◇屠 琴（浙江：舟山市定海區(qū)舟嵊小學(xué)）

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》于2022年4月正式頒布，新課標(biāo)明確提出了學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握科學(xué)課程設(shè)置的13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念。其中，系統(tǒng)與模型是科學(xué)教育高度關(guān)注的跨學(xué)科概念之一。所謂“系統(tǒng)”，是科學(xué)家為了研究方便，將屬于世界的其中一小部分，在概念上劃分出獨(dú)立的、用于調(diào)查和研究的單位；“模型”則是根據(jù)研究問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，用適當(dāng)?shù)男问奖碚髟撗芯繂?wèn)題下系統(tǒng)的主要特征，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)解釋或工程學(xué)設(shè)計(jì)的目的。

在我們的小學(xué)科學(xué)課程中，小到物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，大到地球系統(tǒng)、宇宙天體運(yùn)動(dòng)都需要借助系統(tǒng)與模型來(lái)理解和解釋。以《地球的結(jié)構(gòu)》一課為例，本課的探究實(shí)踐目標(biāo)就是通過(guò)制作地球結(jié)構(gòu)模型模擬地球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，我們從以下三個(gè)階段科學(xué)安排學(xué)習(xí)進(jìn)階。首先，提煉系統(tǒng)特征。對(duì)照新課標(biāo)學(xué)生需要知道地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為地殼、地幔、地核三個(gè)圈層，了解構(gòu)成地殼的主要巖石類型，了解各圈層的厚度、溫度及物質(zhì)組成都是不一樣的。其次，制作實(shí)物模型。根據(jù)了解到的系統(tǒng)特征，通過(guò)制作實(shí)物模型，模擬地球內(nèi)部的圈層結(jié)構(gòu)。最后，理解系統(tǒng)模型。借助系統(tǒng)模型來(lái)理解地球內(nèi)部圈層特點(diǎn)和地殼運(yùn)動(dòng)。圍繞以上三個(gè)階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師規(guī)劃一系列的學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生掌握系統(tǒng)與模型跨學(xué)科概念，使之成為直觀解釋地球系統(tǒng)的有效工具，具體的學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)如下。

一、以大單元教學(xué)方式，發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)

新課標(biāo)所倡導(dǎo)的跨學(xué)科概念是在學(xué)習(xí)學(xué)科核心概念的過(guò)程中自然形成的。以大單元為整體教學(xué)，有助于將系統(tǒng)與模型這一跨學(xué)科概念內(nèi)化為連貫的、整體的認(rèn)識(shí)。《地球的結(jié)構(gòu)》是教科版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)第二單元“地球表面的變化”的第二課，這一單元的課程內(nèi)容指向的學(xué)科核心概念是“地球系統(tǒng)”。因此，教師以大單元為整體，發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，創(chuàng)設(shè)“學(xué)校地球科學(xué)展覽館”的大情境，根據(jù)每一課的課程內(nèi)容規(guī)劃相對(duì)應(yīng)的具體子項(xiàng)目任務(wù)。本課的驅(qū)動(dòng)性任務(wù)是“做一個(gè)地球結(jié)構(gòu)模型”來(lái)豐富“地球結(jié)構(gòu)館”的展區(qū)內(nèi)容。項(xiàng)目要求是：符合地球結(jié)構(gòu)，越接近真實(shí)越好。通過(guò)真實(shí)項(xiàng)目任務(wù)的驅(qū)動(dòng)，學(xué)生不僅僅要明確建模任務(wù)要求，更重要的是喚醒他們自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)認(rèn)識(shí)地球系統(tǒng)的積極性。

二、組織參觀自主學(xué)習(xí)，初探地球結(jié)構(gòu)

在教材中，本課的探索環(huán)節(jié)分為4部分相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容，依次是了解地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、了解地殼的組成、了解地殼的運(yùn)動(dòng)、做一個(gè)地球結(jié)構(gòu)模型。但是，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，我們可以整合教材中分散的各部分內(nèi)容。為此，在學(xué)生建模之前，教師精心布置了地球科學(xué)展覽館（如圖1），展館里既有地球內(nèi)部各圈層資料，也有彎曲的巖層模型、巖石標(biāo)本，還有上節(jié)課學(xué)生制作的地形地貌模型。展館里的資料呈現(xiàn)方式不僅有文字、圖片，也有視頻、模型和標(biāo)本等。

圖1 地球科學(xué)展覽館展示內(nèi)容

豐富的資料內(nèi)容，多樣的呈現(xiàn)形式，畫(huà)廊式的參觀學(xué)習(xí)，每位參觀者都是一名孜孜不倦的求學(xué)者。學(xué)生用自己擅長(zhǎng)的學(xué)習(xí)方法以關(guān)鍵詞或畫(huà)一畫(huà)的形式來(lái)記錄自主參觀學(xué)習(xí)的收獲（如圖2）。有學(xué)生記錄了“地球從外到內(nèi)分為地殼、地幔、地核三個(gè)圈層”；有學(xué)生記錄了“地核厚度3470千米，地幔厚度2865千米，地殼厚度17千米”；有學(xué)生記錄了“地殼在不斷變化，斷裂，彎曲，傾斜”；有學(xué)生記錄了“沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖”……經(jīng)歷獨(dú)立探究之后，可能學(xué)生了解到的地球結(jié)構(gòu)信息是不完整的，甚至有偏差的。但是，初探地球結(jié)構(gòu)，學(xué)生收獲的不僅僅是科學(xué)知識(shí)，更重要的發(fā)展了自主學(xué)習(xí)的能力。

圖2 學(xué)生的參觀記錄表

三、全班交流共享，整體認(rèn)識(shí)系統(tǒng)

8分鐘的畫(huà)廊式自主參觀學(xué)習(xí)之后，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)仍停留在零散、片面的知識(shí)水平。接下來(lái)，全班交流分享的環(huán)節(jié)，就是相互補(bǔ)充的學(xué)習(xí)過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析、比較、綜合等思維方法，抓住地球結(jié)構(gòu)建模的關(guān)鍵信息，學(xué)會(huì)尋找證據(jù)支撐自己的觀點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生僅僅提到某個(gè)圈層的溫度、物質(zhì)組成或狀態(tài)時(shí)，教師及時(shí)追問(wèn)“另外兩個(gè)圈層的情況又是怎么樣的呢”；當(dāng)學(xué)生隨機(jī)說(shuō)到“地球上的巖石或彎曲的巖層”時(shí)，教師又可以追問(wèn)，“這些現(xiàn)象的形成與地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否有聯(lián)系呢”。在課堂交流的過(guò)程中，教師通過(guò)這樣的追問(wèn)形式，幫助學(xué)生在頭腦中逐步建立有關(guān)地球結(jié)構(gòu)的整體認(rèn)識(shí)。全班交流共享，交流的是知識(shí)，培養(yǎng)的是樂(lè)于分享、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、大膽質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。

四、科學(xué)建構(gòu)模型，揭示系統(tǒng)本質(zhì)

基于學(xué)生已經(jīng)掌握的地球結(jié)構(gòu)信息，我們要討論“如何制作地球結(jié)構(gòu)模型”。學(xué)生最先會(huì)想到用紅色超輕黏土表示地核，因?yàn)榈睾藴囟茸罡?，然后依次用黃色黏土和藍(lán)色黏土表示地幔和地殼；學(xué)生也會(huì)想到借助模具上的比例尺盡量按照真實(shí)比例來(lái)控制各圈層的厚度（圖3是為學(xué)生準(zhǔn)備的建模模具）；甚至還有學(xué)生想要在地殼上制造出凹凸不平的地表形態(tài)……學(xué)生從不同角度分析、思考科學(xué)建模的問(wèn)題，提出有價(jià)值的建模方法，其最終的目的都是揭示系統(tǒng)的本質(zhì)特征。這就是“系統(tǒng)與模型”為什么會(huì)成為新課標(biāo)中明確提出的跨學(xué)科概念之一，也是科學(xué)教育高度關(guān)注的跨學(xué)科概念之一的原因。

圖3 為學(xué)生準(zhǔn)備的建模模具

模型的建構(gòu)是學(xué)生從科學(xué)的角度認(rèn)識(shí)地球結(jié)構(gòu)的重要思維方式。科學(xué)思維的形成需要一步一個(gè)腳印，遵循一定的學(xué)習(xí)規(guī)律。五年級(jí)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)不可能一步到位。為實(shí)現(xiàn)科學(xué)建模的目的，我們“小步走，有進(jìn)階”，從建模前的參觀學(xué)習(xí)、交流分享再加上教師借助板書(shū)及時(shí)跟進(jìn)地球結(jié)構(gòu)平面示意圖（如圖4），讓學(xué)生頭腦中的地球結(jié)構(gòu)模型從資料到平面，再到立體，逐漸具體清晰。

圖4 “地球的結(jié)構(gòu)”平面示意圖

五、實(shí)施項(xiàng)目評(píng)價(jià)，解釋系統(tǒng)模型

模型制作并展示后。學(xué)生會(huì)自發(fā)地從多角度對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)，比如模型本身、小組合作等。但是建模的目的本身不是模型本身，而是通過(guò)建模促進(jìn)對(duì)原型的認(rèn)識(shí)。所以，教學(xué)過(guò)程中另一個(gè)要重點(diǎn)解決的問(wèn)題就是，組織學(xué)生通過(guò)模型解釋客觀世界。根據(jù)模型制作要求，首先橫向比較各小組建好的地球結(jié)構(gòu)模型是否能真實(shí)表示地球結(jié)構(gòu)，越接近真實(shí)越好，再結(jié)合地球結(jié)構(gòu)模型延伸拓展地球表面形態(tài)的形成與變化的原因，為后面進(jìn)一步研究地震和火山噴發(fā)奠定知識(shí)基礎(chǔ)。項(xiàng)目評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，我們看到的不僅僅是學(xué)生基于證據(jù)發(fā)表自己見(jiàn)解，以及包容不同觀點(diǎn)的科學(xué)態(tài)度，更加難能可貴的是看到了學(xué)生尊重他人學(xué)習(xí)果實(shí)的情感態(tài)度，當(dāng)各小組的模型拼接成一個(gè)整體之后，集體的榮譽(yù)感和學(xué)習(xí)的成就感油然而生。

六、項(xiàng)目遷移應(yīng)用，改變學(xué)習(xí)方法

做一個(gè)地球結(jié)構(gòu)模型僅僅是本單元建設(shè)“地球科學(xué)展覽館”項(xiàng)目的其中之一，各小組拼接后的地球結(jié)構(gòu)模型也會(huì)成為地球科學(xué)展覽館里展示的一部分。通過(guò)《地球的結(jié)構(gòu)》一課的學(xué)習(xí)，學(xué)生經(jīng)歷資料搜集、與他人合作、積極地完成建模任務(wù)。以建模來(lái)解釋系統(tǒng)的教學(xué)方法，也會(huì)遷移應(yīng)用到本單元后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。以大單元整體教學(xué)，促進(jìn)“地球系統(tǒng)”學(xué)科核心概念和“系統(tǒng)與模型”跨學(xué)科概念的形成。

真實(shí)世界很復(fù)雜，但可以用簡(jiǎn)化的模型來(lái)描述?！兜厍虻慕Y(jié)構(gòu)》一課所指向的是復(fù)雜的地球系統(tǒng)，建一個(gè)地球結(jié)構(gòu)模型可以幫助學(xué)生理解和研究地球系統(tǒng)。從教學(xué)角度來(lái)看，整個(gè)教學(xué)過(guò)程就是學(xué)科核心概念與跨學(xué)科概念相互滲透、相互融合的過(guò)程；從項(xiàng)目式學(xué)習(xí)來(lái)看，整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程就是從情境體驗(yàn)到合作共享，再到解決問(wèn)題的探索創(chuàng)新過(guò)程；從建模角度來(lái)看，整個(gè)建模過(guò)程實(shí)際上就是從高質(zhì)量輸入到高質(zhì)量輸出的建模過(guò)程。

以《地球的結(jié)構(gòu)》為課例，我們看到了模型建構(gòu)作為解釋系統(tǒng)的有效工具，學(xué)生不僅掌握了科學(xué)概念，同時(shí)也培養(yǎng)了科學(xué)思維，提升了探究實(shí)踐能力，并在此基礎(chǔ)上逐漸形成科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。在新課標(biāo)實(shí)施的背景下，會(huì)有更多的小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容也可以通過(guò)系統(tǒng)與模型來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。未來(lái)，我們希望看到學(xué)生在研究新問(wèn)題時(shí)，會(huì)有意識(shí)地建立模型來(lái)描述、解釋所關(guān)心的系統(tǒng)特征。要讓跨學(xué)科概念下的系統(tǒng)與模型真正成為學(xué)生認(rèn)識(shí)世界解釋世界的有效工具，也讓系統(tǒng)與模型進(jìn)一步推動(dòng)小學(xué)科學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展。