发展学生模型建构思维

高鸳鸳

〔摘    要〕  2022年版《义务教育科学课程标准》首次明确将模型建构作为科学思维核心素养的重要组成部分。模型经常被应用于小学科学教学中，但存在对小学科学模型建构的研究与教学重视程度不够的情况。本文主要从以下三个方面进行了教学实践，以期为培养学生的科学思维提供方向：基于创设情境，触发模型建构思维；基于经验事实，发展模型建构思维；基于模型对比，进阶模型建构思维。

〔关键词〕  小学科学；模型建构思维；核心素养

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  12    037-039

2022年版《义务教育科学课程标准》（以下简称“新课标”）首次在义务教育阶段提出并突出了“核心素养”概念，其中把科学思维作为四个核心素养之一，突出了科学思维的重要地位和作用，首次明确地将模型建构作为科学思维核心素养的重要组成部分。新课标指出模型建构主要体现在：以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型；运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程。这就意味着模型建构教学对于学生的科学学习有着重要的意义及价值。因此在小学科学教学中贯彻核心素养的教学理念，重视培养学生的模型建构思维能力，对学生的全面发展将起到关键作用。下面笔者从以下三个方面谈谈自身在模型建构思维方面的培养策略：基于创设情境，触发模型建构思维；基于经验事实，发展模型建构思维；基于模型对比，进阶模型建构思维。

一、基于创设情境 触发模型建构思维

情境创设是思维形成的基础，在模型建构思维型教学中应该重视情境的创设，在情境中触发思维。素养只有在真实情境解决中才能表现出来，真正培养学生的核心素养。

（一）创设问题情境，唤起模型认知

科学模型建构教学最开始是提出问题。一个好的问题能够调动学生的积极性，让学生明确探究方向。课前在生活中寻找尽可能真实的学习场景，创设问题情境，引导学生带着真实的问题进入学習，唤起学生对原始模型结构的认知。

比如三年级上册第二单元第6课《我们来做“热气球”》一课，通过观看各种各样热气球升空视频，创设热气球结构问题情境：这些热气球能升空的核心结构是什么？它与热气球升空有什么关系？课堂上可以用什么材料来模拟热气球并实现热气球的升空？通过一连串的问题引发学生的思考，唤起对热气球模型结构的初认知。再给学生提供热气球建模材料：塑料袋、蜡烛、透明塑料圆筒。指导学生带着问题去设计：你认为透明圆筒上气孔的作用是什么？应该在下面还是上面合适？塑料袋的位置放在哪里合适？需要盖住气孔吗？以唤起学生对热气球结构模型的深认知，触发模型建构思维。

（二）创设任务情境，聚焦模型建构

模型建构思维教学的另一个起点是任务情境。真实的任务情境必须立足于学生的“所思所想”，贴近学生的学习、生活实际，可以助推“教、学、评”一致。在模型建构思维教学中创设任务情境，引导学生带着真实任务进入学习情境，聚焦模型建构，触发模型建构思维。

比如教科版小学科学五年级下册第二单元第3课《用沉的材料造船》，通过观看不同的船在行驶过程中侧翻的视频画面，从船侧翻画面引发学生对船的载重量和稳定性的思考，创设任务情境，聚焦模型建构：挑战建造一艘能承载10个垫圈并且能在水中稳定行驶的小船。通过思考如何建构载重量大又能稳定的船结构模型，触发学生模型建构思维。

二、基于经验事实 发展模型建构思维

新课标指出：模型建构思维的基础是经验与事实。以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型。模型建构的目的不是建模本身，而是要对模型进行测试，将模型与原型进行对比，从而促进对原型的理解。

（一）基于实物建模，促进思维发展

在小学科学教学中，模型并不陌生，教师经常会使用各种模型进行教学，采用模型建构的方式帮助学生认识和理解科学现象。模型可以是实体、可触摸的，也可以是一些方法，还可以用观念、数学符号来表达。而实物建模是促进小学生思维发展的重要方式。如下表1是小学不同年级模型建构的内涵和具体要求。

比如四年级上册第二单元第8课《食物在体内的旅行》一课中，由于人体内部的消化器官在课堂上不可视，基于学生对于人体真实器官的了解和观察的经验事实，进行“人体消化器官”建模（如图1）。先利用PVC透明软管和塑料袋对食道和胃进行建模，通过手捏软管，模拟食道的蠕动，把食物输送到胃中。再利用围兜对消化器官重新进行整体建模，将围兜正面穿戴，在围兜正面摆一摆消化器官（食道、胃、小肠、大肠）的位置，让学生真真实实地看到各个消化器官在人体的对应位置，对消化器官的位置有更直观的认识。在感受小肠和大肠的长度和粗细这一环节，采用将围兜反面穿戴，在围兜下端剪2个小孔，让小肠和大肠露一点在外面，请两个学生上来用拉一拉的方式感受小肠和大肠的特点。他们发现大肠很快被拉出来了，小肠拉了好一会儿。当小肠全部出来后，和大肠放在一起，一对比就知道它们的特点了，不需要多加解释。当那么长的小肠呈现在学生面前时，教师抓住机会问：“这么长的小肠是怎么待在我们的身体中的呢？”学生一下子就想到弯弯曲曲盘在里面，很好地促进了学生模型建构思维的发展。

（二）基于模型解释，深化思维发展

在模型建构以后，学生必须能够利用实物模型进行测试、解释，从而开展科学思维的过程。学生只有在应用抽象、分析、比较、分类等思维方法后，发展了思维能力，才能使思维由感性走向理性，深化思维发展。下表2是小学不同年级模型解释的内涵和具体要求。

比如三年级下册第一单元第7课《我们的“过山车”》，当搭建好过山车模型以后，小组学生对自己本组的过山车模型进行测试。当小球走完全程时，尝试对过山车模型进行解释：到底过山车有怎样的结构，才能使小球顺利走完全程？它的路線又是怎样的？当小球脱轨或无法走完全程时，同样需要对搭建的模型做出反思：是坡度问题？连接处问题？还是其他原因？通过对有效模型和问题模型的对比解释，对模型做出调整。同时将自己小组和其他小组的过山车进行比较，通过相同距离比时间的方式，比一比不同小组过山车小球运动的速度，从而发现小球在过山车上的运动速度与过山车结构的关系，找出影响速度的因素：起点高度、坡度、曲线轨道、直线轨道等。不断深化模型建构思维。

三、基于模型对比 进阶模型建构思维

模型对比是学生进阶模型建构思维非常关键的一步。将在模型建构中习得的思维能力进行迁移，对比原型，将建构的模型运用于真实情境中，发现与真实事物的差异，解决真实情境中的问题，并通过多种途径、材料重构模型，基于模型对比，进阶模型建构思维。

（一）基于模型改进，持续思维进阶

模型是对原型的抽象，仿真度很高。但当对模型和原型进行比对时，学生通过模型区分模型和真实事物的差异，能够更深刻地理解真实事物的独特属性。因此通过对比模型，可以初步理解模型与真实事物之间的联系，从而对模型进行改进，使它更接近于真实事物，达到思维的持续进阶。

比如三年级上册第二单元第6课《我们来做“热气球”》一课，对热气球模型进行应用改进迁移，尝试用热气球升空的原理来解释孔明灯的原理。通过孔明灯与热气球模型的对比，发现热源的持续供热会影响热气球升空的时间，学生会发现课堂上做的热气球的热源不能和热气球一起飞行，因此不能长时间飞行，上升一会儿就会掉下来。因此笔者又布置了一项任务：动手改进热气球，从而让热气球长时间飞行。如果能连续飞行1分钟，即为改进成功。图2是一位学生正在对热气球模型进行改进并测试。学生经历从设计能升空的热气球模型到设计能持续升空的热气球模型的系列模型改进过程，基于模型的改进，持续思维进阶。

（二）基于模型重构，突破思维进阶

模型重构是对课堂上模型建构的拓展与延伸，是学生深化模型认知、活化科学建模、发展科学思维的重要方式。可以用不同的材料对同一模型进行再次构建，通过模型的重构，突破思维进阶的难点，基于模型重构，进阶模型建构思维。

比如在六年级学生学完“小小工程师”单元后，开展“意大利面高塔挑战赛”：用20根意大利面，在10分钟内搭建0.6米高以上的稳定高塔。从讨论到设计到搭建，用意大利面高塔模型进行模型重构。想制作出既高且稳的意大利面高塔并不容易，需要学生综合运用学过的形状与力学的知识：上小下大、上轻下重、三角形框架结构的高塔稳定性比较强。在搭建过程中，好几个小组都出现了问题：“地基”不稳；中间出现了倒塌、倾斜现象；越到上面难度越大。他们组内不断调整，突破思维的进阶。图3是各个小组学生搭建的意大利面高塔。通过高塔的制作、测试与改进，学生在模型重构中进阶模型建构思维。

以上是笔者在模型建构思维教学方面的培养策略，在后续的教学中，还需要持续深入实践，从而形成适合不同年级、不同学习内容的模型建构的教学方法，为学生科学思维的发展提供抓手。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]胡卫平.思维型探究教学的理论构建[J].课程·教材·教法，2021（6）.

[3]喻伯军.义务教育科学课程标准（2022年版）课例式解读科学[M].北京：教育科学出版社，2022.