發展學生模型建構思維

高鴛鴛

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務教育科學課程標準》首次明確將模型建構作為科學思維核心素養的重要組成部分。模型經常被應用于小學科學教學中，但存在對小學科學模型建構的研究與教學重視程度不夠的情況。本文主要從以下三個方面進行了教學實踐，以期為培養學生的科學思維提供方向：基于創設情境，觸發模型建構思維；基于經驗事實，發展模型建構思維；基于模型對比，進階模型建構思維。

〔關鍵詞〕? 小學科學；模型建構思維；核心素養

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 12? ? 037-039

2022年版《義務教育科學課程標準》（以下簡稱“新課標”）首次在義務教育階段提出并突出了“核心素養”概念，其中把科學思維作為四個核心素養之一，突出了科學思維的重要地位和作用，首次明確地將模型建構作為科學思維核心素養的重要組成部分。新課標指出模型建構主要體現在：以經驗事實為基礎，對客觀事物進行抽象和概括，進而建構模型；運用模型分析、解釋現象和數據，描述系統的結構、關系及變化過程。這就意味著模型建構教學對于學生的科學學習有著重要的意義及價值。因此在小學科學教學中貫徹核心素養的教學理念，重視培養學生的模型建構思維能力，對學生的全面發展將起到關鍵作用。下面筆者從以下三個方面談談自身在模型建構思維方面的培養策略：基于創設情境，觸發模型建構思維；基于經驗事實，發展模型建構思維；基于模型對比，進階模型建構思維。

一、基于創設情境?觸發模型建構思維

情境創設是思維形成的基礎，在模型建構思維型教學中應該重視情境的創設，在情境中觸發思維。素養只有在真實情境解決中才能表現出來，真正培養學生的核心素養。

（一）創設問題情境，喚起模型認知

科學模型建構教學最開始是提出問題。一個好的問題能夠調動學生的積極性，讓學生明確探究方向。課前在生活中尋找盡可能真實的學習場景，創設問題情境，引導學生帶著真實的問題進入學習，喚起學生對原始模型結構的認知。

比如三年級上冊第二單元第6課《我們來做“熱氣球”》一課，通過觀看各種各樣熱氣球升空視頻，創設熱氣球結構問題情境：這些熱氣球能升空的核心結構是什么？它與熱氣球升空有什么關系？課堂上可以用什么材料來模擬熱氣球并實現熱氣球的升空？通過一連串的問題引發學生的思考，喚起對熱氣球模型結構的初認知。再給學生提供熱氣球建模材料：塑料袋、蠟燭、透明塑料圓筒。指導學生帶著問題去設計：你認為透明圓筒上氣孔的作用是什么？應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？以喚起學生對熱氣球結構模型的深認知，觸發模型建構思維。

（二）創設任務情境，聚焦模型建構

模型建構思維教學的另一個起點是任務情境。真實的任務情境必須立足于學生的“所思所想”，貼近學生的學習、生活實際，可以助推“教、學、評”一致。在模型建構思維教學中創設任務情境，引導學生帶著真實任務進入學習情境，聚焦模型建構，觸發模型建構思維。

比如教科版小學科學五年級下冊第二單元第3課《用沉的材料造船》，通過觀看不同的船在行駛過程中側翻的視頻畫面，從船側翻畫面引發學生對船的載重量和穩定性的思考，創設任務情境，聚焦模型建構：挑戰建造一艘能承載10個墊圈并且能在水中穩定行駛的小船。通過思考如何建構載重量大又能穩定的船結構模型，觸發學生模型建構思維。

二、基于經驗事實?發展模型建構思維

新課標指出：模型建構思維的基礎是經驗與事實。以經驗事實為基礎，對客觀事物進行抽象和概括，進而建構模型。模型建構的目的不是建模本身，而是要對模型進行測試，將模型與原型進行對比，從而促進對原型的理解。

（一）基于實物建模，促進思維發展

在小學科學教學中，模型并不陌生，教師經常會使用各種模型進行教學，采用模型建構的方式幫助學生認識和理解科學現象。模型可以是實體、可觸摸的，也可以是一些方法，還可以用觀念、數學符號來表達。而實物建模是促進小學生思維發展的重要方式。如下表1是小學不同年級模型建構的內涵和具體要求。

比如四年級上冊第二單元第8課《食物在體內的旅行》一課中，由于人體內部的消化器官在課堂上不可視，基于學生對于人體真實器官的了解和觀察的經驗事實，進行“人體消化器官”建模（如圖1）。先利用PVC透明軟管和塑料袋對食道和胃進行建模，通過手捏軟管，模擬食道的蠕動，把食物輸送到胃中。再利用圍兜對消化器官重新進行整體建模，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，讓學生真真實實地看到各個消化器官在人體的對應位置，對消化器官的位置有更直觀的認識。在感受小腸和大腸的長度和粗細這一環節，采用將圍兜反面穿戴，在圍兜下端剪2個小孔，讓小腸和大腸露一點在外面，請兩個學生上來用拉一拉的方式感受小腸和大腸的特點。他們發現大腸很快被拉出來了，小腸拉了好一會兒。當小腸全部出來后，和大腸放在一起，一對比就知道它們的特點了，不需要多加解釋。當那么長的小腸呈現在學生面前時，教師抓住機會問：“這么長的小腸是怎么待在我們的身體中的呢？”學生一下子就想到彎彎曲曲盤在里面，很好地促進了學生模型建構思維的發展。

（二）基于模型解釋，深化思維發展

在模型建構以后，學生必須能夠利用實物模型進行測試、解釋，從而開展科學思維的過程。學生只有在應用抽象、分析、比較、分類等思維方法后，發展了思維能力，才能使思維由感性走向理性，深化思維發展。下表2是小學不同年級模型解釋的內涵和具體要求。

比如三年級下冊第一單元第7課《我們的“過山車”》，當搭建好過山車模型以后，小組學生對自己本組的過山車模型進行測試。當小球走完全程時，嘗試對過山車模型進行解釋：到底過山車有怎樣的結構，才能使小球順利走完全程？它的路線又是怎樣的？當小球脫軌或無法走完全程時，同樣需要對搭建的模型做出反思：是坡度問題？連接處問題？還是其他原因？通過對有效模型和問題模型的對比解釋，對模型做出調整。同時將自己小組和其他小組的過山車進行比較，通過相同距離比時間的方式，比一比不同小組過山車小球運動的速度，從而發現小球在過山車上的運動速度與過山車結構的關系，找出影響速度的因素：起點高度、坡度、曲線軌道、直線軌道等。不斷深化模型建構思維。

三、基于模型對比?進階模型建構思維

模型對比是學生進階模型建構思維非常關鍵的一步。將在模型建構中習得的思維能力進行遷移，對比原型，將建構的模型運用于真實情境中，發現與真實事物的差異，解決真實情境中的問題，并通過多種途徑、材料重構模型，基于模型對比，進階模型建構思維。

（一）基于模型改進，持續思維進階

模型是對原型的抽象，仿真度很高。但當對模型和原型進行比對時，學生通過模型區分模型和真實事物的差異，能夠更深刻地理解真實事物的獨特屬性。因此通過對比模型，可以初步理解模型與真實事物之間的聯系，從而對模型進行改進，使它更接近于真實事物，達到思維的持續進階。

比如三年級上冊第二單元第6課《我們來做“熱氣球”》一課，對熱氣球模型進行應用改進遷移，嘗試用熱氣球升空的原理來解釋孔明燈的原理。通過孔明燈與熱氣球模型的對比，發現熱源的持續供熱會影響熱氣球升空的時間，學生會發現課堂上做的熱氣球的熱源不能和熱氣球一起飛行，因此不能長時間飛行，上升一會兒就會掉下來。因此筆者又布置了一項任務：動手改進熱氣球，從而讓熱氣球長時間飛行。如果能連續飛行1分鐘，即為改進成功。圖2是一位學生正在對熱氣球模型進行改進并測試。學生經歷從設計能升空的熱氣球模型到設計能持續升空的熱氣球模型的系列模型改進過程，基于模型的改進，持續思維進階。

（二）基于模型重構，突破思維進階

模型重構是對課堂上模型建構的拓展與延伸，是學生深化模型認知、活化科學建模、發展科學思維的重要方式。可以用不同的材料對同一模型進行再次構建，通過模型的重構，突破思維進階的難點，基于模型重構，進階模型建構思維。

比如在六年級學生學完“小小工程師”單元后，開展“意大利面高塔挑戰賽”：用20根意大利面，在10分鐘內搭建0.6米高以上的穩定高塔。從討論到設計到搭建，用意大利面高塔模型進行模型重構。想制作出既高且穩的意大利面高塔并不容易，需要學生綜合運用學過的形狀與力學的知識：上小下大、上輕下重、三角形框架結構的高塔穩定性比較強。在搭建過程中，好幾個小組都出現了問題：“地基”不穩；中間出現了倒塌、傾斜現象；越到上面難度越大。他們組內不斷調整，突破思維的進階。圖3是各個小組學生搭建的意大利面高塔。通過高塔的制作、測試與改進，學生在模型重構中進階模型建構思維。

以上是筆者在模型建構思維教學方面的培養策略，在后續的教學中，還需要持續深入實踐，從而形成適合不同年級、不同學習內容的模型建構的教學方法，為學生科學思維的發展提供抓手。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]胡衛平.思維型探究教學的理論構建[J].課程·教材·教法，2021（6）.

[3]喻伯軍.義務教育科學課程標準（2022年版）課例式解讀科學[M].北京：教育科學出版社，2022.