让学生经历模型的建构过程

〔摘 要〕 模型的构建和应用是小学科学课程中的重要内容。建构模型作为一种引导学生的认知手段和思维方法，能够帮助学生理解一些复杂的科学概念和原理。小学科学课程中的模型建构，既可以是一种真实模型的搭建，也可以是非实物形态模型的搭建。非实物模型的搭建可以理解为“思维模型”的构建。我们可借助思维导图、类比模型、探究体验、角色扮演等，让学生经历模型的构建过程，帮助学生将复杂的科学知识逻辑化，逐渐形成系统化的科学思维。

〔关键词〕 小学科学；模型；建构模型；模型思维；科学思维

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 19 028-030

根据2022年版《国家义务教育课程标准》的要求，科学思维是从科学的角度理解客观事物的本质属性、内在规律和关系的一种方式。它主要包括模型构建、推理和论证、创新思维等。模型的构建主要体现在：根据经验事实，抽象和概括客观事物，然后构建模型。建构模型的目的是利用模型来分析、解释现象和数据，描述物体系统内部的结构、关系及变化过程。

模型的构建和应用是小学科学课程中的重要内容，建构模型作为一种引导学生的认知手段和思维方法，能够帮助学生理解一些复杂的科学概念和原理。因此，在科学教学中，我们要认识到模型建构对学生思维发生与发展的深刻作用，精心设计分层推进的科学探究活动，让学生在模型建构过程中不断体验与感悟，促使学生的思维方式得到持续发展。

一、模型与模型建构的特征

提到模型，在我们大脑中会闪现许多仪器室内的实物模型，如三球仪、蝗虫模型、眼睛构造模型、简单机械、光具座等。这些模型是依据自然事物或科学原理搭建的真实模型。教学中的实物模型主要有两种：一种是比例模型，即把真实的物体按比例放大或缩小制成的，用来模拟自然物的外部特征或内部结构，如蝗虫模型、眼睛构造模型等；另一种是类比模型，用来模拟自然界中客观事物的性质、现象或规律，如简单机械、铜球实验装置等。

另一类是以非实物样态存在的模型，它们不是一个个具体实物，而是以图表模型、思维图、数字公式等方式存在。例如《碎冰融化的温度变化曲线图》《24小时降水量的界定标准》《不同地区同一月份气温比较折线图》等。这些模型用图表、数字来解释自然事物的变化现象及规律，直观、形象，让人一目了然。

科学家可以利用模型向人们解释科学现象及原因。在科学课堂上，我们借助模型，能把微观世界变成可见的，把遥不可及的变成可以触摸的，把难以解释的现象可视化、简单化。小学科学课程中的模型建构，既可以是一种真实模型的搭建，也可以是非实物形态模型的搭建。教师可以基于学生已有知识背景和经验，给予学生一定的材料或工具，把学习的思考过程、知识的理解与运用过程等，通过模型表达出来，促使学生加深对科学知识、概念的理解，形成系统的科学思维，并在思维程度上得到发展。

二、模型建构的原则

（一）尊重学生原则

在思维模型建构过程中，教师应当基于学生原有的知识背景、语言表达习惯进行教学活动设计，创设有效的教学情境，让学生能凭借已有的知识展开探究活动，不断丰盈、充实自己原有的知识储备，获得并建构更为复杂的知识模型的能力。在学生模型建构的过程中，教师要做到眼中有学生，尊重学生，允许学生犯错，并鼓励学生在探究活动中不断地修正模型，促使学生学习思维能力得到不断提升。

（二）重在启发原则

实践出真知。科学思维不是教师教给学生的，而是学生在学习生活中通过解决各种问题、任务中形成的。模型建构是学生对已有知识的整理与归纳，是对现有学习技能的实践应用，是对新问题、新现象的探索与尝试。在模型建构过程中，教师应当注重对学生的引导启发，充分调动学生的自主能动性，使其深度参与整个学习过程，从而实现思维能力的提升。

（三）重在服务原则

模型来源于我们的实际生活，为我们科学的认知服务。模型建构的目的是让科学原理简单化、形象化、实体化。模型与科学事实的本身虽有高度统一之处，但又有着本质的区别，模型不能完全替代科学事实的本身。模型不是一成不变的，随着人们对科学的现象的深入观察与思考，模型会随人们认知需要不断修正。

三、让学生经历模型的构建过程

（一）运用思维导图，建构概念模型

我们常说：“语言是表现思维的外在形式和载体。”我们通常可从一个人外在的语言表达习惯中，窥见一个人内在的思维与行为方式。语言表述清晰准确者，大多思维敏捷、做事有条理；语言表述混乱或表述不清者，大多思维迟缓、遇事慌乱，甚至不知道该如何解决。学生在进入课堂前，他们对周围世界的认识，已形成自己的思维方式。他们会用自己的语言去描述经历或看到的现象。因此，科学课中的描述科学思维应当建立在学生已有的科学知识基础之上。思维过程是对已有科学知识的调用、组合以及创新。在教学中，我们可以运用思维导图的方法，帮助学生构建知识概念模型，并通过科学概念模型的建立，完成对所学知识概念的整理。

如苏教版科学四年级上册《运动与位置》一课，是一节科学思维训练课，通过学习，学生将建立“静止是相对的、运动是绝对、一切物体都在运动中”的科学观念。在学生的眼里，奔跑的马、游动的鱼、行驶的车、飞翔的鸟……它们是运动的；公园里的石头、树木、马路旁的路灯……这些物体是静止的。也有一些学生会认为，风吹过树叶时，树叶会抖动，枝条在晃动，这也属于大树的运动。学生的认识停留在一个孤立的场景里，当他们看到车窗外的景物后退时，他们的解释是树没有运动，他们强调那是因车在运动而形成的。在观察公园一角图片时，大部分学生通过观察比较两张公园一角图，会直接说出某一个物体在运动，而却不能准确地表述出来判断依据，这说明学生心中有一个判断的标准，那就是位置的改变：位置改变是运动的；位置没有改变是静止的。基于学生的语言背景，需要在课中给予学生语言的脚手架，借助思维导图（见下图），如我们把这个要判断的物体，可用“一物体”表示，而用于做比较、对照的物体可用“另一物体”表示。判断的依据可用这样的语言来描述：一物体相对于另一物体位置发生改变，这一物体是运动；若在对比、比较中，我们发现位置没有改变，则这个物体处于静止状态。这样的科学表述，可帮助学生厘清运动与静止的区别，建立运动与静止的科学概念。

（二）建构类比模型，变抽象为具象

科学课中，有的科学原理较复杂、抽象，借助科学探究活动能帮助学生认识科学现象，但对于内在的科学原理还是不能理解。事实上，我们也可将复杂的内容简单化，找到某些科学实验的相通之处，建构类比实验模型，使抽象的原理变得更具体、生动，有助于学生理解和掌握。如三年级上册《空气占空间》一课，用注射器、橡皮做一做压缩空气的实验，学生便可直观看到空气是可以被压缩的。空气可以被压缩的原因是什么？因为空气分子之间有间隔，空气在受到挤压时，分子之间的间隔变小，空气的体积缩小。当作用在空气上的外力消除时，空气分子之间的间隔大小会恢复。对于这个科学原理的理解，我们可以建立一个类比模型来帮助学生理解空气压缩现象。我们可以用一块海绵代替一团空气，海绵中的孔隙可以模拟空气分子中的间隔。当学生用外力挤压海绵时，海绵孔洞就会变小，模拟空气分子受到外力挤压时，间隔变小，空气的体积变小。当撤走外力时，海绵孔洞变大，慢慢恢复到原来的状态，模拟空气分子的间隔恢复到原状。这个类比模型，可以非常直观、形象地展示出气体分子间隔受力后的变化，帮助学生分析空气可以被压缩的原因，从而理解被压缩的空气有弹性。

（三）以探究为路径，建构模型思维

在每一次的科学探究活动中，学生往往需要仔细地观察或进行实验，分析观察到的现象，并用自己的语言、图画来描述观察到的现象及特征，表达出对整个现象认识的思维模型和思维框架。从探究过程的本质是一个构建模型并利用模型解决问题的过程。从探究问题的产生到探究方案设计（建构模型），再到现象的分析（分析模型），最后到结论的得出（解释模型），学生需要考虑诸多方面的因素，在建构模型、分析模型、解释模型的过程中，学生的科学思维得到进阶发展。

以四年级下册《庞大的家族》一课为例，在探究活动中，运用