在模型建构中润养科学思维

【摘要】模型建构是一种重要的科学思想方法，科学模型建构的过程是培养学生科学思维的重要抓手。科学模型教学应当是一种情境教学、问题教学、思维教学。学生经历猜想假设、实验操作、分析推理、建构模型的完整过程。模型建构教学，有助于润养科学思维，提升学生科学素养。

【关键词】模型建构；科学思维；《折形状》

小学科学课程标准指出，科学核心素养含括科学观念、科学思维、探究实践、责任态度四个方面的内容。模型建构是一种重要的科学思想方法，科学模型是对科学知识的简化和提炼，包含了科学概念、公式、理论等。科学模型建构的过程是培养学生科学思维的重要抓手，在建模过程中，学生的主体精神充分发挥，思维被充分激活。科学模型建构是一个从感性到理性，从具体到抽象的过程，科学模型教学应当是一种情境教学、问题教学、思维教学。笔者在小学科学教学中，引导学生建构科学模型，激发能动思维，润养科学思维。现以《折形状》教学为例，谈谈如何在模型建构中培养学生科学思维。

一、创设生活情境，初识模型，激活思维

小学生的思维以直观思维、动作思维为基础，经历了由形象思维逐步向抽象思维发展的过程。在科学课堂中，教师应当为学生创设具体形象的生活场景，用直观生动的事物或者现象刺激学生的视听感官，点燃他们的形象思维，让学生亲眼观察感知，亲手操作体验。

生活是科学的源泉，科学模型一般都来源于现实生活。在科学模型建构教学中，教师可以利用学生熟知的事物，创设真实的生活情境，以增强教学的直观性，促进学生感性认知，唤醒学生生活经验，激发学生探究兴趣。笔者在模型建构教学中，常常借助生活情境，引导学生在情境中初识模型，激活学生形象思维。例如，在教学《折形状》一课时，笔者先给学生呈现了一幅“建造大桥”的场景图，引导学生观察大桥的形状，接着描述了一个“汽车过桥”的场面，笔者边描述边拿出1张A4纸、一辆玩具汽车和两个木块，邀请一名学生上台演示摆出一个桥的模型，学生动手操作，用纸当桥面，用木块做桥墩，还原了生活中桥的原型。当学生将汽车放在桥面上时，汽车的重量压垮了桥面，桥面发生了坍塌。于是问题来了：“桥梁为什么会坍塌？”“如何使桥面能够托起汽车？”桥梁坍塌的现象让学生陷入思考，同时顺其自然地引入新课教学。

二、提出挑战问题，制作模型，实践探究

指向科学思维培养的教学是一种问题式教学，以问题作为科学教学的起点和主线。好的提问可以驱动学生探究学习，可以激发和引导学生思考。在模型建构的科学课堂中，教师应当提出具有挑战性的问题，挑战学生的生活经验及思维高度，从而激发学生认知冲突，驱动学生探究实践。

制作模型是模型建构的第二步，是感知模型后的重要学习活动，在该环节，学生在问题的驱动下，在教师的引导下，设计活动方案，动手制作模型，亲历实践探究。教学《折形状》一课中，笔者利用情景引出第一个问题：“有什么办法使桥面能够托起汽车？”这个问题激发了学生思考，发散了学生思维，有的学生说：“把纸拱起来。”有的学生说：“拉住纸的两端。”还有的学生说：“在下面加桥墩。”学生小组讨论之后一致认为：“改变物体形状可以改变物体的承受力。”笔者继续提问：“刚才同学们说在桥面下面加桥墩，准备加怎样的桥墩？”这个问题的难度有点大，笔者让学生小组讨论，经过一番讨论之后，学生汇报出多种方案，有三棱柱、四棱柱、六棱柱、圆柱等。“这么多种棱柱，哪种形状的棱柱承受力最大呢？”问题难度再次升级，对学生又一次提出挑战。学生众说纷纭，有的说三棱柱，有的说圆柱形，有的说六棱柱。“到底谁的猜测正确呢？让我们通过实验来验证一下吧！”面对学生的争论，笔者引导学生动手制作桥墩模型，通过对比实验，探究桥墩承重力大小的规律。

探究桥墩承受力大小影响因素的实验是一个对比实验，需要通过几种不同形状的桥墩承受力进行比较，感知改变物体形状对承受力发生的影响，从而发现桥墩承重力大小变化的规律。对比实验的关键是把握好d68b56b59ebc6e948287a48f6af4185c可变量与不变量，也是提高科学实验正确性的前提。因此，采取先导后放的策略，先让每个小组制作一个棱柱，然后组织学生集中展示交流，在展示中引导学生观察比较，发现棱柱制作存在的问题，如桥墩的高度不同、粗细不同，使学生懂得这样会影响实验结果，为了实验的科学准确，制作棱柱时只能改变棱柱的形状，其它的条件必须保持一致。于是，笔者引导学生在讨论中逐步完善棱柱制作的注意点，并用“温馨提醒”的方式给学生展示了棱柱制作要求。在制作模型活动中，笔者引导学生说说、画画、做做，从图形模型建构转为实物模型建构，从指导学生明确制作要求，到放手让学生制作，学生在活动中不仅提高了动手能力，而且实现了思维的进阶。

三、实验分析推理，建构模型，凝练思维

建构概念模型是模型建构教学的核心，概念模型是事物及其之间关系的一种简化描述，将问题领域的实体、关系和行为以抽象、泛化的方式表示出来。概念模型的建构可以借助实物模型以及表象化的手段，形成定性或定量化的描述。概念模型教学是训练抽象思维的重要环节，教师引导学生开展对比实验，搜集证据，分析推理，领悟建模。

《折形状》一课教学中，在桥墩模型制作完成之后，笔者组织学生先预测后实验，在预测“哪种形状的桥墩承受力最大”后，着重组织学生测试评估各种桥墩的承受能力，通过实验收集数据，分析处理数据，推导发现规律，建立概念模型。测试每种形状纸筒的承受力是实验的重点，而测试方法会影响到实验的成败，如何叠放书本则是影响实验效果的关键，稍有不当，就会前功尽弃，会导致纸筒垮塌，数据失真，实验失败。因此，笔者在实验之前专门设计了交流环节，引导学生讨论交流实验方法，统一测评要求：纸筒口要对着书本的中间位置，书本要一本一本地放，防止振动桌子或者纸筒，每种形状的纸筒要依次实验。在明确了实验方法后，学生分组实验，各组学生分工合作，有的叠放书本，有的记录数据，依次测试纸筒的承受力。

模型的建构离不开分析推理，分析推理应当是一种基于证据的推理，是通过对所观察到的现象和收集的数据进行分析比较，抽象概括，从中发现规律，推导出结论，建构出模型。《折形状》一课中，学生在测试桥墩的承受力实验结束之后，笔者组织学生展示交流，引导学生分析推理。然后让各组代表汇报实验数据，将各种形状所承受的书本数量填写到汇总表格中，引导探讨处理这些数据的方法，使学生掌握用计算出平均数的方法求出每一种形状纸筒承受的书的本数，为了便于学生观察发现规律，笔者将数据按照纸筒的棱数重新排序。学生通过对所有数据的分析比较，建构出各种形状承受力的模型。学生根据实验结果，最终发现棱柱承受力的规律：棱越多，承受力越大。为了帮助学生理解和记忆这一规律，笔者还引导学生画出规律模型图，用画图的形式，表达出发现的规律。从实物模型到概念模型，是思维的凝练，是一个质的飞跃。

四、回归生活实践，应用模型，提升素养

应用模型是模型建构教学的最后一步，该环节旨在让模型回归生活，让学生学以致用，应用模型原理解释生活现象，解决实际问题，在应用中巩固和拓展所学知识，提升学生的科学素养。

《折形状》一课的最后一个流程是“联系生活，应用模型”。在该教学环节，笔者给学生出示了几组生活中的建筑物图片，引导学生观察建筑物中所用到的棱柱形状，请学生描述图中棱柱的形状，说说生活中还有哪些地方见到过棱柱，都是什么形状的，让学生应用模型解释“为什么大多数桥梁都是圆柱形的？”“为什么有些建筑物中不用圆柱，而用其它形状的棱柱？”学生运用“棱越多，承受力越大”原理进行解释，经过讨论懂得：“虽然圆柱的承受力最大，但是有时为了节约成本，增强美观性，而不选用圆柱，改用其它棱柱。”通过引导学生联系生活，深入思考“本节课所研究的内容是如何运用到生活当中的？”通过生活应用，不仅帮助学生巩固了科学知识，而且拓宽了学生科学视野，丰富了学生科学思维。

在科学模型建构教学中，教师应当以思维为核心，为学生创设问题情境，引领学生在生活情境中思考实践，在问题解决中建构模型，引导学生经历猜想假设、实验操作、分析推理、建构模型的完整过程。

【参考文献】

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