小學科學課程中學生模型建構思維培養探析

摘 要：作為科學思維的基石，模型建構的教育價值不容忽視。《義務教育科學課程標準（2022年版）》將模型建構納入科學思維素養，強調其在小學科學教育中的關鍵作用。在小學階段，教師可以通過設計專門的模型建構活動，逐步激發和塑造學生的模型建構思維。基于對模型建構的意義解讀，開展相關教學實踐，提出在小學科學課程中培養學生模型建構思維的策略。

關鍵詞：小學科學；模型建構；科學思維

作者簡介：曹俊（1989—），男，江蘇省昆山市花橋中心小學校。

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）對科學課程的核心素養進行了全面論述，明確指出模型建構是科學思維的一個重要維度。這一變化體現了在科學教育中培養模型建構能力的必要性和意義。模型在科學界的應用范圍非常廣泛，其歷史演變和現代應用證明了模型在科學探究中的不可替代性。

在教育情境中，模型建構不僅能體現科學的本質，而且是構成科學素養的基石。有理論認為，科學在本質上可以歸結為科學建模活動，從觀察到推理，從描繪自然現象到預測未知，都涉及科學模型的建構和使用。這一觀點強調了模型建構在教育實踐中的核心地位。因此，廣大小學科學教育工作者應當深入探討模型建構的內在邏輯，并據此設計和實施教學策略，以促進學生科學知識的習得和科學技能的提升，培養他們的科學素養。

一、在小學科學課程中培養學生模型建構思維的要點

小學階段的科學模型建構教學是一項多元且立體的教學實踐，其主要目標是讓學生了解并掌握如何建構科學模型，實現科學思維發展。這一教育過程不僅關注學生對科學概念的掌握，更強調學生在模型建構過程中的思維深化和技能提升。

在實施模型建構教學時，教師需參考新課標，兼顧教學過程和學生學情，通過創設情境、布置任務和提出問題，使學生進行觀察、解析、對比、提煉和概括，逐步建立科學模型。此外，模型建構教學應結合實驗和模擬等實踐活動，對模型進行驗證和調整。這一環節可以鞏固學生對科學原理的認知，強化他們的實踐操作和問題解決能力。此外，小學科學模型建構不應被視為線性的、機械的過程，它應適應學生的認知水平、現有經驗和發展階段，隨著不同主題的科學學習進行迭代和循環。如此，學生在各個學習階段都能展現出獨特的發展軌跡，實現個性化成長［1］。

在評估學生的模型建構表現時，可以從兩個維度切入：一是他們如何借助模型生成對科學現象的解釋和預測；二是他們是否理解模型所反映的科學知識是暫時的、發展的和可調整的。這兩個維度雖然觀察角度不同，但都揭示了科學模型的多功能性、科學學習的動態性和科學本質的復雜性。教師要遵循新課標精神，建立層次分明的評價體系。例如，一級的學生能選擇和運用模型，以語言、圖像或文字等形式描述單一的科學現象或對象，能判斷模型的準確性，但尚未具備根據反饋信息調整模型的能力；二級的學生能選擇、創建和利用模型，結合各種信息和證據來解釋、闡明科學現象或事件，對模型進行局部改進；三級的學生可以建構和應用多個模型對相關科學現象進行解釋與預測，基于對不同模型的優劣分析來選擇和改進模型，使其更符合實際情況；四級的學生能自主建構和運用模型來輔助思考、提出新問題，會主動開展實驗、模擬等活動以收集數據，對科學模型進行校正和評價，提升模型的解釋和預測效能［2］。像這樣的評價體系有利于落實“教學評一體化”，保證教學評價方法與核心素養表現之間的一致性。

二、在小學科學課程中培養學生模型建構思維的策略

在小學科學教學中，模型建構對于培養科學思維和深化科學概念理解具有重要意義。模型建構包括觀察、提取、建構、驗證、修正和應用等多個步驟，這些步驟相輔相成，共同塑造了科學思維的培養路徑。

通過觀察太陽的移動路徑和物體在陽光下的影子變化，學生可以提煉出太陽位置與方向之間的關系。本文以“太陽的位置與方向”這一課題為例，引入“十字圖”坐標模型，描繪太陽在不同時刻的位置和方向。具體教學過程如下。

（一）啟發階段：情境建構，認識科學原型

情境創設能夠有效活躍學生的思維。模型建構前期階段的核心任務是引導學生建立對模型原型的認知，促進其思考與表達。教師可以基于學生的認知水平，精心設計富有啟發性的情境，揭示核心概念。例如，引導學生探索一天中不同時間段太陽的所在方位，鼓勵學生結合生活經驗，總結太陽方位的變化規律。教師可以建立坐標，讓學生在坐標上記錄太陽方位，加深學生對太陽方位與時間的關系的認識；還可以引入“日出東方落于西”“上北下南，左西右東”等諺語，對太陽在一天中變換的位置及其所對應的方向做具體形象的示范。這些初步的觀念理解為后續深入分析太陽運動規律、建構復雜模型提供了必要的認知支撐。通過同伴互動和師生探討，學生逐步建構了對太陽方位變化的樸素認識，為下一階段的系統觀察和模型建構奠定了基礎。

教師需要考慮學生的先備知識和認知發展水平，通過恰當的提問來激發學生的思維。例如，基于學生對太陽方位變化的生活體驗，提出“早上太陽在哪個方向升起？”“太陽在哪個方向落山？”等問題，讓學生分享自己的觀察和理解。這種情境化的探討有助于學生將抽象概念與實際經驗聯系起來，增強對所學內容的感知和理解［3］。

（二）建構階段：細致觀察，建構思維模型

在模型建構階段，學生需要對前期階段識別的原型進行深度解析，識別其構成要素并揭示它們之間的相互作用。以太陽移動規律為例，教師可以引導學生把握一天中不同時刻太陽的具體位置，通過“十字圖”這一工具，將抽象的概念具象化為有意義的模型。在繪制“十字圖”時，學生需要精確地標記出東、南、西、北四個方位。接著，依據對太陽位置的觀察，標記出清晨和黃昏時太陽的坐標。這個圖表不僅是模型的可視化展示，也是學生的初步假設。為了驗證假設，學生需要進行太陽軌跡觀察，收集數據，以校正和完善他們的模型。這一連串實踐不僅深化了學生對太陽位置變化的理解，同時也鍛煉了他們的觀察能力、數據分析能力和問題解決能力。

在這個過程中，教師需要了解學生的探究情況和思維發展水平，提供適當的引導和支持。例如，當學生在圖表繪制中遇到困難時，教師可以提供圖表范例。教師還需注重培養學生的數據收集和分析能力，指導學生通過合理的方法和步驟獲取有效數據，如根據有規律的時間間隔記錄太陽方位，嚴謹繪制模型圖。

在分析數據時，教師可以鼓勵學生運用多種表述方式（語言、圖像、符號等），促進學生的知識內化。隨著觀察的不斷深入和數據的不斷積累，學生對太陽運行規律的認知逐步完善，教師可以適時組織小組討論和集體分享環節，讓學生相互分享、辯論，交流彼此的見解，從而優化模型。在建構階段，教師還需強調模型的暫時性和待修正性，告訴學生當前的模型只是初步構想，之后還要根據新的信息對模型進行調整和完善。這有助于學生建立開放包容的學習心態，養成勇于批判和不斷求證的科學精神。

（三）精修階段：實驗探究，校準初步模型

模型修正階段的關鍵在于評估初步建構的模型是否準確地反映了原型的特性。只有當模型與原型的結構和規律一致時，才能確保其有效性；否則，需要重新審視并調整模型。針對“太陽的位置與方向”這一課題，本文設計了兩個定向練習，以協助學生檢驗模型的準確性。

1.觀察太陽位置的變動

鑒于學生觀察可能缺乏系統性，教師需指導學生先關注日出和日落時的太陽位置，再將其間的太陽位置添加到“十字圖”上。這種有序的觀察和記錄有助于學生更精確地校正模型。在實施這一練習時，教師可采用多種教學策略來啟發和引導學生。教師應鼓勵學生主動探索和發現，讓他們根據前期的初步觀察提出新的假設，并親自制訂觀察計劃。例如，可以要求學生合理安排觀察時間，既包括日出和日落等關鍵時刻，也要考慮到其他時段；還可以指導他們注意不同氣候條件下太陽位置的差異等。通過自主探究，學生將更加主動地參與到模型優化的過程中。教師需要為學生創建良好的觀察環境，提供必要的工具和條件，例如選擇適當的場地，為學生提供方位指示器等記錄工具，并告訴他們如何正確使用這些工具，確保數據收集的準確性。

此外，教師還應特別注重觀察結果的分享與交流環節。通過集體討論和比較分析，學生可以發現彼此觀察結果的共同點和差異，識別模型中的潛在問題，從而對之前的假設進行修正和完善。

2.使用“十字圖”進行方向識別

在這一練習中，教師可以采用案例導向法，為學生創設具有挑戰性的情境。例如，描述一個房間的布局，要求學生利用“十字圖”進行方向推斷。通過這種情境化的練習，學生能夠將所學的知識應用到具體場景中。教師還應適時組織小組討論，引導學生使用圖示、符號等多種形式進行表達與探討，使他們更好地理解方向概念的核心特征，促進學生之間的交流和互動［4］。

（四）實踐階段：生活應用，活用模型解難

這一階段標志著模型已完成建構和修正，可以用于解決實際問題。在教學實踐中，教師可以布置新穎的任務，讓學生運用改良后的“十字圖”進行方向識別。生活化的任務能夠激發學生的求知熱情，使他們全情投入解決問題的過程，在實際應用中體驗模型建構的精髓。此外，基于真實情境的任務安排有助于提升學生的問題解決能力和實踐操作技能水平，為他們未來的成長奠定堅實aacf7a42a398f0a310c052c7017fcdf4的基礎。

（五）評價階段：能力測評，深化模型建構

教師應認真觀察和記錄學生在模型建構過程中的表現，將其作為過程性評價的參考依據。此外，課堂中記錄的詳細數據也是課后實踐活動和形成性評價的重要支持。

評價學生的模型建構過程，教師可從多個角度切入：一是驗證學生繪制的圖表是否精確無誤；二是確認他們是否在圖表中清晰地展示了四個方位及其規則；三是驗證模型是否能解決實際定位問題，比如能否依據“十字圖”和太陽位置準確判斷方向，能否在不同環境中精確定位特定物體。

在課后實踐評價中，教師可以采用多種策略：一是讓學生根據太陽實時位置更新“十字圖”，以考查他們靈活運用模型的能力；二是創設情境，讓學生推測特定太陽方向對應的大致時間，從而檢驗他們信息理解和實踐應用的技能水平。

通過多元化的評估方法，教師能夠更深入地了解學生的模型建構水平，提供個性化的教學指導。

三、總結

綜上所述，在科學思維塑造中，模型建構扮演著重要角色。模型建構可以推動學生投身于科學探索活動，有助于磨礪學生的科學思維能力，并使學生從科學的視角深入剖析事物的基本特征和內在法則。小學科學教師必須充分考慮學生的學習特點與認知發展階段，使教學符合新課標要求，重點關注學生模型建構思維的發展，促進學生實踐技能和科學素養的提升。

［參考文獻］

[1]史加祥.新課標背景下小學科學模型建構的教學理解與實踐［J］.中小學課堂教學研究，2022（7）：19-22.

[2]胡衛平.在探究實踐中培育科學素養：義務教育科學課程標準（2022年版）解讀［J］.基礎教育課程，2022（10）：39-45.

[3]胡衛平.深入理解科學思維 有效實施課程標準［J］.課程·教材·教法，2022，42（8）：55-60.

[4]劉婷.從小培養科學精神與科學思維：小學科學課程育人價值開發［J］.人民教育，2021（21）：65-67.