建模教學(xué)在學(xué)科教學(xué)中融入的思考與實(shí)踐

【摘"要】小學(xué)階段，科學(xué)教學(xué)中開展“建模教學(xué)”可以使得學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗(yàn)更加豐富，可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。筆者以“建模教學(xué)”為主線，設(shè)計(jì)了本課的課堂教學(xué)，讓學(xué)生有機(jī)會進(jìn)行親身體驗(yàn)和動手實(shí)踐設(shè)計(jì)，模擬工程師解決問題的方式建立簡易顯微鏡模型觀察微小物體，體驗(yàn)顯微鏡的整個(gè)發(fā)展歷程，感受科學(xué)與技術(shù)的相互促進(jìn)作用，通過精心設(shè)計(jì)教學(xué)的進(jìn)階路徑來促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；建模教學(xué)；思維進(jìn)階

小學(xué)階段，科學(xué)教學(xué)中開展建模教學(xué)可以將科學(xué)探究與工程實(shí)踐兩種不同的學(xué)習(xí)形式有機(jī)組合在一起，使得學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗(yàn)變得更加豐富，有利于學(xué)生科學(xué)大概念的形成，更重要的是可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升。

一、實(shí)驗(yàn)探索，關(guān)注思維

建模教學(xué)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)情境，設(shè)立預(yù)期目標(biāo)：學(xué)生通過調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡位置的實(shí)驗(yàn)探索，找到大而清晰的物體的圖像。以下是教學(xué)片段：

師：有一位老奶奶向我們求助，想讓大家?guī)退O(shè)計(jì)一個(gè)放大倍數(shù)更大的裝置，幫助她鑒別收到的紙幣的真?zhèn)巍Ｎ覀兛梢栽趺醋觯?/p>

生1：找一個(gè)凸度更大的凸透鏡；

生2：借助兩塊凸透鏡做一個(gè)組合裝置。

生3：用更多的凸透鏡。

師：這實(shí)際上就是我們今天要研究的課題：怎樣放得更大。

師：老師這里準(zhǔn)備了兩塊凸透鏡，（分別請兩位同學(xué)看一看、摸一摸、試一試）它們有什么不同？

生：中間的凸度不同，凸度大的放大倍數(shù)大，凸度小的放大倍數(shù)小。

師：同學(xué)們，如果真的如我們所猜測的這樣，用兩塊凸透鏡能夠提升放大的效果，那這兩塊凸透鏡應(yīng)該怎樣擺放？誰來演示一下該如何操作？

生：演示，兩塊凸透鏡要成一條直線。

師：誰還有補(bǔ)充？

生：演示，兩塊凸透鏡還需要間隔一定的距離。

師：剛才兩位同學(xué)大概的給我們展示了一下他們的思路。我們怎樣才能較準(zhǔn)確地知道兩塊凸透鏡的放置位置以及放大效果呢？

生：借助尺子進(jìn)行測量。

師：老師為大家準(zhǔn)備了豎向標(biāo)注了厘米刻度，底部標(biāo)注了1-15數(shù)字的書立架，請同學(xué)們想想看這些標(biāo)注有什么作用？

生：可以幫助我們測量高度和統(tǒng)計(jì)視野范圍。

師：請大家借助兩塊凸透鏡組合觀察，找到放大且清晰的圖像，并完成任務(wù)單的填寫。

師：請每個(gè)小組的材料員來領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)器材。

生：（探究活動）用兩塊凸透鏡觀察數(shù)字玻片，并填寫任務(wù)單。

師：（學(xué)生分享）同學(xué)們，你們知道兩塊凸透鏡組合后為什么能夠放得更大嗎？

生：因?yàn)橐粔K凸透鏡把物體的像放大后，另一塊凸透鏡把第一塊凸透鏡所成的像進(jìn)一步放大了。

師：事實(shí)確實(shí)是這位同學(xué)分析的這樣，兩塊凸透鏡組合相當(dāng)于先后把物體的像放大了兩次。

師：同學(xué)們，你們發(fā)現(xiàn)兩塊凸透鏡要怎樣組合物體的像才能夠放得更大嗎？

生1：兩塊凸透鏡要在同一條直線上，也就是要平行放置。

生2：兩塊凸透鏡要調(diào)節(jié)到合適的距離。

設(shè)計(jì)意圖：建模教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)情境，從而引出一個(gè)真實(shí)的問題。讓學(xué)生在對真實(shí)問題的探究中，發(fā)展他們處理復(fù)雜問題的能力。第一個(gè)活動是通過幫助一位老奶奶設(shè)計(jì)一個(gè)可以鑒別收到的紙幣的真?zhèn)谓柚姆糯笱b置導(dǎo)入，通過兩塊凸透鏡組合觀察找到放大且清晰的圖像的實(shí)驗(yàn)探索，調(diào)動學(xué)生借助對凸透鏡的已有認(rèn)識，借助書立架，幫助學(xué)生初步認(rèn)識兩個(gè)凸透鏡之間的距離會影響到物體圖像的清晰度及放大倍數(shù)。

二、建立模型，凸顯思維

科學(xué)教學(xué)實(shí)踐告訴我們，學(xué)生對于模型的學(xué)習(xí)由原先的被動接受轉(zhuǎn)化為主動建構(gòu)更利用實(shí)現(xiàn)真正意義上的理解。從思維角度來看，建模教學(xué)更加注重模型習(xí)得中的過程特質(zhì)。以下教學(xué)片段是建立模型的呈現(xiàn)：

師：剛才我們做實(shí)驗(yàn)的過程中手持兩個(gè)凸透鏡，你感覺有什么不足的地方？

生1：時(shí)間長了，手會累，會抖。

生2：兩只手都被束縛住了，不能用來做記錄或其他事情。

師：那大家想想看，如果想解放我們的雙手，我們有沒有什么更好的辦法？

生：可以考慮將凸透鏡固定起來。

師：那這樣的固定裝置應(yīng)該具有什么特點(diǎn)？

生1：能夠固定住兩塊凸透鏡。

生2：能夠保證兩塊凸透鏡在一條直線上。

生3：可以方便調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

師：那就讓我們做個(gè)小設(shè)計(jì)師，發(fā)揮我們的聰明才智，結(jié)合老師給大家準(zhǔn)備的材料設(shè)計(jì)一個(gè)具有一定創(chuàng)意的裝置。

師：老師給大家準(zhǔn)備了以下生活中的常見材料（簡要介紹一下不同材料的特性、功能，對學(xué)生不太熟悉的材料介紹一下使用方法），請同學(xué)們以小組為單位，商量確定本組想要選取的材料，將設(shè)計(jì)思路畫一畫（設(shè)計(jì)好后進(jìn)行展示交流）。

師：利用希沃白板展示四張較具代表性的設(shè)計(jì)，并請這四位同學(xué)介紹自己設(shè)計(jì)的裝置是如何實(shí)現(xiàn)既能固定兩塊凸透鏡，又能調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間距離的。

生1：我用了兩個(gè)伸縮筒，不但可以固定住兩塊凸透鏡，而且可以調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

生2：我用了書立架，把兩塊凸透鏡固定在支架上，通過調(diào)節(jié)支架上的自粘磁條改變兩塊凸透鏡之間的距離。

生3：我和生1差不多，只不過用的是一個(gè)筒，雖然筒不能伸縮，但鏡片可以調(diào)節(jié)。

生4：我的設(shè)計(jì)差不多是生1和生2的組合，是將兩個(gè)伸縮筒借助自粘磁條固定在書立架上，既可以控制視野范圍，又方便調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡之間的距離。

師：請每個(gè)小組的材料員來領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)器材（同時(shí)提供制作評價(jià)表）。

生：選取自己組所需的材料，分工合作進(jìn)行模型制作（制作好后進(jìn)行展示交流）。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過親歷手執(zhí)兩塊凸透鏡片觀察物體的不穩(wěn)定和不方便，自然而然地產(chǎn)生如何解決此問題的心理需求，同時(shí)生發(fā)出設(shè)計(jì)一個(gè)“既能固定兩塊凸透鏡，又能調(diào)節(jié)兩塊凸透鏡位置”的裝置，這讓整個(gè)設(shè)計(jì)活動更具現(xiàn)實(shí)性、目的性和方向性。要想學(xué)生能夠合作建造顯微鏡，那建造前的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)則是不可或缺的。“實(shí)驗(yàn)探索”和“模型設(shè)計(jì)”兩個(gè)活動為建造顯微鏡的活動打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、修正模型，聚焦思維

與其他組同學(xué)分享模型，并通過交流探討對模型進(jìn)行修正與優(yōu)化。在對比、修正中實(shí)現(xiàn)自身心智模型的完善與發(fā)展。主要環(huán)節(jié)如下：

師：請同學(xué)們根據(jù)剛才的交流討論過程中的檢測自評，結(jié)合其他同學(xué)給出的寶貴意見建議，將本組的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦薷呐c完善，然后根據(jù)圖紙進(jìn)行模型的進(jìn)一步修正。

生：利用修正的顯微鏡再次觀察教師提供的玻片標(biāo)本。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)同學(xué)們所提的意見建議先修改設(shè)計(jì)圖紙，再根據(jù)圖紙修正、完善模型。學(xué)生在修正、完善模型的過程中，能夠?qū)⑼瑢W(xué)的建議、自己的思考進(jìn)行消化、落實(shí)，并通過觀察玻片標(biāo)本進(jìn)一步檢驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)的合理性。在整個(gè)過程中，學(xué)生一步步地將凸透鏡之間的距離與簡易顯微鏡的放大倍數(shù)、清晰程度之間建立內(nèi)在聯(lián)系，將本課的概念知識與科學(xué)思維進(jìn)行系統(tǒng)化整合。

四、教學(xué)反思

本課教學(xué)始終堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以學(xué)定教，關(guān)注學(xué)生課堂生成的引導(dǎo)與利用，帶領(lǐng)學(xué)生在交流探討中進(jìn)行模型的重構(gòu)與迭代，引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)的思維方式，為培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。讓學(xué)生經(jīng)歷“明確問題→進(jìn)行設(shè)計(jì)→制作模型→評估改進(jìn)”5個(gè)環(huán)節(jié)，從明確問題到實(shí)驗(yàn)探索，再到工程設(shè)計(jì)創(chuàng)作與評估改進(jìn)，較全面、深入地涵蓋了STEAM教學(xué)的五個(gè)學(xué)科，讓學(xué)生有效地將科學(xué)知識與工程實(shí)踐環(huán)環(huán)相扣，螺旋狀發(fā)展。學(xué)生在學(xué)習(xí)中運(yùn)用循環(huán)迭代的方法充分發(fā)散思維，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并解決實(shí)際問題。每一環(huán)節(jié)的延續(xù)都是學(xué)生在STEAM理念下通過實(shí)驗(yàn)探索不斷建構(gòu)知識、提升思維并付諸于實(shí)踐檢驗(yàn)的過程。

總而言之，整個(gè)建模教學(xué)過程中，學(xué)生積極參與，不斷促進(jìn)本課知識建構(gòu)，更促進(jìn)了其科學(xué)思維的螺旋式上升發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部．義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[Z]．北京：北京師范大學(xué)出版社，2022．

[2]許莉娟.《一起來玩紙》STEAM項(xiàng)目分析[J].湖北教育·科學(xué)課，2020（06）：27-29.

[3]祝錢.從“模型教學(xué)”到“建模教學(xué)”的教學(xué)模型轉(zhuǎn)型[J].中小學(xué)教材教學(xué)，2023（03）：23-27.

[4]洪曉玲.基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)STEAM課程實(shí)踐與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探究[J].成才之路，2022（15）：67-69.

[5]何萍，章才岔.基于數(shù)學(xué)思維學(xué)習(xí)進(jìn)階實(shí)施單元整體教學(xué)的基本路徑[J].中小學(xué)教材教學(xué)，2023（03）：52-56.

[6]劉劍.小學(xué)科學(xué)教科書中科學(xué)史內(nèi)容的分析及教學(xué)建議[J].教學(xué)與管理，2022（12）：69-72.