例談學(xué)生模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)

模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)方法，作為核心素養(yǎng)中科學(xué)思維的要素之一，其重要性可見一斑。模型建構(gòu)可將學(xué)生難以認(rèn)知的客觀事物的基本事實、原理、規(guī)律等化抽象為形象，幫助他們從科學(xué)的視角認(rèn)識事物內(nèi)在規(guī)律、形成科學(xué)概念、建立科學(xué)規(guī)律。

四年級“地球與地表”單元學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過一系列探究活動認(rèn)識地球內(nèi)部圈層和地殼運(yùn)動，逐步建構(gòu)“地球是一個由不同圈層組成的系統(tǒng)”的概念。該單元的有關(guān)現(xiàn)象、事物和規(guī)律比較抽象，大部分內(nèi)容不可能在課堂上直接展開研究，需要借助其他事物來學(xué)習(xí)。《火山噴發(fā)》一課通過對火山成因的探究，借助模擬實驗讓學(xué)生了解火山噴發(fā)形成的原因，以進(jìn)一步認(rèn)識地球內(nèi)部的物質(zhì)組成及其運(yùn)動變化。

四年級的學(xué)生對該課內(nèi)容非常感興趣，對于火山噴發(fā)也有一定的了解，但更多的認(rèn)知停留在文字、圖片和視頻上，很少想過火山噴發(fā)形成的原因，所以讓他們直接推測火山噴發(fā)的成因有一定的難度。教師可以將模型思維方法運(yùn)用到該課教學(xué)中，讓學(xué)生親歷邏輯推理、模型建構(gòu)、模擬實驗等一系列的科學(xué)探究活動，并借助語言表達(dá)、建立模型、實驗記錄等，培養(yǎng)他們“基于觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行合理推測”的能力及模型建構(gòu)的能力。

一、析模：原型情境，拆解追因

較準(zhǔn)確地描述原型，才能合理地構(gòu)建模型。該課中，火山噴發(fā)現(xiàn)象是原型，要提煉原型的核心要素就要對火山噴發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行拆解、追因。

首先，教師對火山噴發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行拆解，幫助學(xué)生了解火山噴發(fā)原型，這是模型建構(gòu)的基礎(chǔ)。課堂中教師通過視頻、圖片直觀形象地展現(xiàn)火山噴發(fā)時的情景，引領(lǐng)學(xué)生觀察火山噴發(fā)時有哪些現(xiàn)象發(fā)生，讓他們對火山噴發(fā)的外部表現(xiàn)有更深入的了解。學(xué)生通過直觀感知，探討交流，獲得事實性知識：火山噴發(fā)時有裂縫、有濃煙、有熾熱的巖漿等噴涌而出。

師：老師給大家播放火山噴發(fā)的視頻，請同學(xué)們仔細(xì)觀看：火山噴發(fā)時有哪些現(xiàn)象發(fā)生？

生：巖漿像沸騰了一樣，噴涌而出。

生：濃煙沖向高空。

師：同學(xué)們觀察得很仔細(xì)。巖漿和濃煙是火山噴發(fā)的物質(zhì)，巖漿是什么樣的，你能具體從顏色、狀態(tài)、噴發(fā)的地方描述一下嗎？

生：紅色，好像番茄醬，溫度應(yīng)該很高。

生：像粥一樣從火山口和裂縫中噴出。

師：火山噴發(fā)時有滾滾濃煙，濃煙里又有什么呢？

生：就像打開搖晃過的碳酸飲料一樣，我覺得應(yīng)該有氣體。

（學(xué)生匯報后，教師出示有關(guān)巖漿、濃煙的圖片和文字資料讓學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)。）

然后，教師引導(dǎo)學(xué)生對火山噴發(fā)出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行追因，由表及里地將火山噴發(fā)能觀察到的現(xiàn)象和地球內(nèi)部聯(lián)系起來，根據(jù)火山噴發(fā)的現(xiàn)象有根據(jù)地推測：熾熱的巖漿——溫度高，噴涌而出——壓力大，裂縫——地殼有薄弱處。

師：根據(jù)剛才的觀察、學(xué)習(xí)，你覺得地球內(nèi)部是什么狀態(tài)？

生：巖漿溫度很高，說明地球內(nèi)部的溫度非常高。

生：巖漿噴涌而出，我覺得像高壓鍋一樣，壓力應(yīng)該很大。

師：火山噴發(fā)是不是在任何地方都能發(fā)生呢？

生：不是。

師：（出示對比圖片）你認(rèn)為火山噴發(fā)更容易在哪里發(fā)生？

生：有裂縫的地方，那里地殼應(yīng)該比較薄弱。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生推測火山噴發(fā)的成因：根據(jù)觀察到的現(xiàn)象和剛才的交流，你能推測火山噴發(fā)的成因嗎？此時，學(xué)生的推測是符合邏輯的，這培養(yǎng)了他們分析問題的全面性和推理的嚴(yán)密性，為后面建立模型奠定基礎(chǔ)。

二、建模：搭建橋梁，建立模型

教師要提高火山噴發(fā)模型與真實火山噴發(fā)的相似度，以增強(qiáng)模擬實驗的可信度，就要引導(dǎo)學(xué)生理解選取模型的材料和實驗條件要與原型有相似之處，讓他們在模型和原型之間建立對應(yīng)關(guān)系，這個環(huán)節(jié)有助于提升他們的模型建構(gòu)能力。

師：如果想研究火山噴發(fā)，你覺得需要什么實驗材料？為什么選擇這些材料？它們分別模擬的是什么？先自己思考，再組內(nèi)交流。

生：我們組覺得需要酒精燈、番茄醬。因為點燃的酒精燈溫度很高，可以模擬地球內(nèi)部；番茄醬很黏稠，顏色也像巖漿，可以模擬巖漿。

生：我覺得可以用鐵架子，如用三腳架來模擬火山。

師：為什么選擇三腳架模擬火山？

生：因為三腳架的樣子很像火山。

師：其他組的想法呢？有沒有不同意見？

生：我們覺得三腳架不行，因為地殼不是鐵的，我們組覺得可以用陶泥來模擬地殼。

生：我們也覺得三腳架不行，可以用山藥泥和土豆泥來模擬地殼，但土豆泥從顏色上看好像更合適。

師：同學(xué)們提出了不同的想法，根據(jù)交流，你們覺得用哪些材料比較合適？

（引導(dǎo)學(xué)生分析、選取合適的模擬材料。）

師：具體怎么利用這些材料模擬火山噴發(fā)呢？先自己思考，再小組交流。

生：把陶泥做成小山的形狀，然后把它放到錫紙碗中。用注射器將番茄醬注入小山通道內(nèi)，觀察實驗現(xiàn)象。

生：把番茄醬包在土豆泥中，放在盤子里，然后用酒精燈加熱，看看會發(fā)生什么現(xiàn)象。

（教師根據(jù)學(xué)生匯報歸納總結(jié)實驗方案。）

建立模型需要展開豐富的想象。在前面分析模型的基礎(chǔ)上，學(xué)生發(fā)揮想象力、判斷力、創(chuàng)造力來建構(gòu)模型。學(xué)生選取的材料是否合適，實驗方法是否合理，這需要教師引導(dǎo)他們分析，在火山噴發(fā)模型和原型之間建立對應(yīng)關(guān)系，選出合適的材料建構(gòu)模型：酒精燈加熱模擬地球內(nèi)部高溫狀態(tài)，番茄醬模擬地球內(nèi)部的巖漿，陶泥（土豆泥）模擬地球構(gòu)造中的地殼。

三、用模：模擬實驗，建構(gòu)概念

特級教師喻伯軍認(rèn)為，建立模型和模擬實驗是模型思維的重要環(huán)節(jié)。通過模擬實驗再現(xiàn)得到相關(guān)現(xiàn)象及其變化，并發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，就是有效運(yùn)用模型思維方法的成果。

建立模型后，學(xué)生對模型進(jìn)行驗證，通過火山噴發(fā)模擬實驗收集信息，把觀察記錄的資料進(jìn)行歸納總結(jié)。交流時，教師引導(dǎo)學(xué)生將火山噴發(fā)實驗現(xiàn)象與自然現(xiàn)象建立聯(lián)系，將模擬實驗的結(jié)果對應(yīng)到火山噴發(fā)原型上，最終對火山噴發(fā)的成因形成全面的認(rèn)識。

師：哪個小組想和大家分享一下，模擬實驗中你們觀察到了什么現(xiàn)象？

生：加熱酒精燈后，番茄醬從土豆泥較薄的地方噴發(fā)出來。

生：我們發(fā)現(xiàn)，加熱后密封在陶泥內(nèi)部的番茄醬冒著熱氣從“地殼”裂縫處噴涌而出。

師：想想前面設(shè)計方案時這些實驗材料模擬的是什么，你能嘗試著說一說自然界中火山噴發(fā)的成因嗎？

生：在溫度很高、壓力很大的情況下，巖漿從地殼薄弱處噴涌而出，形成火山噴發(fā)。

生：地球內(nèi)部溫度高、壓力大，內(nèi)部的巖漿不斷上涌，最后從薄弱的火山口噴涌而出。

（教師播放視頻資料介紹地殼運(yùn)動并進(jìn)行總結(jié)，再播放印度尼西亞火山噴發(fā)視頻，讓學(xué)生再次解釋火山噴發(fā)成因。）

教學(xué)過程中，教師可通過實驗記錄單引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注現(xiàn)象的描述與記錄，并注重實驗后的交流，在師生、生生互動中，讓他們進(jìn)行深入思考和分析，以建構(gòu)概念、獲得科學(xué)解釋，在用模的過程中對“邏輯+實證”的科學(xué)本質(zhì)形成更深刻的理解。

模型建構(gòu)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重點，教師應(yīng)該注重學(xué)生模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)，以加深他們對核心概念的理解，提升他們的科學(xué)思維水平，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，促進(jìn)其核心素養(yǎng)的提升。

（作者單位：山東省淄博市周村區(qū)東門路小學(xué)）