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小学科学课堂中有效建模的策略研究

摘要：模型建构是小学科学课程要培养的科学技能之一，在小学科学教学中占有重要地位，一般包括引模、建模、释模、拓模等阶段。为了实现科学课程良好的教育效果，培养学生的科学素质，小学科学教师可以采用创设真实问题情境、提供学习支架和可视化工具等策略，让学生亲历科学建模的过程，增强学生的科学探究精神，让科学探究实践往深处发展。

关键词：科学思维;模型建构;核心素养

一、科学模型的内涵与外延

模型是对系统的理解和清晰的表达，可以是列表、简单草图、功能原型等形式。《义务教育科学课程标准（2022年版）》将系统与模型作为科学课程的跨学科概念之一。所谓跨学科概念，是指在所有领域都有所运用的主要概念，它提供了沟通所有学科的方法，在说明事物、创造理论、观察和设计时发挥着重要作用。从跨学科概念视角而言，由于很多事物受到限制，不能被直接观察利用，因而需要使用模型将不可见的、抽象的现象形象化，以反映系统的结构、各部分的相互作用以及系统与外部作用的关系。模型在科学研究中能发挥重要作用，包括解释和预测系统现象，因而构建模型的过程可以增加对系统的认识。通常，人们会依据系统特征提出可能的模型，在利用模型进行解释、检测、预测等活动时，可能会发现最初模型存在的不合理之处，进而根据新的线索修正模型，这也体现了科学逐步发展的路径，彰显科学本质。

模型建构，旨在将复杂事物的本质提炼出来，简化为能解释原事物的概括化模型，是根据研究目的对系统进行必要的假设和近似，以突出系统的本质特征。《义务教育科学课程标准（2022年版）》将模型建构列为小学科学课程要培养的科学思维之一，其内涵包括以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而进行模型建构;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。模型建构活动在小学科学教学中广泛存在，例如物质科学领域的受力图、杠杆，生命科学领域的细胞结构图、消化系统模型图，地球与宇宙科学领域的太阳系模型、地球模型，技术与工程实践领域的住宅系统、降落伞设计图等。这些科学模型是真实世界的简化，是一套研究问题的方法论，具有简化性、差异性、相似性与超越性。

在小学科学课堂中，模型是知识传递的工具，学生在课堂中亲历模型建构的过程，不会因想象造成认知误差，也有利于思想和语言的传递;模型也是个体认知发展的工具，学生利用模型来解释、推理、修正，用可视化的方式来表达自己的观点，能够让学生体会到做思共生的乐趣、成功的喜悦，养成动手动脑的习惯，形成积极思维，提高解决实际问题的能力。

二、小学科学课堂中有效建模的策略

建模对学生学习过程有着重要意义，学生只有亲历模型建构的各个过程，才能体会模型建构的特点，才能得到科学思维的锻炼，进而提升科学素养。一个完整的模型教学至少要经过4个阶段，即引模、建模、释模、拓模。在引导学生构建模型的过程中，教师要以培养学生核心素养为目标，让学生通过模型建构增强对问题的理解和研究，提高同伴间沟通与交流的质量。

（一）引模：真实的问题情境

知识不是通过教师传授的方式获得的，而是学生在一定的教学情境下，利用必要的学习材料，通过师生、生生之间的合作与交流，以意义建构的方式获得的。真实的问题情境可以激发学生的非认知因素，例如动机、情绪等，也可以发展认知因素，如感觉、知觉、思维等。因而，教师在模型建构活动中，要根据教学目标和学情，创设隐含真实问题或项目的教学情境，引出建模的对象，为建模打下坚实的基础。

例如，在《四季循环》一课的教学中，学生需要用地球模型、牙签等材料模拟四季交替。学生在实际操作之前必须明白构建四季循环模型的目的是什么、是为了解决什么问题。因而在教学一开始，教师出示了同一时间南半球和北半球的不同情境：一边炎炎夏日，人们海边嬉戏;一边凛凛寒冬，行人裹上了厚厚的棉衣。这一真实的情境激发了学生的学习动机，引发了学生的认知冲突，启发了学生的积极思维：同一时间南半球和北半球处在不同的季节，原因是什么？为了解决这个真实的问题，学生要解释南北半球气温差距的原因，进入建模阶段。这一环节中，教师如果采用开门见山的方式问学生“四季形成的原因是什么”，学生不会产生如此大的学习兴趣，因而提出隐含真实问题的教学情境在引模环节尤为重要。

（二）建模：3个特征+1个要素

学生在建模的阶段需要用模型来描述和表征个人想法。教师可以采用“3个特征+1个要素”的教学策略使学习活动逐级深入。其中，“3个特征”指的是把握学段特征，进阶设计;把握思维特征，提供必要支架;把握学习特征，提供可视化工具。“1个要素”指的是积极的学习环境。

1.把握学段特征，进阶设计

小学处在不同年段的学生有不同的身心发展特征，低年段儿童善于借助感性的方式认识周围的世界，需要教师提供大量的感性材料，供儿童观察和描述;中年段学生能够建立和修正简单的模型，用模型表