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双维视角下小学科学模型建构教学的探索与实践

关?键?词科学课程标准；模型建构；元建模知识；建模实践；双维一体

引用格式史加祥.双维视角下小学科学模型建构教学的探索与实践[J].教学与管理，2024（20）：42-46.

一、科学模型的定义与特征

有研究者认为，科学模型是描述自然与科学过程的思想，是由学习对象在参与过程中构建而成的，在一定条件下可以用来解释和预测自然现象、科学现象[1]。还有研究将科学模型界定为一种抽象的想法，一个概念系统，是一种帮助理解和解释自然现象的工具，是将理论知识映射到实际世界的特定模式中，以便准确地描述这些模式并用于特定的科学目的，发挥特定的功能，如描述、解释、预测、论证等探索性功能和创造性功能[2]。借鉴已有研究，科学模型具有如下特征：科学模型首先具备抽象和简化的特征，科学模型是对复杂真实自然、科学世界的概括和简化，以便学生更好地理解和应用；其次科学模型是一种知识结构，既包括陈述性和程序性两种不同的知识类型，还涵盖了宏观至微观两个层面的信息，用于描述自然现象、解决问题；最后科学模型具有多功能性，可以用于描述、解释、预测自然科学世界，从问题解决到模式识别都可以借助科学模型实现，科学模型的多功能性使其成为探究实践的重要工具。

由此可见，科学模型的综合特征决定了其在小学科学学习中有着不可或缺的重要性，它不仅能激发学生对科学学习的热情，增强对自然、科学世界的理解，还有助于培育科学思维，提升问题解决能力，促进核心素养发展。

二、科学模型建构的内涵理解与实践要素

1.科学模型建构的双维理解

对模型特征的清晰认识是开展模型建构教学的基础与前提。有研究认为，模型建构是一种认知工具和思维方式，是学生运用模型对现象和数据进行分析、解释，以系统描述科学概念以及事物的结构、关系和过程，展示对科学的认识与理解[3]。还有研究者认为，科学模型建构是让学生在实践活动中建立和使用科学模型并掌握科学概念、原理和规律等，进而发展科学建模能力[4]。

从对科学模型建构的解释或描述中可以看出，模型建构是学生认知和思维能力发展的重要过程，包括科学模型的认知和科学模型的建构两个维度。有研究者将其概括为元建模知识和建模实践，元建模知识主要关注的是科学模型本身的结构、元素和关系，以及建模的目的、过程和评估等，而不是模型所描述的科学内容领域，建模实践则是在探究实践中比较、创建、验证、修改和应用模型，从而更好地学习和理解具体的科学知识、概念[5]。

科学模型的建构呈现出双维螺旋发展的特点（如图1）。元建模知识既包括学生对科学模型性质和目的的认识，也包括对建模需要经历的过程和所形成模型的认识与评估，具有生成性、变化性的特征[6]。建模实践主要包括建构、应用、评价和修正模型四个主要要素和过程[7]。两者之间相互交织，在理解赋意中认识模型，在表达表征中建构模型，在持续的探究实践中培养学生的模型建构能力与思维。

2.元建模知识的学生表现

元建模知识作为学生模型建构能力的重要组成，在模型建构教学中并未得到应有的重视。笔者从元建模知识的组成出发对学生的元建模知识进行调查与分析，为建模实践做好理解准备。

根据学生表现，梳理形成的水平层级真实呈现了学生元建模知识之间的联系与差别，为准确评价和分析学生的元建模知识提供依据，也为教学实践提供指向。

（2）学生元建模知识的水平分析。以学生元建模知识表现量表为标准对101份问卷进行赋分，水平三记3分，依次类推，零水平记0分，对数据汇总后利用SPSS25.0进行分析。

对数据进一步处理后针对元建模知识与学生科学学习表现之间的相关性进行分析，学生对科学学习重要性的认识与科学建模过程、科学模型评估存在相关性，而学生的科学学习表现仅与科学建模过程存在相关性。从分析中可以看出：在科学学习中缺少元建模知识的融合，模型建构教学没有在科学课堂中落实，没有发挥出激发学生科学学习兴趣、促进科学思维发展的作用。

3.科学模型建构实践的要素与过程

在对学生元建模知识调查了解的基础上，笔者对科学模型建构的实践要素和过程进行梳理与明确，为模型建构的课堂教学提供抓手。

对模型建构过程的研究众多，有研究者将建模过程分为引入主题、发现想法、建立想法、模型比较、调整模型五个步骤[8]；有研究者在实践的基础上形成了EIMA的模型建构流程，分别为参与、调查、建模、应用四个主要流程[9]；也有研究者将模型建构分为研究原型、初建模型、修正模型、应用模型、返回原型等过程[10]；还有研究认为模型建构包括抽象表征和问题解决两个要素，抽象表征包括选择对象和建构模型，问题解决则包括模型校验、应用与改变等[11]。

虽然对模型建构的过程有着不同的论述，但能归纳出模型建构、模型细化、模型应用和模型重建等共同要素[12]，基于此形成适合小学阶段科学模型建构的实践要素：建模意