建模教学在学科教学中融入的思考与实践

【摘 要】小学阶段，科学教学中开展“建模教学”可以使得学生的科学学习体验更加丰富，可以促进学生科学思维能力的提升。笔者以“建模教学”为主线，设计了本课的课堂教学，让学生有机会进行亲身体验和动手实践设计，模拟工程师解决问题的方式建立简易显微镜模型观察微小物体，体验显微镜的整个发展历程，感受科学与技术的相互促进作用，通过精心设计教学的进阶路径来促进学生思维进阶的发展。

【关键词】小学科学；建模教学；思维进阶

小学阶段，科学教学中开展建模教学可以将科学探究与工程实践两种不同的学习形式有机组合在一起，使得学生的科学学习体验变得更加丰富，有利于学生科学大概念的形成，更重要的是可以促进学生科学思维能力的提升。

一、实验探索，关注思维

建模教学为学生创设一个真实情境，设立预期目标：学生通过调节两块凸透镜位置的实验探索，找到大而清晰的物体的图像。以下是教学片段：

师：有一位老奶奶向我们求助，想让大家帮她设计一个放大倍数更大的装置，帮助她鉴别收到的纸币的真伪。我们可以怎么做？

生1：找一个凸度更大的凸透镜；

生2：借助两块凸透镜做一个组合装置。

生3：用更多的凸透镜。

师：这实际上就是我们今天要研究的课题：怎样放得更大。

师：老师这里准备了两块凸透镜，（分别请两位同学看一看、摸一摸、试一试）它们有什么不同？

生：中间的凸度不同，凸度大的放大倍数大，凸度小的放大倍数小。

师：同学们，如果真的如我们所猜测的这样，用两块凸透镜能够提升放大的效果，那这两块凸透镜应该怎样摆放？谁来演示一下该如何操作？

生：演示，两块凸透镜要成一条直线。

师：谁还有补充？

生：演示，两块凸透镜还需要间隔一定的距离。

师：刚才两位同学大概的给我们展示了一下他们的思路。我们怎样才能较准确地知道两块凸透镜的放置位置以及放大效果呢？

生：借助尺子进行测量。

师：老师为大家准备了竖向标注了厘米刻度，底部标注了1-15数字的书立架，请同学们想想看这些标注有什么作用？

生：可以帮助我们测量高度和统计视野范围。

师：请大家借助两块凸透镜组合观察，找到放大且清晰的图像，并完成任务单的填写。

师：请每个小组的材料员来领取实验器材。

生：（探究活动）用两块凸透镜观察数字玻片，并填写任务单。

师：（学生分享）同学们，你们知道两块凸透镜组合后为什么能够放得更大吗？

生：因为一块凸透镜把物体的像放大后，另一块凸透镜把第一块凸透镜所成的像进一步放大了。

师：事实确实是这位同学分析的这样，两块凸透镜组合相当于先后把物体的像放大了两次。

师：同学们，你们发现两块凸透镜要怎样组合物体的像才能够放得更大吗？

生1：两块凸透镜要在同一条直线上，也就是要平行放置。

生2：两块凸透镜要调节到合适的距离。

设计意图：建模教学内容强调创设一个真实情境，从而引出一个真实的问题。让学生在对真实问题的探究中，发展他们处理复杂问题的能力。第一个活动是通过帮助一位老奶奶设计一个可以鉴别收到的纸币的真伪借助的放大装置导入，通过两块凸透镜组合观察找到放大且清晰的图像的实验探索，调动学生借助对凸透镜的已有认识，借助书立架，帮助学生初步认识两个凸透镜之间的距离会影响到物体图像的清晰度及放大倍数。

二、建立模型，凸显思维

科学教学实践告诉我们，学生对于模型的学习由原先的被动接受转化为主动建构更利用实现真正意义上的理解。从思维角度来看，建模教学更加注重模型习得中的过程特质。以下教学片段是建立模型的呈现：

师：刚才我们做实验的过程中手持两个凸透镜，你感觉有什么不足的地方？

生1：时间长了，手会累，会抖。

生2：两只手都被束缚住了，不能用来做记录或其他事情。

师：那大家想想看，如果想解放我们的双手，我们有没有什么更好的办法？

生：可以考虑将凸透镜固定起来。

师：那这样的固定装置应该具有什么特点？

生1：能够固定住两块凸透镜。

生2：能够保证两块凸透镜在一条直线上。

生3：可以方便调节两块凸透镜之间的距离。

师：那就让我们做个小设计师，发挥我们的聪明才智，结合老师给大家准备的材料设计一个具有一定创意的装置。

师：老师给大家准备了以下生活中的常见材料（简要介绍一下不同材料的特性、功能，对学生不太熟悉的材料介绍一下使用方法），请同学们以小组为单位，商量确定本组想要选取的材料，将设计思路画一画（设计好后进行展示交流）。

师：利用希沃白板展示四张较具代表性的设计，并请这四位同学介绍自己设计的装置是如何实现既能固定两块凸透镜，又能调节两块凸透镜之间距离的。

生1：我用了两个伸缩筒，不但可以固定住两块凸透镜，而且可以调节两块凸透镜之间的距离。

生2：我用了书立架，把两块凸透镜固定在支架上，通过调节支架上的自粘磁条改变两块凸透镜之间的距离。

生3：我和生1差不多，只不过用的是一个筒，虽然筒不能伸缩，但镜片可以调节。

生4：我的设计差不多是生1和生2的组合，是将两个伸缩筒借助自粘磁条固定在书立架上，既可以控制视野范围，又方便调节两块凸透镜之间的距离。

师：请每个小组的材料员来领取实验器材（同时提供制作评价表）。

生：选取自己组所需的材料，分工合作进行模型制作（制作好后进行展示交流）。

设计意图：学生通过亲历手执两块凸透镜片观察物体的不稳定和不方便，自然而然地产生如何解决此问题的心理需求，同时生发出设计一个“既能固定两块凸透镜，又能调节两块凸透镜位置”的装置，这让整个设计活动更具现实性、目的性和方向性。要想学生能够合作建造显微镜，那建造前的图纸设计则是不可或缺的。“实验探索”和“模型设计”两个活动为建造显微镜的活动打下了坚实的基础。

三、修正模型，聚焦思维

与其他组同学分享模型，并通过交流探讨对模型进行修正与优化。在对比、修正中实现自身心智模型的完善与发展。主要环节如下：

师：请同学们根据刚才的交流讨论过程中的检测自评，结合其他同学给出的宝贵意见建议，将本组的设计图纸进行适当地修改与完善，然后根据图纸进行模型的进一步修正。

生：利用修正的显微镜再次观察教师提供的玻片标本。

设计意图：教师引导学生根据同学们所提的意见建议先修改设计图纸，再根据图纸修正、完善模型。学生在修正、完善模型的过程中，能够将同学的建议、自己的思考进行消化、落实，并通过观察玻片标本进一步检验模型设计的合理性。在整个过程中，学生一步步地将凸透镜之间的距离与简易显微镜的放大倍数、清晰程度之间建立内在联系，将本课的概念知识与科学思维进行系统化整合。

四、教学反思

本课教学始终坚持以学生为中心，以学定教，关注学生课堂生成的引导与利用，带领学生在交流探讨中进行模型的重构与迭代，引导学生形成科学的思维方式，为培养学生的核心素养打下坚实基础。让学生经历“明确问题→进行设计→制作模型→评估改进”5个环节，从明确问题到实验探索，再到工程设计创作与评估改进，较全面、深入地涵盖了STEAM教学的五个学科，让学生有效地将科学知识与工程实践环环相扣，螺旋状发展。学生在学习中运用循环迭代的方法充分发散思维，不断优化设计方案并解决实际问题。每一环节的延续都是学生在STEAM理念下通过实验探索不断建构知识、提升思维并付诸于实践检验的过程。

总而言之，整个建模教学过程中，学生积极参与，不断促进本课知识建构，更促进了其科学思维的螺旋式上升发展。

参考文献：

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