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        基于模型和建模掌握科學(xué)概念的科學(xué)教學(xué)

        2020-12-08 09:16:15黃惠娜
        關(guān)鍵詞:模型

        黃惠娜

        【摘? 要】在教學(xué)中通過利用模型,學(xué)生參與設(shè)計(jì)、制作模型等科學(xué)探究活動(dòng),學(xué)生能正確認(rèn)識科學(xué)現(xiàn)象,能夠?qū)茖W(xué)現(xiàn)象作出正確的分析、解釋、說明,建構(gòu)正確的科學(xué)概念,理解科學(xué)概念的本質(zhì),促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)一步發(fā)展。

        【關(guān)鍵詞】模型;建模;掌握;科學(xué)概念

        科學(xué)概念是指組織起來構(gòu)成的、系統(tǒng)的科學(xué)知識。它來自科學(xué)家共同體對世界的認(rèn)識,同時(shí)也幫助科學(xué)家組織對世界的觀察和發(fā)現(xiàn),它包含的內(nèi)容是開放的、動(dòng)態(tài)變化的。

        小學(xué)階段,兒童對周圍世界有著強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望,這一時(shí)期是培養(yǎng)科學(xué)興趣、體驗(yàn)科學(xué)過程、發(fā)展科學(xué)精神的重要時(shí)期。小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的義務(wù)教學(xué)階段的核心課程。理解和形成科學(xué)概念、發(fā)展科學(xué)探究能力是科學(xué)教學(xué)的核心目標(biāo)之一,學(xué)生對科學(xué)概念的正確理解和掌握有助于促進(jìn)他們對科學(xué)本質(zhì)的理解。

        1 模型和建模的解釋和作用

        1.1 模型

        模型是復(fù)雜事物或現(xiàn)象的具體體現(xiàn),是對于現(xiàn)實(shí)世界的事物、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述,或其部分屬性的模仿。模型提供觀念和印象,是非常吸引學(xué)生的生動(dòng)的感性材料,是學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。在教學(xué)中利用模型可以讓學(xué)生感受到這些過程的動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性,突出了探究性學(xué)習(xí),有利于學(xué)生知識的構(gòu)建。生物學(xué)研究中通常建構(gòu)的模型包括物理模型、概念模型和數(shù)學(xué)模型等。只抽取本質(zhì)要素,用簡單的模型模擬復(fù)雜的人體等使復(fù)雜的問題簡單化,有利于學(xué)生概念的發(fā)展。以科學(xué)概念作為教學(xué)目標(biāo),將促進(jìn)學(xué)生對事實(shí)的理解,有助于他們形成重要的科學(xué)觀念和思想。

        1.2 建模

        模型建構(gòu)法就是把研究對象(原型)的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去,從而以簡化和理想化的形式去再現(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系的一種科學(xué)方法。作為一種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識手段和思維方法,所提供的觀念和印象,不僅是人們獲取知識的條件,而且是人們認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重要組成部分,在學(xué)校自然科學(xué)日常教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值和意義。

        2? 借助模型和建模掌握科學(xué)概念——以小學(xué)科學(xué)教科版四年級上冊《呼吸與消化》單元為例

        《呼吸與消化》這個(gè)單元是屬于科學(xué)課的生物領(lǐng)域內(nèi)容,在生物領(lǐng)域中進(jìn)行模型教學(xué),并不僅僅是簡單的運(yùn)用模型結(jié)論,同時(shí)還要重視模型結(jié)構(gòu)構(gòu)建的過程。教師進(jìn)行模型構(gòu)建過程中,引導(dǎo)學(xué)生積極去探討生物學(xué)的研究對象,構(gòu)建嚴(yán)密、科學(xué)的建模過程,提高學(xué)生的上課效率,充分掌握相關(guān)的科學(xué)概念。

        此單元教學(xué)中我針對課程的內(nèi)容分別利用了物理模型、數(shù)學(xué)模型和概念模型幫助學(xué)生掌握科學(xué)概念,為學(xué)生提供了認(rèn)識自己身體結(jié)構(gòu)和功能的機(jī)會(huì),使他們能夠意識到身體的各種活動(dòng)都需要各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作,在這個(gè)基礎(chǔ)上建立他們的健康意識。

        2.1 借助物理模型探究,將抽象的概念直觀化

        物理模型作為認(rèn)知工具,它能夠幫助學(xué)習(xí)者建構(gòu)知識基礎(chǔ),更加投入于學(xué)習(xí),并且獲得更有意義、可遷移的知識。學(xué)習(xí)者可以使用認(rèn)知工具來分析世界、獲取信息、解釋和組織知識,并表達(dá)他們的所知所想?!妒澄镌谏眢w里的旅行》探究活動(dòng)——平面模型拼圖及實(shí)物模型拼裝體驗(yàn),利用建立好的模型進(jìn)行解說。主要讓學(xué)生在對消化的原有理解之上,通過拼圖、比對消化器官圖,猜想食物在體內(nèi)的“旅行”過程和參照實(shí)物模型認(rèn)識體內(nèi)各器官的部位,初步認(rèn)識主要消化器官的功能并建立起食物的消化需要多個(gè)器官共同參與完成的認(rèn)識。

        2.2 制作數(shù)學(xué)模型,將思維謹(jǐn)慎化

        建構(gòu)數(shù)學(xué)模型,揭示問題本質(zhì)。數(shù)學(xué)模型是用來描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。對研究對象的生命本質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行具體的分析、綜合,用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式,如數(shù)學(xué)方程式、關(guān)系式、曲線圖和表格等來表達(dá),從而依據(jù)現(xiàn)象作出判斷和預(yù)測。數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建過程不僅需要學(xué)生掌握其步驟,還需要學(xué)生能夠領(lǐng)悟歸納出其規(guī)律?!逗粑c健康生活》一課,學(xué)生運(yùn)動(dòng)后,每分鐘心跳與呼吸的次數(shù)增多這一現(xiàn)象入手通過采集數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成柱狀圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化,討論“跳動(dòng)起來后呼吸為什么會(huì)加快”和“跳動(dòng)后心跳為什么會(huì)加快”這兩個(gè)問題,了解呼吸系統(tǒng)的功能和血液循環(huán)系統(tǒng)的功能,并建立保護(hù)心臟、保護(hù)肺的意識。

        2.3 運(yùn)用概念模型歸納,將零散的知識系統(tǒng)化

        建構(gòu)概念模型,梳理知識間內(nèi)在關(guān)系。概念模型是指以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型。建構(gòu)概念模型可以使學(xué)生深入理解基礎(chǔ)知識,辨析知識點(diǎn)之間的聯(lián)系與區(qū)別,使知識結(jié)構(gòu)化,同時(shí)有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括和語言表述能力。例如生物學(xué)中的相關(guān)概念、由相互聯(lián)系的不同概念而形成的概念圖、流程圖等都屬于概念模型的類型。通過建構(gòu)概念模型一方面可以使學(xué)生理解相關(guān)概念;另一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括、語言表述等能力。

        設(shè)計(jì)《食物在身體里的旅行》學(xué)習(xí)記錄單可以建立概念圖歸納本節(jié)要點(diǎn),用作為符號模型的概念圖來做為一種教學(xué)支架,意味著它能夠體現(xiàn)為一種支持結(jié)構(gòu),而這種支持結(jié)構(gòu)能夠有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的思維支撐和能力自治,為教學(xué)者和學(xué)習(xí)者提供了一種使用和加工信息的認(rèn)知支持框架。

        3? 模型和建模在科學(xué)課堂的應(yīng)用意義

        基于模型和建模的科學(xué)教學(xué)為學(xué)生提供了可視的圖像或直觀、簡潔的模型,幫助學(xué)生理解和記憶抽象的科學(xué)內(nèi)容;把抽象的概念還原到具體的可感知的形象,增加了課堂教學(xué)的直觀性,使科學(xué)概念更加形象化、具體化,有助于學(xué)生理解科學(xué)概念的本質(zhì),促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)一步發(fā)展。在教學(xué)中通過利用模型,學(xué)生參與設(shè)計(jì)、制作模型等科學(xué)探究活動(dòng),幫助學(xué)生正確認(rèn)識科學(xué)現(xiàn)象,能夠?qū)茖W(xué)現(xiàn)象作出正確的分析、解釋、說明,建構(gòu)正確的科學(xué)概念。

        參考文獻(xiàn):

        [1]廣州市義務(wù)教育階段小學(xué)科學(xué)教科版《科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》

        [2]《科學(xué)》全日制義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(四年級上冊),教育科學(xué)出版社

        [3]皮連生.學(xué)與教的心理學(xué)(第五版).上海:華東師范大學(xué)出版社,2009,(5):100-101

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