指向科学概念建构的模型教学

科学概念的建构是一个由简单到复杂的螺旋式上升过程。在以往的科学概念教学中，有的教师并未关注概念建构的进阶性，忽视了学习过程实质是一个意义建构的过程，从而影响学生对科学本质的理解，不利于他们的发展。模型建构是指以经验事实为基础，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。[1]它可以借助实物或者形象化的手段简化人们对认知对象的描述，也可以通过抽象的形式来表达。模型可以超越人们可观察的范围，把不可见的、抽象的现象形象化，有利于他们理解科学本质。同时，它也符合小学生的认知特点，从直观到客观，从具体到抽象，进而使他们的认知过程显性化、思维方式外显化，主动进行知识构建。

五年级《温度不同的物体相互接触》一课从内容来看属于物质科学领域，学生通过研究试管中的冷水与烧杯中热水接触后的温度变化，探究热量的转移和平衡。在实际教学中发现，学生对两个温度不同的物体接触，温度发生的变化规律比较清晰，但对热量的转移和平衡概念较模糊，很难将温度与热量建立联系，概念建构不够深层次。为了使学生深刻理解“热”的概念，教师应遵循学生科学概念建构的规律，引导他们通过模型的建构掌握相关概念。

一、链接生活经验，提出问题

在模型建构活动中，学生要以生活经验为基础，开展探究实践活动，获取建构模型的信息，再对信息进行抽象、简化。在模型建构之前，教师要充分唤醒学生的生活经验，通过创设真实情境，引导他们主动探究，获取模型的第一手信息。

用热水“捂”冷牛奶等使其变热是学生生活中常见的活动，但是他们并没有思考其背后的科学原理。本课教学中，教师可以从此入手，创设情境，引导学生结合日常生活中的经验思考“牛奶为什么会变热”，紧接着提出探究的问题，引导他们开展探究活动。

片段：生活情境导入

师：早晨一杯热牛奶，精神满满一整天。老师今天早上从冰箱里拿出了一瓶牛奶，但是它有点冷，你有什么办法能帮我把它变得热一点吗？

生：可以放在微波炉加热。

生：可以放在锅里煮一下。

生：可以放在热水里“捂”一下。

师：看来同学们有很多办法，谁平时用过热水“捂”的方法让另一个物体热起来？

生：我看见妈妈用热水“捂”过中药。

生：我用来“捂”过牛奶。

师：今天让我们在课堂上用“捂”的方法看看，“捂”的过程中冷热物体相互接触会有什么变化？

（揭示课题：温度不同的物体相互接触。）

二、开展探究实践，获取信息

模型建构依赖科学探究实践过程中所获得的信息，这需要教师引导学生利用科学的探究方法通过实验获取数据信息。在这个探究活动中，教师可以为每个4人小组提供冷水、试管、热水、烧杯以及电子测温仪器，让他们开展小组探究实践，收集相关的实验数据，为建构数形模型获得信息。

片段：小组探究实践

师：（拿出装有冷水的试管，放入盛有热水的烧杯中）把装有冷水的试管放进热水中，猜一猜，试管中的水和烧杯中的水会随着时间的变化发生什么变化？

生：试管中的冷水温度会上升。

生：烧杯中的热水温度会下降。

生：到了一定时候试管中的水和烧杯中的水温度接近。

师：我们的猜测对不对呢？今天我们就一起来试一试。实验怎么做呢？我们一起来看视频。

（微视频介绍：将装有冷水的试管放入盛有热水的烧杯中，每隔2分钟测量1次冷、热水的温度变化，共测量6次，记录数据。）

师：看明白了吗？请同学们领取材料，各组开始开展探究活动，并记录实验数据。

三、搭建学习支架，发现规律

模型建构依赖于学生探究实践过程中信息的获取，并借助一定的信息加工处理才能够让他们从中发现规律，形成自己的科学观点。在这个过程中，教师要为学生提供一定的学习支架，帮助他们学习整理信息，并从中发现科学规律，为建构科学概念打下基础。

在讨论交流环节中，教师可以引导学生将探究实践过程中获得的数据转化为折线统计图（如图1），然后让他们根据折线统计图进行交流研讨，初步形成观点。

片段：讨论交流

师：刚才我们把实验数据用折线统计图的方式进行了整理，下面我们来看一看各组的情况，说说自己有什么发现？

生：我发现试管中的冷水温度逐渐上升。

生：我发现烧杯中的热水温度逐渐下降。

生：我还发现一开始试管中的冷水温度上升得快，后来就上升得慢了。

师：为什么冷水的温度会上升，热水的温度会下降？这说明了什么？

生：冷水吸收了热水中的热量，温度就上升了；热水的热量传递给了冷水，温度就下降了。

在交流研讨中，学生基于实验数据分析，推理、论证温度不同的物体相互接触过程中的变化规律。但是这种认识还比较肤浅，仅停留在温度这个层面，如何让学生从温度变化转为热量的转移与平衡这个目标，还需要教师进一步通过活动引导他们建构相关概念。

四、聚焦模型建构，深化概念

从本课的目标来看，学生关于“热”的认识还远远未达到本课的教学要求。教师可以借助模型建构，将看不见的概念通过概念模型表达出来，使概念可视化，从而让学生更直观地认识理解概念，促进对概念深层次的理解。

片段：建构模型

师：如果我们用圆点来表示热量，假设试管中一开始的热量可以用2个圆点来表示，烧杯中的热水一开始的热量可以用8个圆点来表示，那么2分钟、10分钟的时候，又可以怎么来表示呢？请结合前面测得的数据，小组讨论，完成任务单。

（学生领取任务单，开展小组交流学习，并完成任务单。）

师：刚才同学们非常认真地讨论并将折线图中温度的变化用圆点（即热量的多少）表示出来了，哪个小组愿意和大家交流一下？

生：（展示任务单，如图2）我们根据前面测出的数据，把温度变化转化成了如图所示的圆点图，2分钟的时候，试管里水的热量用4个圆点表示；10分钟的时候，用了5个圆点表示。这体现了试管中的冷水温度在上升，热量也在不断增加。

生：2分钟的时候，烧杯中水的热量用6个圆点表示；10分钟的时候，用了5个圆点表示。这表示了烧杯中的热水温度在下降，热量也在不断减少。

生：我还补充一点，这样的表达，表示了热量发生了转移。烧杯中热水的热量逐渐转移给了试管中的冷水。

师：这一小组比较清楚地表达了自己小组测量的实际情况。我们再请一组来交流一下。

生：（展示任务单，如图3）我们小组一致认为2分钟的时候试管里水的热量用4个圆点表示，10分钟的时候用3个圆点表示，你们能看懂这样表达的意思吗？

生：我能看懂，你们这样表达想说明试管里的热量先是随着时间的推移慢慢在增加。

生：是的，你看懂了我们小组的意思。烧杯中这样的表达谁看懂了呢？

生：烧杯中的热量正在减少，同时我也看到了热量正在从烧杯中转移到试管中。

生：是的，我们也这样认为，当冷水放到热水中后，冷水温度上升，热水温度下降，这是因为热量发生了转移。那么你们有什么疑问吗？欢迎大家提出来。

生：我想问，为什么原来一共有10个圆点，10分钟的时候变成9个了？你们是怎么想的？

生：我们认为，热水中的热量除了传递给冷水以外，还有少量热量会传递到空气中，所以总的热量变少了。

师：原来你们这里的9个圆点表示的是这样的意思啊！这个观点大家都同意吗？同意的举手。

（大多数学生举手表示赞同。）

师：老师也想问一个问题，如果现在去测量试管中的水和烧杯中的水，你们觉得温度会怎样呢？如何用圆点来表示呢？

生：我认为试管中的水和烧杯中的水温度接近了，而且都下降了。

生：我补充，不仅这样，而且热量总量也进一步减少了，如果要表达的话可以用试管中2个、烧杯中3个表示。因为这个时候温度应该接近我们教室内的温度了，大量的热量散失到了空气中。

师：真的这样吗？请大家拿起温度计再测一次。

（学生各组再测一次。）

从学生精彩的交流研讨不难发现，学生凭借将折线图转化为概念模型，将摸不着的热量概念直观、形象地表达出来，并借助这两个模型图，通过研讨促使概念的建构更为准确、科学。

反思

反思整节课，关于“热”概念的建构还不完善，尤其是用圆点的多少表示热量是否严谨还有待商榷。我们认为，这个问题远远超出了学生现有的认知水平，本课也并非要让他们弄清楚。因此，本节课可避而不谈，教师重在通过模型在学生可能的理解范围内引导他们建构科学概念，不断丰富对“热”概念的认识。这体现了概念建构的进阶性特点，同时也发展了学生的模型建构能力。

（作者单位：浙江省海宁市鹃湖小学）

参考文献

[1]徐春明.引入模型建构使科学探究可视化［J］.湖北教育（科学课），2020（02）.