小学科学模型建构的组织与实施策略--以教科版四年级科学为例
吴晶
山东省滨州市滨城区玉龙湖小学
摘要：模型建构既是科学探究的方法，也是科学探究活动的内容。在小学科学教学中，针对探究问题，借助实物、文字、图像、数学等表征方式，建构实体模型、概念过程模型、数学模型，用以表示平常难以观察和理解的对象或规律，亲历科学探究实践过程，领悟探究实践本质，从而实现深度探究，提升学生的科学核心素养。
关键词：小学科学 模型建构 探究实践
小学科学教学是在小学科学课程实施过程中，以小学科学教材为载体，教师有目的、有计划、有组织地引导学生学习和掌握科学知识和技能，促进学生科学素养提高，为后继的科学学习、为其他学科的学习、为终身学习和全面发展打下基础。
随着新课改不断创新，义务教育更加注重对学生能力和综合素质的培养。
小学科学课程以培养小学生的核心素养为目标，具体指学生在学习科学课程的过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。核心素养的培养在学习基础科学知识和科学探究技能的同时，强调培养学生的科学观念，发展科学思维，形成科学的世界观。
2022年版课标在“核心素养内涵”的“科学思维”中指出，“模型建构体现在:以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型；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”。课标中将模型建构能力作为科学思维的重要组成部分，旨在让学生从科学的视角认识客观事物的本质属性和内在规律，可见模型建构能力的培养对科学学习来说意义重大。
广义上的模型有很多类别:数学模型、科学模型、工程模型、仿真模型等，从狭义角度来说，科学教学中的模型特指科学模型。美国教育学家拉斯莫尔·斯图尔特曾提出科学模型是系列描述自然过程的想法，科学模型可以通过简单的运行来实现对自然现象的解释或预测。通过模型建构可以把难以感知的客观现象或变化过程抽象为简单的模型，帮助学生理解事物的本质特征和变化规律，掌握问题的描述和解决办法，使其在头脑中形成简洁而形象的思维图示，从而到达认识客观世界的目的。模型建构既是科学探究实践的方法，也是科学探究活动的内容。在科学探究实践的过程中，教师应针对不同的探究问题引导学生建构各种模型，借助实物、文字、图像或数学等表征方式来呈现实践的现象和过程，或者对客观事物进行简化和抽象。模型建构有助于学生拓展科学探究体验，理解科学探究本质，实现深度探究。建构实体模型，体验科学探究实践方法。实体模型是指根据相似性理论制造的按原系统比例缩小、放大或与原系统等大的实物。建构实体模型需要参照研究对象的运动过程、结构大小、形状及状态等特点，抓住研究问题的主要属性，建立一种理想化和高度抽象化的物体过程和实体。教师在指导学生建构实体模型的过程中，要对研究对象的主要属性进行观察、分析、比较和推理，以提高学生在探究过程中的行为投入，更容易产生对科学探究的直接体验，从而同化或顺应原有的认知结构，建立新的概念图式。以四年级上册《让小车运动起来》一课为例：
教学思路：
本科是教科版《科学》教材四年级上册“运动和力”的第8节，同时也是本单元的起始课。因此，引发学生对运动和力的思考和探究式本课的重要任务。学生已经见过并体验过各种各样运动着的车辆，也对这些车如何运动起来的原因有了一定的了解，但是，他们并没有从科学实验的角度去研究小车运动与力的关系。利用垫圈的重力作为拉动小车的力，这种方法比较容易控制拉力的大小。因此。本单元起始课安排了“让小车运动起来”的探究实验，旨在通过小车研究运动和力的关系。
“让小车运动起来”一课很好地体现了2022年版课标中提出的“模型建构”
的相关要求，具体表现如下：
“物质的运动和相互作用”这一学科核心概念，抽象程度较高，对学生的探究水平要求也高。在“让小车运动起来”一课中，标明小车的起点和终点之后，先从挂一个垫圈开始，一个一个的增加垫圈，这样能准确的测出使小车运动起来的最小的力，由于学生还没有掌握用弹簧测力计测量力的大小，这里用垫圈的个数表示小车受到的拉力。将物质受到的拉力物化为小垫圈的个数，利用模型简化概念和观察，降低操作和学生理解难度，更符合四年级学生的认知水平和认知能力。建模不一定是教师帮助学生构建宏大或创造新的物体，可以使根据实际的研究对象和问题简化，变抽象为具象，使得探究更加简单化。
课标指出，3-4年级学生在科学思维方面，能在教师引导下，观察并描述具体事物的构成要素，分析并表达要素之间的关系，找到它们之间重要的、共同的特征；利用模型解释简单的科学现象。本课引导学生感受不同拉力情况下小车的运动快慢，这就是利用自己构建的实物模型开展科学思维的过程。学生在应用抽象、分析、比较、分类等思维方法后，发展了科学思维能力，使思维由感性逐步走向理性。
基于对课标的分析，我们将小学科学学科模型建构能力划分为“模型理解”“模型建构”“模型应用”三个维度的指标。在四年级《让小车运动起来》一课中，为了更好地达成3-4年级探究实践目标中“制作某些产品的简化实物并反映其中的部分科学原理”要求，引导学生区调查发现不同车辆的动力来源，然后在此基础上，设计了“用垫圈的重力作动力”区研究运动与力的关系的活动，从而达成模型理解和模型建构的目标。通过学生自己动手动脑去完成实验，接着引导学生思考：“小车启动的拉力是怎样产生的？”师生一起交流得出是垫圈的重力产生对小车的拉力。教师指导学生阅读关于重力的资料，了解重力，达成模型应用的完整教学过程。
模型建构是一种基于模型的建构性学习活动，穿插于课堂教学过程中，学生在经历建模的过程中，能自主地发现问题、解决问题、从而发展科学思维能力。我们作为科学教师，应充分认识到模型建构的教学价值，积极地在日常教学中加以落实。
参考文献：
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