模型建構在小學科學教學中的應用

[摘 要] 隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》的頒布，“模型建構”這一概念被單獨提出，這也意味著模型建構在小學科學教學中十分重要。本文從模型建構的內涵界定、教學流程、教學應用、未來方向四個方面入手開展研究，為培養小學生的科學思維提供了方向。

[關鍵詞] 新課標；小學科學；科學思維；模型建構

模型建構在《義務教育科學課程標準（2022年版）》中被首次直接表達出來，這一舉措具有深遠的意義。模型建構作為科學教育中的重要教學方法，旨在幫助學生理解科學原理，提高科學素養。通過模型建構，學生可以更加深入地理解科學知識，培養科學思維，提高科學素養，為未來的學習打下堅實的基礎。因此，模型建構在科學教育中越來越受到重視，成為科學教育改革的重要方向之一。

一、研磨探討，解讀模型建構的內涵界定

（一）研讀新課標，豐富知識儲備

新課標中對模型建構有著明確的描述，主要是基于實際經驗，對事物進行概括和抽象，構建出能夠反映現象和數據關系的模型；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。根據科學課程總目標的要求，學生應具備基于經驗事實抽象概括出理想模型的能力，并具備初步的模型理解和模型建構能力。因此，我們應該注重培養學生的觀察能力、實驗操作能力和推理分析能力，幫助他們形成科學思維方式和科學探究能力。這些能力不僅有助于學生更好地理解和掌握科學知識，還能夠幫助他們更好地應對現實生活中的問題，提高他們的綜合素質。

模型建構在新課標中的目標要求如下：1～2年級，在老師的指導下，能利用不同的材料或者工具，通過語言表述、畫一畫、寫一寫的方式表達自己的想法；3～4年級，在老師的指導下，能夠清楚表達事物之間的內在聯系及重要特征，能利用模型來解釋一些生活中的現象，通過這樣的學習，來更好地了解自然世界，培養科學思維和觀察能力；5～6年級，能運用各種探究方法，如舉例、論證、猜想、歸納、總結等，通過模型來解釋一些科學現象和科學原理。雖然不同學段的具體目標要求有所不同，但都強調了學生應具備基于事實的探究能力、科學思維能力和解決問題的能力。同時，不同學段的目標要求之間相互聯系、相互促進，形成了模型建構具有邏輯性和連貫性的目標體系。

（二）模型建構的內涵解讀

模型建構不僅是一種重要的思維方式，更是一種不可或缺的認知手段。例如，在真實的情境中，學生可以建構一種易于認識和表達的模型，這種理想狀態的模型能體現事物固有屬性或特征，這就是模型建構。模型建構實際上是一種復雜的思維過程，它涉及對問題的深入理解、對信息的有效整合以及對模型的不斷完善。在這個過程中，人們需要清晰地理解問題的本質，然后運用他們的知識和技能，將問題轉化為一個可以處理的模型。這個模型可以是物理模型、概念模型、數字模型等等，這取決于問題的性質和目標。然后，人們需要使用適當的工具和技術來收集、處理和分析數據，以驗證和改進模型。這個過程需要很強的邏輯思維能力，以確保模型的準確性和可靠性。因此，可以說模型建構不僅僅是一個技術過程，更是一個思維過程，它需要人們有創造力、批判性思維和解決問題的能力。

二、多維優化，設定模型建構的教學流程

模型建構在小學科學課堂中有一些大致流程，以“土壤的類型”一課為例，初步設定如下教學流程：

1.確定問題：確定要解決的實際問題。本課中，需要了解沙粒、粉粒和黏粒的大小，形成表象結構。

2.設計模型：設計模型就是對模型有初步的構想，用畫圖的方式呈現自己的設計。一般要包括模型尺寸、模型材料、預估效果和制作成本等。可以用畫圖的方式表示出沙粒、粉粒和黏粒的大概大小和形狀，并標注出使用材料和成本等信息。

3.制作模型：尋找合適的材料制作模型。可以用超輕黏土捏出需要的模型，可以任意改變模型的大小，簡單方便。也可以使用黃豆、綠豆、小米這樣不同大小的顆粒分別表示沙粒、粉粒和黏粒的模型，貼近生活，學生更易理解。

4.測試模型：對制作的模型進行測試，看看基本功能是否能實現。超輕黏土制作出的模型，必須大小合適，易于觀察。

5.反思改進：在對模型測試完以后，如果功能表現不佳，可以嘗試改進和優化。

三、實踐摸索，探尋模型建構的教學應用

（一）構建物理模型，讓科學思維看得見

1.物理模型的基本特征

物理模型就是對原來的事物進行等比例的縮放，不改變原事物的結構，從而建構的一種理想化的模型。

2.物理模型的應用場景

在小學科學課堂中，實物模型是教師經常使用的一種物理模型。這些模型基于現實生活中的物品或結構，能夠幫助學生更好地理解復雜的科學概念。這些實物模型通常是按照比例縮小的真實物品或結構，以便能夠在課堂上展示和操作。例如，一個簡單的機械系統模型包括滑輪、繩子和重物等元素，幫助學生理解機械能守恒的概念。另一個常見的實物模型是電路模型，它由電池、導線和燈泡等組成，可以幫助學生理解電路的基本原理。

在小學科學課堂中，教師輔導學生建立實物模型，認識并拓展模型，從而幫助學生有效銜接自己的認知經驗，建立新的知識概念。通過操作這些模型，學生可以親手體驗科學原理的實踐應用，提高實踐能力和科學素養。實物模型還可以提高學生的學習興趣和參與度，讓他們更加積極地投入科學學習中。

3.物理模型的應用實例

物理模型在小學科學教學中有顯著的應用。如“看月亮”一課，學生腦海中或多或少都有月亮的樣子，也可以畫出一個個不一樣的月亮形狀，如新月和滿月。但是對于二年級學生來說，描述清楚月亮每一階段的樣子是困難的，此時可以借助實物模型月相盒來完善學生頭腦中對月亮形狀的認知，幫助學生完整地經歷一次月相從月初到月末的變化過程。學生先觀察月相盒里月亮的形狀，隨后一一畫出來，再把畫出來的月亮進行排序，通過這樣的方式進行學習。借助實物模型月相盒觀看月亮，更加直觀、形象，在激發學生的學習興趣的同時，也增強了學生學習的效果。

又如“土壤的類型”一課，土壤有很多分類方法，教材中所介紹的分類方法是按照土壤中所含沙粒、粉粒和黏粒的多少來分，這樣分類從理論上說容易，但是可操作性比較差，因此教材提供閱讀資料加以介紹，讓學生能夠通過圖片領會每一種類型的土壤究竟是由怎樣的顆粒組成的。但是，最直觀的方法就是建立實物模型，如用黃豆代表沙粒，用綠豆代表粉粒，用小米代表黏粒，把它們按照一定的比例摻在一起裝進透明塑料杯，引導學生觀察，指出三者的不同之處，或者讓學生用超輕黏土捏出不同大小的模型，這樣直觀、醒目，易于學生理解和掌握土壤的分類。

（二）構建概念模型，讓科學思維理得清

1.概念模型的基本特征

概念模型是一種形式化的表達方式，用于描述和解釋特定領域中的概念、關系和過程。它可以將抽象的概念和想法轉化為具體的符號和語言，幫助人們更好地理解和交流。

2.概念模型的應用場景

小學科學教學中有一些抽象的概念，一個接一個的概念，彼此之間還密切相關，如果一個概念沒有清晰，接下來的知識接收和理解會相互混淆，千頭萬緒，理不清。概念模型是把幾個相關概念之間建立關聯，呈現知識與知識之間的內在聯系，有助于學生把握單個概念和單元大概念，形成結構化的知識體系。如熱對流概念、月相概念、相對運動概念、物體導熱導電性能概念、能量守恒概念等。

3.概念模型的應用實例

概念模型的應用主要體現在中高年段。如“運動與位置”一課，在判斷一個物體是否在運動時，可以先出示第一幅圖片，讓學生說說哪些物體在運動。這里描述物體是否在運動時就會發現一些問題，如汽車是靜止的還是在運動，湖里的鴛鴦是靜止的還是在運動。再出示第二幅圖片，學生就很容易根據它們所處位置的不同去判斷。這里實際上在幫助學生建立一個概念模型，要判斷一個物體是否運動，必須找到一個參照物，這個物體相對參照物的位置是否發生改變。學生只有掌握了這個概念，才能真正認識物體的運動狀態。

又如“刺激與反應”一課，教師在課上為了講清楚什么是刺激，什么是反應，需要幫助學生建立概念模型。通常選取四個典型的刺激形式，聲音信號刺激、光信號刺激、體內感受信號刺激以及較為高級的語言信號刺激，然后關聯相對應的動作、語言以及情緒行為，從因果關系的角度，引導學生知道什么是刺激、什么是反應，為后面三個活動的展開做好鋪墊。教師用“這個情景是什么樣的？”“他們正在干什么？”“在什么情況下這樣做的？”等話語，引導學生進行思考和交流，以便他們將動因與行為聯系起來。建立了這樣的動因與行為的概念模型，學生理解起來就更加順暢了。

（三）構建數字模型，讓科學思維帶得走

1.數字模型的基本特征

在小學科學中，數字模型是一種非常重要的學習工具。學生可以使用統計、列表、畫圖等手段來模擬自然現象和科學實驗。這些操作方法可以幫助學生更好地理解科學概念，同時還可以讓他們探索不同的變量和條件，以便更好地了解科學原理。

2.數字模型的應用場景

小學科學教學中需要記錄和收集數據的實驗非常多。往往一個實驗，為了保證數據的準確性，需要多次測量取平均值，甚至需要做統計圖來進行數據的收集與處理，方能分析、歸納、概括出科學的規律，這類都屬于數字模型。常見的有太陽系中各行星的直徑、質量與日星距離等數據。

3.數字模型的應用實例

數字模型的應用主要體現在中高年段。在“冷熱和溫度”這一課的教學中，在探究一杯熱水在變涼過程中溫度的變化規律時，實驗過程中要及時、準確記錄數據，實驗結束后要認真分析數據，出現異常數據要尋找原因。要關注學生數據記錄的實時性、真實性與準確性，指導學生畫曲線圖，然后學會分析數據，通過曲線圖的變化，從而得出一杯熱水在變涼過程中溫度的變化規律。這就是典型的建立數字模型，通過繪制的曲線圖，進行數據的分析、綜合處理，最終發現科學規律，得出結論。

四、研中反思，梳理模型建構的未來方向

模型建構是學習中把復雜的概念簡單化、抽象的事物具體化的過程。在科學教學中，合理運用模型建構的方法，能有效提升小學生的邏輯思維能力和空間想象能力。模型建構能有效激發學生學習科學的興趣，滿足學生的好奇心和求知欲，為學生提供動手又動腦的體驗，促進科學思維的深層次進階，最終實現核心素養的落地生根。

在新課程改革背景下，教師必須重新思考如何在日常科學教學中培養學生的科學思維，全面發展學生的核心素養。科學教學的重點并不只是教授知識，還應該讓學生學會高效的科學學習方法。模型建構幫助學生將復雜的科學知識系統化，學生在今后的學習中可能會嘗試利用模型來梳理知識，用模型構建的方式來描述科學事物或現象，逐漸形成系統的科學思維，這對未來的發展意義深遠！

參考文獻

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[作者簡介]趙媛（1990— ），女，安徽滁州人，南京江北新區高新實驗小學，二級教師，研究方向為小學科學思維課堂。