思維進階視域下的小學科學模型建構教學策略

摘要：科學思維是科學學科核心素養的重要內容，而模型建構在培養學生的科學思維上具有重要的意義和地位，是學生掌握客觀規律和科學原理的重要手段。在實際科學教學中，仍存在模型建構流于形式、學生無法理解模型要素、沒有親歷建模全過程，導致無法用模型解釋科學的問題。教師可通過模型建構，實施“三階三供”思維進階式教學策略，促進學生科學思維的發展。

關鍵詞：“三階三供”；模型建構；思維進階；教學策略

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下通稱“新課標”）將培養學生的核心素養作為總目標，并且把科學思維作為核心素養的核心。其中，模型建構作為科學思維的重要方面，對學生核心素養的發展具有重要價值。在小學科學課堂中進一步強化模型建構的教學，能幫助學生從科學的視角認識客觀事物的本質屬性和內在規律，能用所學的模型思維去解決真實的問題。基于此，筆者圍繞新課標，以教科版小學科學教材三年級下冊第三單元第1課“仰望天空”為例，運用“三階三供”思維進階式教學策略（如下頁圖1），進行了小學科學模型建構的教學實踐探究。

在本課中，學生需要先建立簡單的日、地、月模型（如下頁圖2），然后通過模擬實驗了解到：太陽距離我們遠，月球距離我們近，進而解釋自然現象——從地球上看，為什么太陽和月球差不X9YjH51XOjTThNeNMUmL+A==多大小？考慮到三年級學生的認知水平和現實因素，教材中沒有要求學生建立與原型高度相似的日、地、月距離呈比例關系的模型。但結合學生實際生活經驗和已有知識，本節課的模擬實驗只是簡單的驗證，學生在經歷本節課中簡單的日、地、月建模后，其思維并沒有得到明顯提升。基于此，為建立模型與原型的相互聯系、提煉出模型的核心要素、借助模型促進對原型的理解，筆者提出了指向思維進階的日、地、月模型。

一、“一階”模型理解：解構事物屬性，為思維進階供基礎

建模的目的是促進對原型的理解，教師要引導學生理解原型，就要喚醒其對模型的認知，解構模型，讓抽象的概念具體化。教師可以提供具象化的真實情境，引發學生的認知沖突，為培養學生科學思維構筑獨特的環境和場域，為思維的進階提供堅實而有效的基礎。

（一）聚焦生活現象，創設問題情境

基于生活創設真實的問題情境是科學思維有序發展的前提。將知識與實際情境相結合，學生可以更好地理解知識的實用性和價值，從而用知識解決實際問題。

在教學“仰望天空”一課時，教師可先通過聊天的形式導入并提問：“同學們，你們抬頭看天空時都看到了什么？”學生會基于自己的生活經驗各抒己見：“太陽、月球、星星、白云……”教師根據學生回答聚焦到學習主題：太陽和月球。接著，教師提出問題：“對于太陽和月球，你都知道什么？”

通過分享會交流生活經驗，教師可以了解到學生關于太陽和月球的已有知識，初步搭建維恩圖的框架，厘清模型要素的異同點，為后續建立模型與原型的聯系做好鋪墊。

（二）引發認知沖突，引領深度學習

真實情境的引入不僅是調動學生積極性的手段，也是搭建學校教育與現實世界的橋梁，能夠培養學生的專家思維。如何在學生學習的過程中發展專家思維呢？就是不斷地產生和化解沖突，讓學生的思維從“平衡”到“不平衡”再到“平衡”。本課，學生在前期的交流分享中并不能全面了解太陽和月球，教師可以先利用資料卡輔助學生認識太陽和月球的更多特征，從而讓學生完成維恩圖的梳理（如下頁圖3）。接著，教師繼續提問：“太陽的體積非常大，月球的體積非常小，然而站在地球上觀察時，看到的太陽和月球的大小卻是差不多的，這是為什么？”這樣能基于學生實際生活經驗，引發學生認知沖突，將問題轉化為學生本節課研究的重點，為接下來的模型建構打下良好基礎。

二、“二階”模型構建：搭建學習支架，為思維進階供保障

正確的建模思路是建立科學模型的基礎，學生要對問題有一個整體的思考，并能在腦海中形成整個建模過程的行動指南。所以，在正式建模之前，學生要先對研究的問題做出假設，形成初步的探究方案。“仰望天空”一課雖然只是建立簡單的日、地、月模型，但實際站在宇宙的角度科學地分析還有許多值得思考的因素：用什么材料來建模？日、月、地三者的大小比例是怎樣的？在建模的過程中要如何正確操作？在建模的過程中如何避免誤差？這些都是學生的認知困境，教師要由淺入深、由表及里、循序漸進地打破學生的認知困境，搭建學習支架，降低建模的難度。同時，應在師生研討互動中培養模型建構思維，搭建思維進階的階梯，為思維的進階提供有力保障。

（一）激活建模思路，從單一走向整體

學生在開始研究之前，建模的思路通常是單一、零散的。教師要站在學生的立場思考：學生對研究的問題明確了嗎？探究的思路清晰了嗎？具體如何操作呢？有哪些注意事項呢？如果教師沒有做好充分的預設，讓學生在動手前有清晰的思路，那么學生在探究時，往往也會失去“方向感”。基于此，在“仰望天空”一課，圍繞“站在地球上，為什么太陽和月球看起來差不多大”這一科學問題，教師可搭建如下的連續性問題支架，幫助學生形成建模思路（如下頁圖4），讓學生的建模思路有清晰的結構和完整的層次。

（二）賦能建模過程，從無序走向有序

通過問題支架的搭建，在師生對話中，學生會逐

步形成大致的建模思路，但是很難考慮到建模中的細枝末節。所以，要想建構一個貼近現實的模型，教師需要適時拋出提示支架，讓學生關注建模過程中的注意事項，能更全面、系統地分析問題，讓思維有序化。

在模型構建的過程中，為了提高模型與原型的相似度，增強實驗的可信度，教師要站在學生立場引導學生思考：選擇什么材料建模？如何通過模擬實驗驗證自己的猜測？重點觀察什么？實驗中要注意什么？在師生對話中破解層層障礙，完善建模任務。但是，僅靠語言的交流對三年級學生來說太過抽象，教師可以借助信息化手段利用視頻、圖片等方式讓學生直觀感受建模的注意事項，沉浸式體驗建模的過程。

在教學“仰望天空”一課時，為了讓全體學生都能直觀地觀察和對比太陽和月球的大小，教師可搭建體驗式提示支架，通過手機投屏直播的方式將畫面投放到大屏，手機攝像頭就成了地球上的觀察點，學生可以通過比較大屏中太陽和月球的大小控制日、地、月的合適距離，在體驗式情境中自動完善建模步驟。此時，日、地、月模型就初步形成了。

三、模型應用——助推深度學習，為思維進階供條件

模型應用是建模過程中的重要因素，教師在設計教學過程時要注意根據學生學情、教學內容和課程要求合理安排教學活動，選擇合適的教學方法，關注學生的能力進階，設計挑戰性進階任務，遵循目標統領原則，讓學生的認知經歷“解構—建構—重構”的過程。這樣能夠幫助學生拓展思維深度，助推思維發展，讓深度學習自然發生。在本課中，學生通過前期交流分享理解模型，探究問題成因，初步構建模型，教師接下來還要引導他們挖掘本質和規律，應用模型解決實際問題。

（一）重構認知關聯，促進深層探究

學生在經歷模型構建后，對日、地、月的關系有了進一步的了解，但教師還需將學習任務重新錨定實際生活，讓新知識與學生原有的認知相互交融，創建起模型和原型的關聯，建立更加完整和深入的模型體系，促進更深層次的學習探究。因此，在學生完成模型的構建后，教師可設計實現進階發展的學習任務——利用模型關聯原型，尋找日、地、月距離的真實比例。

在實際的宇宙中，太陽的直徑約是月球的400倍，顯然，1厘米的黃色圓片與5厘米的紅色圓片在大小上并不符合實際的太陽、月球大小比例原型。但是，如果用真實的比例，也就是直徑400厘米的“太陽”進行實驗很難實現。因此，教師可提供直徑5厘米、10厘米、15厘米的紅色圓片分別模擬太陽，讓學生尋找這三個“小太陽”與月球差不多大的時候的合適距離，進而利用“小太陽”的合適距離推測出400厘米“大太陽”的合適距離，探究出實際宇宙中日、地、月距離的真實比例。

利用模型尋找實際宇宙中日、地、月距離的真實比例對于學生來說難度是較大的，為方便學生發現規律，筆者設計了活動記錄單（見表1），其主要作用如下。首先，為確保三年級的學生能正確理解直徑，在每個圓片上ZCBwTFJAIee4p9SGtM131Q==用線段標出并注明大小，學生只需用數字記錄5厘米、10厘米、15厘米不同圓片的合適距離，提高了記錄速度。其次，在左側用圖文結合的方式表示建模的要求，直觀形象，有利于引導學生正確操作，降低建模的難度。最后，在記錄單設計上采用縱向的方式，學生可以對兩列數據進行對比，方便觀察實驗規律，推算真實比例下的實際距離。

（二）解析內在規律，解決實際問題

學生了解到實際宇宙中太陽和月球的真實比例后，可嘗試利用模型，用“小太陽”代替“大太陽”，用小數據推算大數據的方法，探究日、地、月的真實距離。在模型應用的過程中，教師還要引導學生聯系現象與本質，了解事物的內在規律，培養學生尋找證據支撐觀點的意識，搭建利用模擬實驗研究宇宙空間問題的橋梁，找到現象背后的本質——距離，進一步解釋自然現象，解決實際問題。

考慮到三年級學生認知水平的局限性，為了更好地解析內在規律，利用模型解釋客觀事實，教師可出示的數據匯總表（見表2），幫助學生推演出實際宇宙中也就是“原型”的內在規律——太陽的直徑是月球直徑的400倍，同時日、地距離也是月、地距離的400倍。通過數據表的對比，學生會發現，正是這樣的巧合，我們站在地球上看到的太陽和月球的大小是差不多的，解釋了我們生活中的實際問題。

“仰望天空”一課的日、地、月模型建構是為了讓學生了解宇宙中的地球，理解地球所處的宇宙環境。因此，在模型建構教學中，教師要從實際宇宙的角度出發，同時還要關注在模型教學過程中學生的思維發展。基于新課標理念，運用“三階三供”的模型進階策略，能讓學生真正實現思維的躍遷。

模型建構是培養學生科學思維的重要途徑，基于“模型理解、模型構建、模型應用”三維度設計進階式學習任務是現階段小學科學模型建構課的主要模式。在模型建構教學中，學生在經歷“理解—構建—應用”任務進階的同時，也伴隨著思維的進階。而如何利用模型建構呈現學生的思維過程以及對知識的理解、內化過程，從而促進學生對原型的深層理解，仍需要科學教師持續不斷研究。

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（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］陳雙喜.基于科學思維培養的小學科學教學策略研究［J］.教育界，2023（30）.

（責任編輯：趙春艷）

作者簡介：衛佳鈿，浙江省湖州市吳興實驗小學教師。