林宏華

〔摘? ? 要〕? 2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任，明確提出模型建構(gòu)是科學(xué)思維的重要組成部分。模型建構(gòu)教學(xué)在小學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)用廣泛，但這種應(yīng)用是無意識的，處于被動地位。筆者在幫助教師理解模型建構(gòu)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，梳理課標(biāo)，理解各階段的模型建構(gòu)要求，通過具體的課堂教學(xué)案例，明確模型建構(gòu)教學(xué)的一般流程，為發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維、落實(shí)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)提供方法。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)思維；模型建構(gòu)

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 18-0004-03

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)課程核心素養(yǎng)分為科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任四個(gè)方面。課標(biāo)指出：科學(xué)思維是從科學(xué)的角度對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。模型建構(gòu)作為科學(xué)思維的重要組成部分被明確提出，說明模型建構(gòu)教學(xué)的價(jià)值得到認(rèn)可和重視。它對于學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)有著非常重要的意義與價(jià)值。教師需要在深刻理解其內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，開展扎實(shí)的教學(xué)實(shí)踐。

一、模型建構(gòu)的內(nèi)涵理解

科學(xué)教師在平時(shí)教學(xué)中經(jīng)常會使用各種標(biāo)本、裝置或模型進(jìn)行教學(xué)，也會采用模擬實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生認(rèn)識和理解科學(xué)現(xiàn)象。

比如，在《宇宙中的地球》教學(xué)中使用太陽系模型、地球結(jié)構(gòu)模型等；在《認(rèn)識耳朵的結(jié)構(gòu)》教學(xué)中使用耳廓模型、鼓膜模型、呼吸模型和表示骨骼、肌肉和關(guān)節(jié)的運(yùn)動模型等。這些模型都是實(shí)體的、可見的。也有研究者對模型的含義進(jìn)行了擴(kuò)展，認(rèn)為模型可以用觀念、數(shù)學(xué)符號，將自然界中的現(xiàn)象和事物表達(dá)出來。關(guān)于這一點(diǎn)，在新課標(biāo)“技術(shù)、工程與社會”學(xué)科核心概念的“教學(xué)提示”中也有體現(xiàn)：在教學(xué)中，學(xué)生可以利用技術(shù)與工程的方法和流程，完成作品設(shè)計(jì)和制作，形成一個(gè)系統(tǒng)。這些作品又可以成為后續(xù)更大系統(tǒng)中的實(shí)物模型，用于驗(yàn)證科學(xué)原理、復(fù)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象、演示科學(xué)原理如何轉(zhuǎn)換為技術(shù)等。比如，教科版科學(xué)五年級下《設(shè)計(jì)我們的小船》一課，學(xué)生的小船設(shè)計(jì)圖可以成為下一課《制作與測試我們的小船》的模型，可以借助設(shè)計(jì)圖，從理論上分析我們的小船能否有一定的載重量、能否行駛一定的距離。這也屬于模型建構(gòu)教學(xué)的一部分。

了解了模型所包括的含義，那什么是“模型建構(gòu)”呢？有學(xué)者結(jié)合其他文獻(xiàn)資料的觀點(diǎn)，在結(jié)合新課標(biāo)的基礎(chǔ)上，將科學(xué)模型建構(gòu)解釋為學(xué)生主體從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，對科學(xué)情境、任務(wù)或問題中涉及的科學(xué)現(xiàn)象、事物進(jìn)行抽象和概括等建構(gòu)模型，并運(yùn)用模型分析、解釋、描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與關(guān)系等復(fù)雜加工后形成科學(xué)模型的過程。

二、模型建構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)

模型建構(gòu)是科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分。新課標(biāo)指出，模型建構(gòu)體現(xiàn)在兩方面：以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，對客觀事物進(jìn)行抽象與概括，進(jìn)而建構(gòu)模型；運(yùn)用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。以上兩方面不僅指出了模型建構(gòu)的路徑，還明確了如何運(yùn)用與分析模型。進(jìn)一步解讀新課標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)，針對小學(xué)各年級，模型建構(gòu)教學(xué)有不同的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

新課標(biāo)的模型建構(gòu)目標(biāo)[年級 目標(biāo) 1～2年級 能利用材料和工具，通過口述、繪畫、畫圖等方式表達(dá)自己的想法 3～4年級 能利用模型解釋簡單的科學(xué)現(xiàn)象 5～6年級 能使用或建構(gòu)模型，解釋有關(guān)的科學(xué)現(xiàn)象和過程 ]

從上表中可以看出，新課標(biāo)對我們教材解讀以及課堂教學(xué)有很重要的引領(lǐng)作用?！澳Ｐ徒?gòu)教學(xué)”在小學(xué)階段是螺旋式上升的，課堂教學(xué)要遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

三、模型建構(gòu)教學(xué)促科學(xué)思維發(fā)展實(shí)踐探索

模型建構(gòu)教學(xué)是科學(xué)思維與探究實(shí)踐培養(yǎng)的重要手段，因此，在實(shí)施的過程中，我們需要在分析學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和模型認(rèn)知水平的基礎(chǔ)上，結(jié)合新課標(biāo)要求和教材內(nèi)容，對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行重點(diǎn)梳理和分析，在扎實(shí)的課堂教學(xué)實(shí)踐中，培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)能力。

（一）以問題為導(dǎo)向，遞進(jìn)式模型建構(gòu)

以教科版科學(xué)三年級上《風(fēng)的成因》為例。

1.提出問題，呈現(xiàn)原始模型

活動一，提出問題，讓紙筒里的小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來，如下圖。

這一活動是學(xué)生研究風(fēng)的成因的重要鋪墊。在師生的互動體驗(yàn)中，教師讓學(xué)生想辦法使紙筒里的小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來。學(xué)生會跑起來、用書本扇、用嘴巴吹……這些方法都成功地讓小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來了。在體驗(yàn)活動之后，大部分學(xué)生已經(jīng)感知到“有風(fēng)，小風(fēng)輪就會轉(zhuǎn)動”，但教師不要點(diǎn)破，也不要做深入交流。呈現(xiàn)原始模型只為增加學(xué)生的感性認(rèn)識，讓學(xué)生在后續(xù)的活動中有更多的觀察發(fā)現(xiàn)，同時(shí)也在學(xué)生心中埋下一個(gè)科學(xué)問題：“小風(fēng)輪為什么會轉(zhuǎn)動？”會提出可探究的科學(xué)問題也是學(xué)生應(yīng)具備的科學(xué)探究能力之一。

2.升級問題，形成過渡模型

活動二，升級問題，借助蠟燭讓紙筒里的小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來。有了第一個(gè)活動的鋪墊，學(xué)生對讓小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來非常有探究興趣，也很有信心能借助蠟燭的熱量讓小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動?？墒菍?shí)踐操作以后，他們會驚奇地發(fā)現(xiàn)，紙筒只有在提起來一點(diǎn)的時(shí)候，小風(fēng)輪才能轉(zhuǎn)動，甚至轉(zhuǎn)得更快。此時(shí)，如果基于初中學(xué)生的認(rèn)知水平，借助這個(gè)過渡模型也可以嘗試讓學(xué)生解釋風(fēng)的成因。但是，對于小學(xué)三年級的學(xué)生，他們對風(fēng)的成因的認(rèn)識要建立在“眼見為實(shí)”的具象思維基礎(chǔ)上。為了讓學(xué)生“看到”風(fēng)的形成過程，我們出示了“風(fēng)的成因?qū)嶒?yàn)盒”。如下圖。

3.遷移問題，構(gòu)建科學(xué)模型

遷移學(xué)習(xí)，思考如何讓塑料盒里的小風(fēng)輪轉(zhuǎn)動起來。在第二個(gè)活動的基礎(chǔ)上，學(xué)生很快會聯(lián)想到抬高實(shí)驗(yàn)盒或在塑料盒旁邊開一個(gè)小孔，小風(fēng)輪會轉(zhuǎn)動起來。通過三個(gè)活動的鋪墊，而且通過一定的觀察，教師提出問題：“小風(fēng)輪為什么會轉(zhuǎn)動起來？”通過這個(gè)問題的遷移，啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識到“空氣的流動影響小風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動”?！叭绾斡^察到空氣流動呢？”借助線香，觀察線香煙霧的流動方向。至此，才真正建構(gòu)了適用于三年級學(xué)生的“風(fēng)的成因”的科學(xué)模型。但是模型建構(gòu)教學(xué)并不止于此，建模的目的不是模型本身，而是通過模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生對原型的認(rèn)識。所以，教學(xué)過程中另一個(gè)要解決的問題就是組織學(xué)生通過模型解釋客觀世界。

4.解決問題，不斷完善模型

了解塑料盒里風(fēng)的成因后，學(xué)生需要借助已經(jīng)構(gòu)建的科學(xué)模型去解釋活動二紙筒中的小風(fēng)輪轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)的原因，同時(shí)嘗試解釋自然界中的風(fēng)是怎么形成的。通過這些問題，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究和實(shí)踐，對建構(gòu)的科學(xué)模型進(jìn)行持續(xù)的補(bǔ)充和完善，從而完整地認(rèn)識和理解“風(fēng)的成因”。

原始模型—過渡模型—科學(xué)模型—完善模型，以問題為導(dǎo)向，遞進(jìn)式的模型建構(gòu)教學(xué)以螺旋式逐漸升級、遞進(jìn)，學(xué)生科學(xué)思維也因此得到發(fā)展。

（二）圍繞“系統(tǒng)與模型”跨學(xué)科概念，項(xiàng)目式模型建構(gòu)

系統(tǒng)與模型是科學(xué)教育四個(gè)跨學(xué)科概念之一，它的形成肯定離不開模型建構(gòu)教學(xué)。比如六下《八顆行星》一課，我們也需要借助模型來理解和解釋復(fù)雜的太陽系大家庭。本課的教學(xué)目標(biāo)是通過制作行星的位置關(guān)系模型，讓學(xué)生能夠感受到八顆行星距離太陽的遠(yuǎn)近差距、赤道直徑大小差距，進(jìn)而直觀地認(rèn)識到八顆行星排列和大小的特征。為實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，這節(jié)課的模型建構(gòu)教學(xué)可以分為以下三個(gè)階段。

1.發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，提煉系統(tǒng)特征

學(xué)生對太陽系有了初步的認(rèn)識，知道了太陽系中的主要組成天體。但對于太陽系中主要行星的分布情況，絕大部分學(xué)生仍局限于教材中的太陽系示意圖，不知道真實(shí)的太陽系與此相差甚遠(yuǎn)。本課的驅(qū)動性任務(wù)是“制作行星的位置關(guān)系模型”，通過數(shù)據(jù)建模讓學(xué)生體會數(shù)據(jù)建模的重要性和客觀性。項(xiàng)目要求：符合太陽系結(jié)構(gòu)，越接近真實(shí)越好。學(xué)生通過資料閱讀、觀看視頻等形式，知道八顆行星離太陽的遠(yuǎn)近以及赤道直徑的大小，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（按一定比例縮?。?。

2.借助材料支架，制作實(shí)物模型

根據(jù)了解到的八顆行星離太陽的遠(yuǎn)近以及赤道直徑的大小，按照處理后的數(shù)據(jù)制作行星位置關(guān)系模型，模擬太陽系大家庭。為了讓制作的模型更接近真實(shí)，教師提供了建模的紙帶、透明膠等材料，清晰地呈現(xiàn)出：八顆行星在太陽系的空間分布是不均勻的；與太陽相比，八顆行星是十分渺小的。不僅加深了學(xué)生頭腦中對太陽和太陽系中的天體的印象，更重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力和理解力，對學(xué)生建立有關(guān)宇宙空間的概念十分有益。

3.通過模型解釋，理解系統(tǒng)特征

模型制作并展示之后，學(xué)生自發(fā)地會從多角度對項(xiàng)目進(jìn)行評價(jià)，比如模型本身、小組合作等。但是建模的目的不是模型本身，而是通過建模促進(jìn)學(xué)生對原型的認(rèn)識。所以，教學(xué)過程中另一個(gè)要重點(diǎn)解決的問題就是，組織學(xué)生通過模型解釋客觀世界。根據(jù)模型制作要求，首先比較各小組建好的行星位置關(guān)系模型能否真實(shí)表示行星距離太陽遠(yuǎn)近、行星大小，越接近真實(shí)越好。再修正模型，教材中有一張八顆行星的壓題照。思考：這張圖片哪些地方真實(shí)反映出八顆行星的實(shí)際情況？哪些地方?jīng)]有真實(shí)反映？通過這樣的修正，學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化了對太陽系這個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識，也明白了圖片為什么要標(biāo)注“本圖不代表天體大小和距離的實(shí)際比例關(guān)系”。

提煉系統(tǒng)特征—制作實(shí)物模型—理解系統(tǒng)模型，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，通過模型建構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與模型跨學(xué)科概念的形成。

綜上所述，通過對新課標(biāo)下科學(xué)模型建構(gòu)教學(xué)的內(nèi)涵理解、分階段教學(xué)目標(biāo)精準(zhǔn)定位及模型建構(gòu)教學(xué)的實(shí)踐提煉，我們可更加清晰地認(rèn)識到作為科學(xué)思維核心素養(yǎng)的重要組成部分的模型建構(gòu)對學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的作用。一線教師應(yīng)充分認(rèn)識模型建構(gòu)的教學(xué)價(jià)值，立足課堂，積極在日常教學(xué)中加以落實(shí)，必將促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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

［2］孫可平.科學(xué)教學(xué)中模型/模型化方法的認(rèn)知功能探究［J］.全球教育展望，2010（6）：76-81.

［3］史加祥.新課標(biāo)背景下小學(xué)科學(xué)模型建構(gòu)的教學(xué)理解與實(shí)踐[J].中小學(xué)課堂教學(xué)研究，2022（7）：19-22