小学科学建模取证策略初探

陈圆　管建林

科学课教学要引领学生懂得什么是证据，怎样获得可靠的证据去解释世界。以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理方法得出结论，公开研究结果，接受质疑，不断更新和深入，是科学探究的主要特点。小学科学课程中关于地球和宇宙的现象、事物和规律，具有时间和空间的复杂性，如地球、月球和其他星球有规律地运动着;地球上有大气、水、生物、土壤和岩石;地球内部有地壳、地幔和地核等，这些知识是非常抽象的，如何取证呢？我们可以运用科学建模的方式，培养学生的实证意识。

“学生主体”取证策略

“学生主体”是指教师在分析不同学段学生认知特点的基础上，确定建模方式和取证角度。学生对知识的收集和掌握主要来自亲身经历，让他们亲自投入学习活动中，亲眼所见，符合小学生的认知特点。这就要求教师要通过建构模型，将自然界中看不到、摸不着、不易观察、不易测量的现象，变成课堂上可视的模拟实验，引导学生利用模型找到证据，建构科学概念，提升想象力、推理分析能力以及归纳总结能力。

1.分析认知特点，选择证实

学生在走进科学课堂之前，已经具备了一定的生活经验，这些经验不一定是正确的，有些具有偏差的前概念往往根深蒂固，较难改变。要让学生改变错误的认知并不是一蹴而就的，而他们的亲身经历能够加快认知转变的过程。科学探究讲求实证，小学阶段一般以证实居多。教学中运用科学模型，可以使学生眼见为实，抛弃错误概念，通过证据归纳新知。如《昼夜交替的解释》一课，教师通过模拟实验，让学生体验从假设到验证的过程，并用自己的实际体验证实，发现哪些情况能解释昼夜交替现象，将体验转化成图文，再分析证实后的图文，建构科学概念。

2.引发认知冲突，采用对比取证

教学要以满足学生的需要为出发点，使大多数学生能达成教学目标。学生由于经历不同，他们对生活中各种现象的解释有较大差别，同样一个问题，不同学生往往有不同的看法。在教学中，教师要洞察学情，了解其前概念，分析其认知特点，找准建模起点，确定建模目标和取证方法，让学生找到不同的证据，从而归纳新知。如《探索土地被侵蚀的因素》一课，生活在城市的学生和农村的学生在认知上差别较大，教师可以设计两个不同的教学模型，一组是有植被覆盖的土壤，将其放在左侧容器中，另一组是无植被覆盖的土壤，将其放在右侧容器中，在上方的模拟降雨器中加水，同时观察现象，寻找证据。

“概念厘清”取证策略

“概念厘清”策略是指教师对整个教学内容进行深入分析，从整体出发确立单元教学目标，融合单元内容，明确学习起点，设计教学过程，引导学生完成概念建构。建模是取证能否成功的关键，而取证是探究能否取得理想成效的关键，取决于模型的建构和选择、教师的指导是否到位以及学生的操作是否恰当等。

建模是指对自然现象或规律的一种模仿、模拟。科学建模是在课堂教学中，通过建构模型，使一系列的探究活动得以呈现，使难以直接观察的自然现象在课堂上得以重现，通过模拟展现事物属性、事件性质或实际情境的一种方法。教师利用建模加深学生对研究对象的认识和理解，使其通过模型进行思考、实践、判断、分析、归纳、总结，从而找到证据，整理归纳出内在的科學规律，建构科学概念，获得新的认知。

1.横向厘清，提高取证的可行性

横向厘清是指教师在解读教材时不局限于单节课内容，而是整合单元知识。如《地球表面及其变化》单元中《雨水对土地的侵蚀》《探索土地被侵蚀的因素》《河流对土地的作用》三课内容，用于教学的模型以及教授的科学概念并不完全独立，这就要求在单元教学之前，教师要整合单元知识，以建模的方式提前渗透后续知识的学习。

有研究者指出，模型是为了说明一个问题，解释一个现象，解决一个问题，体现一种观念想法而建立的，它是一个系统工程，不是一个单一的个体。所以建模过程要由简入繁，由易入难，由仿入创，材料要由单一到组合，加工要从简单到复杂，功能要从少到多，外观要从简陋到美观，这样才能取得较好的教学效果。如《北极星不动的秘密》一课，教师设计圆盘模型时，在中间用一颗五角星模拟北极星，把周边的星星设计成北斗七星，不仅有利于学生实验取证，也为后续学习星座等内容做好铺垫，提高了取证的可行性。

2.纵向厘清，强化取证的可信度

纵向厘清是指将某一教学内容回归到学科知识体系中考量，掌握其本质特点。当教学内容在不同的年级出现时，教学的深度与广度、建模的难易程度都依赖于教师对知识体系的把握，需要以课标的知识结构图为中心开展建模。小学生的思维以形象思维为主，他们关于地球与宇宙的知识往往来源于电视、报刊、网络，获取的是碎片化的知识，需要教师通过建立模型，让他们经历系统的思维发展过程。

在小学高年段，教师可以引导学生利用以往所学知识进行自主建模，这是纵向贯穿的方法。如六年级《环境》单元，涉及水处理的内容，可以和五年级的有关土壤内容中的实验，以及四年级有关溶解内容中的过滤实验相互融合，引导学生设计沉降和过滤组合模型，纵向贯穿知识体系，强化取证的可信度。

“概念支持”实证策略

取证和模型建构都是为建构科学概念服务的，“概念支持”策略是指有意识地将科学概念贯穿于取证环节，采取多种建模方式，优化建模策略，培养学生的实证意识。

1.实物建模

在课堂教学中，有不少科学概念涉及的内容是看不到、摸不着的，或不易观察、不易测量的，学生只有在对真实现象进行感知、体验的基础上，才能归纳分析，建构科学概念，进而利用所学知识解释更多的生活现象，将感性认识上升到理性认识。实物模型可以有意识地凸显现象，甚至放大自然界中的实际现象。如《雨水对土地的侵蚀》一课，建构土地模型时，教师事先做出“径流”，适当湿润“土地”，再在表面铺上干燥细小的土壤将其覆盖，让学生在课堂上直接观察到自然界中的土地侵蚀现象。通过建构实物模型，学生自然而然就会寻找土地变化的证据，从而培养实证意识。

2.关系建模

如何引导学生自主建模并找到真实证据呢？多样化实验器材可以引发学生的好奇心，激发学生的求知欲。因此，教师要提供适当的实验器材，引导学生建构模型，在自主发现问题中寻找证据。地球和宇宙科学领域中涉及的知识，学生自主探究有一定难度，需要借助关系建模。如学习日食、月食相关知识时，学生知道地球、月球、太阳的位置关系，但因为抽象而难以想象，需要通过建模展示，解释日食和月食产生的原因，避免想当然而错误取证。

3.空间建模

重复实验可以减少偶然性，也是科学学习获取证据的常用方法。教学中既要建构模型，又要寻找证据、归纳新知，课堂40分钟就会非常紧张。我们可以适当改良实验模型，节省时间，让学生有更多探究取证的机会。如《保护我们的消化器官》一课，探究的是学生看不见、摸不着的身体内部结构，抽象的暗箱式知识学生难以理解。当学生遇到认知冲突时，教师可以提供有结构的材料和科学模型，让他们自主拼搭，完成建模过程，建构消化器官的科学概念。

4.典型建模

科学来源于生活，生活建立在科学认识的基础上，两者相辅相成。课堂上，教师将生活中许多典型的现象应用于科学探究，有助于学生获取证据，建构科学概念。如《宇宙》单元，对于公转、自转、周期等概念，以及星座的位置关系等，在建构模型时，教师可以选用学生熟悉的北斗七星，利用典型案例建构模型，帮助他们深入探究，顺利取证，有效建构科学概念。