模型建构在小学科学教学中的应用

[摘 要] 随着《义务教育科学课程标准（2022年版）》的颁布，“模型建构”这一概念被单独提出，这也意味着模型建构在小学科学教学中十分重要。本文从模型建构的内涵界定、教学流程、教学应用、未来方向四个方面入手开展研究，为培养小学生的科学思维提供了方向。

[关键词] 新课标；小学科学；科学思维；模型建构

模型建构在《义务教育科学课程标准（2022年版）》中被首次直接表达出来，这一举措具有深远的意义。模型建构作为科学教育中的重要教学方法，旨在帮助学生理解科学原理，提高科学素养。通过模型建构，学生可以更加深入地理解科学知识，培养科学思维，提高科学素养，为未来的学习打下坚实的基础。因此，模型建构在科学教育中越来越受到重视，成为科学教育改革的重要方向之一。

一、研磨探讨，解读模型建构的内涵界定

（一）研读新课标，丰富知识储备

新课标中对模型建构有着明确的描述，主要是基于实际经验，对事物进行概括和抽象，构建出能够反映现象和数据关系的模型；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。根据科学课程总目标的要求，学生应具备基于经验事实抽象概括出理想模型的能力，并具备初步的模型理解和模型建构能力。因此，我们应该注重培养学生的观察能力、实验操作能力和推理分析能力，帮助他们形成科学思维方式和科学探究能力。这些能力不仅有助于学生更好地理解和掌握科学知识，还能够帮助他们更好地应对现实生活中的问题，提高他们的综合素质。

模型建构在新课标中的目标要求如下：1～2年级，在老师的指导下，能利用不同的材料或者工具，通过语言表述、画一画、写一写的方式表达自己的想法；3～4年级，在老师的指导下，能够清楚表达事物之间的内在联系及重要特征，能利用模型来解释一些生活中的现象，通过这样的学习，来更好地了解自然世界，培养科学思维和观察能力；5～6年级，能运用各种探究方法，如举例、论证、猜想、归纳、总结等，通过模型来解释一些科学现象和科学原理。虽然不同学段的具体目标要求有所不同，但都强调了学生应具备基于事实的探究能力、科学思维能力和解决问题的能力。同时，不同学段的目标要求之间相互联系、相互促进，形成了模型建构具有逻辑性和连贯性的目标体系。

（二）模型建构的内涵解读

模型建构不仅是一种重要的思维方式，更是一种不可或缺的认知手段。例如，在真实的情境中，学生可以建构一种易于认识和表达的模型，这种理想状态的模型能体现事物固有属性或特征，这就是模型建构。模型建构实际上是一种复杂的思维过程，它涉及对问题的深入理解、对信息的有效整合以及对模型的不断完善。在这个过程中，人们需要清晰地理解问题的本质，然后运用他们的知识和技能，将问题转化为一个可以处理的模型。这个模型可以是物理模型、概念模型、数字模型等等，这取决于问题的性质和目标。然后，人们需要使用适当的工具和技术来收集、处理和分析数据，以验证和改进模型。这个过程需要很强的逻辑思维能力，以确保模型的准确性和可靠性。因此，可以说模型建构不仅仅是一个技术过程，更是一个思维过程，它需要人们有创造力、批判性思维和解决问题的能力。

二、多维优化，设定模型建构的教学流程

模型建构在小学科学课堂中有一些大致流程，以“土壤的类型”一课为例，初步设定如下教学流程：

1.确定问题：确定要解决的实际问题。本课中，需要了解沙粒、粉粒和黏粒的大小，形成表象结构。

2.设计模型：设计模型就是对模型有初步的构想，用画图的方式呈现自己的设计。一般要包括模型尺寸、模型材料、预估效果和制作成本等。可以用画图的方式表示出沙粒、粉粒和黏粒的大概大小和形状，并标注出使用材料和成本等信息。

3.制作模型：寻找合适的材料制作模型。可以用超轻黏土捏出需要的模型，可以任意改变模型的大小，简单方便。也可以使用黄豆、绿豆、小米这样不同大小的颗粒分别表示沙粒、粉粒和黏粒的模型，贴近生活，学生更易理解。

4.测试模型：对制作的模型进行测试，看看基本功能是否能实现。超轻黏土制作出的模型，必须大小合适，易于观察。

5.反思改进：在对模型测试完以后，如果功能表现不佳，可以尝试改进和优化。

三、实践摸索，探寻模型建构的教学应用

（一）构建物理模型，让科学思维看得见

1.物理模型的基本特征

物理模型就是对原来的事物进行等比例的缩放，不改变原事物的结构，从而建构的一种理想化的模型。

2.物理模型的应用场景

在小学科学课堂中，实物模型是教师经常使用的一种物理模型。这些模型基于现实生活中的物品或结构，能够帮助学生更好地理解复杂的科学概念。这些实物模型通常是按照比例缩小的真实物品或结构，以便能够在课堂上展示和操作。例如，一个简单的机械系统模型包括滑轮、绳子和重物等元素，帮助学生理解机械能守恒的概念。另一个常见的实物模型是电路模型，它由电池、导线和灯泡等组成，可以帮助学生理解电路的基本原理。

在小学科学课堂中，教师辅导学生建立实物模型，认识并拓展模型，从而帮助学生有效衔接自己的认知经验，建立新的知识概念。通过操作这些模型，学生可以亲手体验科学原理的实践应用，提高实践能力和科学素养。实物模型还可以提高学生的学习兴趣和参与度，让他们更加积极地投入科学学习中。

3.物理模型的应用实例

物理模型在小学科学教学中有显著的应用。如“看月亮”一课，学生脑海中或多或少都有月亮的样子，也可以画出一个个不一样的月亮形状，如新月和满月。但是对于二年级学生来说，描述清楚月亮每一阶段的样子是困难的，此时可以借助实物模型月相盒来完善学生头脑中对月亮形状的认知，帮助学生完整地经历一次月相从月初到月末的变化过程。学生先观察月相盒里月亮的形状，随后一一画出来，再把画出来的月亮进行排序，通过这样的方式进行学习。借助实物模型月相盒观看月亮，更加直观、形象，在激发学生的学习兴趣的同时，也增强了学生学习的效果。

又如“土壤的类型”一课，土壤有很多分类方法，教材中所介绍的分类方法是按照土壤中所含沙粒、粉粒和黏粒的多少来分，这样分类从理论上说容易，但是可操作性比较差，因此教材提供阅读资料加以介绍，让学生能够通过图片领会每一种类型的土壤究竟是由怎样的颗粒组成的。但是，最直观的方法就是建立实物模型，如用黄豆代表沙粒，用绿豆代表粉粒，用小米代表黏粒，把它们按照一定的比例掺在一起装进透明塑料杯，引导学生观察，指出三者的不同之处，或者让学生用超轻黏土捏出不同大小的模型，这样直观、醒目，易于学生理解和掌握土壤的分类。

（二）构建概念模型，让科学思维理得清

1.概念模型的基本特征

概念模型是一种形式化的表达方式，用于描述和解释特定领域中的概念、关系和过程。它可以将抽象的概念和想法转化为具体的符号和语言，帮助人们更好地理解和交流。

2.概念模型的应用场景

小学科学教学中有一些抽象的概念，一个接一个的概念，彼此之间还密切相关，如果一个概念没有清晰，接下来的知识接收和理解会相互混淆，千头万绪，理不清。概念模型是把几个相关概念之间建立关联，呈现知识与知识之间的内在联系，有助于学生把握单个概念和单元大概念，形成结构化的知识体系。如热对流概念、月相概念、相对运动概念、物体导热导电性能概念、能量守恒概念等。

3.概念模型的应用实例

概念模型的应用主要体现在中高年段。如“运动与位置”一课，在判断一个物体是否在运动时，可以先出示第一幅图片，让学生说说哪些物体在运动。这里描述物体是否在运动时就会发现一些问题，如汽车是静止的还是在运动，湖里的鸳鸯是静止的还是在运动。再出示第二幅图片，学生就很容易根据它们所处位置的不同去判断。这里实际上在帮助学生建立一个概念模型，要判断一个物体是否运动，必须找到一个参照物，这个物体相对参照物的位置是否发生改变。学生只有掌握了这个概念，才能真正认识物体的运动状态。

又如“刺激与反应”一课，教师在课上为了讲清楚什么是刺激，什么是反应，需要帮助学生建立概念模型。通常选取四个典型的刺激形式，声音信号刺激、光信号刺激、体内感受信号刺激以及较为高级的语言信号刺激，然后关联相对应的动作、语言以及情绪行为，从因果关系的角度，引导学生知道什么是刺激、什么是反应，为后面三个活动的展开做好铺垫。教师用“这个情景是什么样的？”“他们正在干什么？”“在什么情况下这样做的？”等话语，引导学生进行思考和交流，以便他们将动因与行为联系起来。建立了这样的动因与行为的概念模型，学生理解起来就更加顺畅了。

（三）构建数字模型，让科学思维带得走

1.数字模型的基本特征

在小学科学中，数字模型是一种非常重要的学习工具。学生可以使用统计、列表、画图等手段来模拟自然现象和科学实验。这些操作方法可以帮助学生更好地理解科学概念，同时还可以让他们探索不同的变量和条件，以便更好地了解科学原理。

2.数字模型的应用场景

小学科学教学中需要记录和收集数据的实验非常多。往往一个实验，为了保证数据的准确性，需要多次测量取平均值，甚至需要做统计图来进行数据的收集与处理，方能分析、归纳、概括出科学的规律，这类都属于数字模型。常见的有太阳系中各行星的直径、质量与日星距离等数据。

3.数字模型的应用实例

数字模型的应用主要体现在中高年段。在“冷热和温度”这一课的教学中，在探究一杯热水在变凉过程中温度的变化规律时，实验过程中要及时、准确记录数据，实验结束后要认真分析数据，出现异常数据要寻找原因。要关注学生数据记录的实时性、真实性与准确性，指导学生画曲线图，然后学会分析数据，通过曲线图的变化，从而得出一杯热水在变凉过程中温度的变化规律。这就是典型的建立数字模型，通过绘制的曲线图，进行数据的分析、综合处理，最终发现科学规律，得出结论。

四、研中反思，梳理模型建构的未来方向

模型建构是学习中把复杂的概念简单化、抽象的事物具体化的过程。在科学教学中，合理运用模型建构的方法，能有效提升小学生的逻辑思维能力和空间想象能力。模型建构能有效激发学生学习科学的兴趣，满足学生的好奇心和求知欲，为学生提供动手又动脑的体验，促进科学思维的深层次进阶，最终实现核心素养的落地生根。

在新课程改革背景下，教师必须重新思考如何在日常科学教学中培养学生的科学思维，全面发展学生的核心素养。科学教学的重点并不只是教授知识，还应该让学生学会高效的科学学习方法。模型建构帮助学生将复杂的科学知识系统化，学生在今后的学习中可能会尝试利用模型来梳理知识，用模型构建的方式来描述科学事物或现象，逐渐形成系统的科学思维，这对未来的发展意义深远！

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（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]李德强. 科学教学中培养学生核心素养的思考[J]. 湖北教育（科学课），2023（6）：7-10.

[3]史加祥. 新课标背景下小学科学模型建构的教学理解与实践[J]. 中小学课堂教学研究，2022（7）：19-22.

[4]潘利峰，刘国良. 模型建构在小学科学深度探究中的运用——以苏教版科学为例[J]. 教学月刊小学版（综合），2020（12）：37-40.

[5]陈双喜. 基于科学思维培养的小学科学教学策略研究[J]. 教育界，2023（30）：71-73.

[6]胡蓉，王传松. 模型建构在小学科学技术与工程领域中的教学策略研究[J]. 中小学实验与装备，2022，32（4）：36-38.

[作者简介]赵媛（1990— ），女，安徽滁州人，南京江北新区高新实验小学，二级教师，研究方向为小学科学思维课堂。