型法解決最重要的就是建立適合問題的科學模型。有以下幾個基本步驟：

1、提出問題并用準確的語言加以表述，提出一個好的問題等于是解決了問題的一半，所以提出一個有質量的問題，是一個很重要的前提;

2、通過對這個模型的各種數據進行分析，得出的各種數據做出各種因素的分析，最后作出一個理論假設;

3、通過這些數據和要求，借助各種物品建立一個科學模型，這個模型一般是等比例模型;

4、對科學結論進行分析，若符合要求，可以將科學模型進行一般化和體系化按此解決問題，若不符合，則進一步探討，修改假設，重建模型，直止符合要求為止;

5、優化。對一個問題的假設和科學模型不斷加以修改，進行最優化處理。因為對一個問題或一類問題也可能有幾個模型，以對它們要進行比較，直到找到最優模型，在一次次改進和優化中，模型才會越來越客觀，學生對于學習的深度會越來越深，記憶也越來越深刻。

科學模型是科學基礎知識與科學應用之間的橋梁，建立和處理科學模型的過程，就是將科學理論知識應用于實際問題的過程。并且，建立模型更為重要的是，學生能體會到從實際情景中發展科學，獲得再創造科學的絕好機會，在建立模型過程中，形成一個新的科學知識的過程中，學生能更加體會到科學與大自然和社會的天然聯系。因此，在小學科學教學中，讓學生從現實問題情景中學科學、做科學、用科學應該成為我們的一種共識，只有這樣，科學教學中的“問題解決”才有了相應的環境與氛圍，所以通過建構模型來幫助學習，能夠起到一個事半功倍的有益效果。

參考文獻：

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