賴(lài)?guó)P林

［摘 要］模擬實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，有利于對(duì)微觀(guān)、超宏觀(guān)事物以及人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的研究。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，模擬實(shí)驗(yàn)的落實(shí)存在著一些問(wèn)題。以掌握模擬實(shí)驗(yàn)的知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，對(duì)不同類(lèi)型的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐，由此提煉出的“3W+D”思考模型，能夠有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的理解、設(shè)計(jì)、分析、思考，讓模擬實(shí)驗(yàn)有效助力學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)課程；模擬實(shí)驗(yàn)；“3W+D”思考模型

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G623.6 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-9068（2023）21-0081-03

新課程理念指出，科學(xué)學(xué)習(xí)要以科學(xué)探究為核心，以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為要?jiǎng)?wù)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要載體，其中模擬實(shí)驗(yàn)占據(jù)著非常重要的位置。模擬實(shí)驗(yàn)是指當(dāng)無(wú)法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在人為控制研究對(duì)象的條件下進(jìn)行觀(guān)察，模仿實(shí)驗(yàn)的某些條件進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)是直接實(shí)驗(yàn)的必要性擴(kuò)充，有利于對(duì)微觀(guān)、超宏觀(guān)事物以及人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的研究。

然而，在實(shí)際教學(xué)中，模擬實(shí)驗(yàn)的落實(shí)存在很多問(wèn)題，如學(xué)生對(duì)原型和模型之間的關(guān)系理解不到位、對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路不清晰、難以構(gòu)建和形成概念等。為了解決這些問(wèn)題，教師要掌握模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括其作用和分類(lèi)；要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，對(duì)不同類(lèi)型的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐；要在實(shí)踐的基礎(chǔ)上歸納模擬實(shí)驗(yàn)的思考模型，促進(jìn)學(xué)生對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的理解、分析、思考和掌握，讓模擬實(shí)驗(yàn)的助學(xué)價(jià)值在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中得到充分發(fā)揮。

一、模擬實(shí)驗(yàn)的作用及分類(lèi)

1.模擬實(shí)驗(yàn)的作用

小學(xué)科學(xué)課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性等特點(diǎn)。教師要基于立德樹(shù)人的要求培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生的繼續(xù)學(xué)習(xí)和終身發(fā)展打好基礎(chǔ)。由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、涉及范圍廣、跨度大，使得部分科學(xué)實(shí)驗(yàn)難以在課堂上呈現(xiàn)。當(dāng)無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，模擬實(shí)驗(yàn)就成了很好的教學(xué)手段，能在一定程度上模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以便學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步探究。因此，模擬實(shí)驗(yàn)是直接實(shí)驗(yàn)的必要性擴(kuò)充，有利于學(xué)生對(duì)微觀(guān)、超宏觀(guān)事物以及人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等科學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和研究。

2.模擬實(shí)驗(yàn)的分類(lèi)

按需要模擬的研究對(duì)象的內(nèi)容進(jìn)行分類(lèi)，可以將模擬實(shí)驗(yàn)大致分為三類(lèi)：事物形成原因模擬實(shí)驗(yàn)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“成因模擬實(shí)驗(yàn)”）、運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程模擬實(shí)驗(yàn)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)”）、事物內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理模擬實(shí)驗(yàn)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“原理模擬實(shí)驗(yàn)”）。成因模擬實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)事物形成原因的模擬，比如月球環(huán)形山的形成、雨水對(duì)土地的侵蝕、河流對(duì)土地的作用等。運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)事物的運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程進(jìn)行模擬，比如月相的變化、地球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、晝夜交替變化等。原理模擬實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)事物內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理的模擬，比如我們的耳朵是怎么聽(tīng)到聲音的、我們是怎么呼吸的、我們是怎么消化食物的，等等。

二、模擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐

在科學(xué)教學(xué)中應(yīng)用模擬實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為可通過(guò)“3W+D”思考模型來(lái)厘清模擬實(shí)驗(yàn)的思路，即“What”——用什么來(lái)模擬什么；“How”——如何進(jìn)行模擬；“Why”——為什么要這樣模擬；“Discover”——在模擬實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)。

下面分別就成因模擬實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)和原理模擬實(shí)驗(yàn)三個(gè)類(lèi)型進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。

1.成因模擬實(shí)驗(yàn)

以教科版科學(xué)教材五年級(jí)上冊(cè)《火山噴發(fā)的成因及作用》一課為例。學(xué)生基于教材中的文字、圖片，對(duì)火山噴發(fā)這一自然現(xiàn)象有了一定的了解，但這些了解多停留在感性認(rèn)識(shí)的層面，較為淺顯，未能認(rèn)識(shí)到火山噴發(fā)這種地質(zhì)作用形成的原因，未能透過(guò)形成原因?qū)ζ溆绊戇M(jìn)行深入挖掘?；谶@樣的認(rèn)知背景，筆者通過(guò)火山噴發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生了解這種地質(zhì)作用形成的原因，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)的“3W+D”思考模型展開(kāi)教學(xué)（見(jiàn)表1）。

在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和自然現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到自然現(xiàn)象形成的原因。

2.運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)

以教科版科學(xué)教材六年級(jí)上冊(cè)《晝夜交替現(xiàn)象》為例。晝夜交替現(xiàn)象是我們?cè)偈煜げ贿^(guò)的現(xiàn)象，但太陽(yáng)和地球是如何運(yùn)動(dòng)才形成了這一現(xiàn)象，是很多學(xué)生的困惑。教學(xué)本課時(shí)，筆者先讓學(xué)生提出自己的看法，然后通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證學(xué)生的猜測(cè)是否正確，最后通過(guò)討論交流，推動(dòng)學(xué)生形成正確的認(rèn)知。結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)的“3W+D”思考模型，開(kāi)展晝夜交替現(xiàn)象模擬實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表2）。

3.原理模擬實(shí)驗(yàn)

以教科版科學(xué)教材四年級(jí)上冊(cè)《感受我們的呼吸》為例。本課需要學(xué)生了解參與呼吸的器官及它們的工作過(guò)程。由于我們無(wú)法直接觀(guān)察身體內(nèi)部器官的工作，于是筆者先讓學(xué)生體驗(yàn)呼氣和吸氣時(shí)人體胸部和腹部的變化，再引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)易人體呼吸模擬裝置進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的“3W+D”思考模型展開(kāi)教學(xué)（見(jiàn)表3）。

模擬實(shí)驗(yàn)讓這些原本不可見(jiàn)的過(guò)程變得直觀(guān)，學(xué)生基本能知道在呼吸的過(guò)程中哪些器官會(huì)發(fā)生變化，以及它們是怎樣變化的、為什么會(huì)變化。模擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，有利于提升學(xué)生的想象力、類(lèi)比推理能力、觀(guān)察力、分析力和創(chuàng)造力，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力。

三、模擬實(shí)驗(yàn)思考模型的提煉和歸納

在對(duì)課例的實(shí)踐、研究和思考中，筆者歸納、總結(jié)出了基于模擬實(shí)驗(yàn)的“3W+D”思考模型（見(jiàn)圖1）。這個(gè)模型簡(jiǎn)單易懂，在促進(jìn)學(xué)生對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的理解、設(shè)計(jì)、分析和思考等方面發(fā)揮作用?！?W+D”思考模型主要由四個(gè)部分組成，下面分別對(duì)每一部分進(jìn)行具體闡釋。

1. What：用什么來(lái)模擬什么

這一部分通過(guò)讓學(xué)生思考“用什么來(lái)模擬什么”這個(gè)問(wèn)題，促使學(xué)生在理解原型的基礎(chǔ)上建構(gòu)新的模型。需要特別注意的是，模型與原型存在本質(zhì)意義上的相似性。比如在《我們是怎樣聽(tīng)到聲音》一課中，用紙卷成喇叭的形狀來(lái)模擬耳廓，用有彈性的氣球皮來(lái)模擬耳膜，這些模擬都關(guān)注到了模型與原型本質(zhì)意義上的相似性，這樣才能提高模擬實(shí)驗(yàn)的可信度。

2. How：如何進(jìn)行模擬

在將模型建構(gòu)起來(lái)以后，需要設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)的方案。之所以要讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)，而不是直接按照教師的講授進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，是為了讓學(xué)生在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更加明確實(shí)驗(yàn)的目的。這個(gè)過(guò)程還能提升學(xué)生的類(lèi)比推理能力、分析判斷力和創(chuàng)造力。當(dāng)然，模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度，教師可通過(guò)具有邏輯性和層次性的“問(wèn)題串”，為學(xué)生提供腳手架，幫助學(xué)生順利設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)。

3. Why：為什么要這樣模擬

“為什么要這樣模擬”這個(gè)問(wèn)題是希望幫助學(xué)生厘清原型和模型之間的關(guān)系，理解實(shí)驗(yàn)方案為什么要這樣設(shè)計(jì)，從而明白前面兩個(gè)環(huán)節(jié)的意圖，為后續(xù)概念的形成奠定基礎(chǔ)。

4. Discover：在模擬實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)

這個(gè)部分主要是希望學(xué)生在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中觀(guān)察并記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而進(jìn)行分析、思考，并總結(jié)出所研究問(wèn)題的結(jié)論，在此基礎(chǔ)上形成概念。

“3W+D”思考模型是在多次模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中歸納、總結(jié)和提煉而出的成果。運(yùn)用這一思考模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能幫助學(xué)生明確模型與原型之間的關(guān)系，厘清實(shí)驗(yàn)思路，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析形成假說(shuō)或建構(gòu)概念，而且能培養(yǎng)學(xué)生的想象力、模型思維、邏輯推理能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面的能力，使模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)更高效。教師要繼續(xù)深化對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究，讓模擬實(shí)驗(yàn)助力學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 姜萍.小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力的培養(yǎng)[J].課程教育研究，2019（42）：42-43.

[2] 何美惠.小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”領(lǐng)域中模擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略[J].福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，19（3）：110-112.

[3] 王合建.小學(xué)科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題及對(duì)策[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2017，27（1）：31-32.

[4] 韓玉芳.小學(xué)高年級(jí)科學(xué)課中仿真模擬實(shí)驗(yàn)軟件的應(yīng)用研究[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2016（6）：51-53.

[5] 胡海良.模擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中的運(yùn)用策略：以《誰(shuí)先迎來(lái)黎明》的教學(xué)為例[J].教學(xué)月刊小學(xué)版（綜合），2012（Z2）：23-25.

（責(zé)編 韋於坊 杜 華）