基于建模活动的概念教学有效性研究

张燕

科学概念是帮助学生学习科学知识、探究知识之间内在联系，解决科学问题的有效工具。《义务教育小学科学课程标准》指出：围绕18个主要概念的教学培养学生对科学学习的兴趣、正确的思维方式和学习习惯。由此可见，帮助学生建构科学概念是小学科学教学的重要目标。然而，在平时的教学中，学生常常会觉得科学概念枯燥又深奥，难以理解和应用。究其原因，主要是由于教师采取的教学方式、方法不够合理，以至于学生没有真正理解科学概念，只是一味地通过死记硬背来强化对科学概念的识记，从而无法实现科学概念的真正建构。

科学模型是人们常常用来描述自然世界、形成科学概念的重要工具。基于建模活动的科学概念教学，不仅有助于学生了解科学概念的产生过程、理解概念的深刻内涵，构建科学的知识结构体系，而且能有效促进学生的思维从具体形象思维向抽象逻辑思维的转变。下面，笔者结合“简单电路”的教学来谈谈如何通过构建电路模型帮助学生建构电路的概念。

勾画模型结构，初建概念框架

建构主义认为：概念教学要建立在了解学生前概念的基础之上，逐步纠正、补充、完善、构建新的认知体系。学生在学习科学知识之前，头脑里并不是一片空白的，他们通过日常生活中的各种渠道，对各种事物已经有了自己的看法，并形成了独特的思维方式。因此，教师不妨先让学生将头脑中已有的认知通过设计模型、交流想法等方式呈现出来，在此基础上有针对性地组织、开展教学活动，更利于学生科学概念的构建。

在执教“简单电路”内容时，笔者首先出示小灯泡、电池和导线，并分别介绍它们的名称和结构特征。然后向学生提问：“如果老师给你这些材料，你能用最少的材料想办法让小灯泡亮起来吗？请你借用这些模型把自己的想法画在记录单上。”话音刚落，学生纷纷动笔，勾画出自己头脑中的简单电路模型图。接着，通过展示、交流阐明自己的观点。这样不仅能了解学生的前概念，使教学活动建立在学生已有认知的基础上，而且能大大提高建模活动的针对性和有效性。

创设“矛盾”情境，引发认知冲突

为了使概念的建构更加科学合理，教师可以通过巧妙创设一个看似“矛盾”的建模情境，让学生在建模的过程中，既能初步形成概念的框架，同时又能引发其对已有认知的思考和质疑。

本节课中，笔者为学生提供了导线、小灯泡和电池（对电池进行改造，分A、B两类，数量各一半），学生根据自己的电路模型设计图，搭建单电路，看是否能点亮小灯泡。结果，全班学生一共发现了6种能点亮小灯泡的方法（如图1）。接着，笔者组织学生讨论“这几种连接方法有什么不同点和相同点？”关于连接方法的不同点，有学生发现小灯泡有的是直接和电池接触的，但两者接触的部位有所不同;还有学生发现有些小灯泡是通过导线与电池相连的，导线连接两者的部位也各不相同。关于连接方法的相同点，学生发现无论哪一种连接方法，都要从小灯泡的一个连接点出发，通过导线连接到电池的正、负极，再连接到小灯泡的另一个连接点上。充分讨论交流后，教师适时介绍什么是“通路”，什么是“断路”，并辅之以课件演示电流流动的情境。这样，在学生的头脑中初步形成了简单电路的概念。

然而，对简单电路概念的教学不能这样浅尝辄止，教师需要做更进一步的剖析。于是，笔者让学生回顾搭建简单电路模型的情境：“刚才，在点亮小灯泡的过程中，还有没有什么神奇的现象发生呢？”教师话音刚落，有一个学生急忙汇报了他们组的发现：“不用导线也能点亮小灯泡！”并在黑板上画出了模型图（如图2）。“这样也能行？”其他学生将信将疑，经过一番动手实践后，有一半的小组验证了这一发现，另一半的小组却得到了相反的结果。为什么会出现这样的结果？难道刚才发现的电流流动的规律是偶然性的，或是错误的？学生对刚刚形成的有关简单电路的认知产生了质疑，渴望进一步探究真相。

巧用“拆模”策略，剖析概念内涵

科学概念的建立不是一蹴而就的，它需要经过不断质疑、反思和修正，才能逐渐向科学、完善的方向发展。搭建模型能帮助学生构建科学概念，但在概念教学的过程中，面对一些暗藏的问题，拆分模型有利于学生认清事物的本质特征，为深层的概念建构提供条件。

面对两种截然不同的实验结果，唯有引导学生找到问题的症结所在并加以解决，才能帮助学生理解概念的内涵。于是，笔者让两方学生各派一个代表，到讲台前再次演示实验过程，并将过程通过实物展台投影出來。这时，有学生发现两组的电池不一样，于是其他学生也将自己的电池与之进行了比较，结果发现用A电池的小组采用图2所示的方法都能成功点亮小灯泡，而用B电池的则不能。难道是这两种电池的内部构造不一样造成的？

为了帮助学生看清其内部构造，笔者分别将两节不同的电池进行了拆分，当拆开后的电池（如图3）呈现于眼前时，学生恍然大悟。原来，A、B两种电池外面包裹着的金属片都是由两部分组成的：一部分连接着正极，另一部分连接着负极，而这两部分之间都由绝缘体隔开。其中A电池的正极是一块独立的金属片，其余外面包裹着的金属是连在一起的整体，与电池的负极相连接。当小灯泡和电池像图2那样放置时，小灯泡上的两个连接点，一个正好连接到电池的正极上，另一个连接到负极上，构成了电流通路，所以小灯泡被点亮了。而B电池与A电池的构造正好相反，它的底部是一块独立的圆形金属片，与负极相连，边缘由绝缘材料隔开，其余外面包裹着的金属是连接在一起的整体，与电池的正极相连接。当小灯泡也像图2那样时，小灯泡上的两个连接点都连接到了电池的正极上，没有构成电流通路，所以小灯泡不亮。

通过拆开电池这一活动，学生了解了两种电池的不同结构，有助于他们进一步认识构建电路模型的关键在于形成电流的通路，使他们更深层次地理解了电路概念的内涵。

检验建模效果，促进概念内化

教师帮助学生从建模活动中概括出科学概念只是完成了科学概念教学的第一步。要促进概念的内化，真正完成科学概念的深层建构，还需要将科学概念运用到生活实践中。

在学生成功构建了基本电路模型，形成了基本电路概念之后，笔者提出了拓展任务：“如果老师将小灯泡换成其他电器，如小电扇、小电机等，你们还能像刚才一样，连接一个能让它们工作起来的电路吗？”话音刚落，学生纷纷动手，寻找小电器上的两个连接点，然后借鉴点亮小灯泡的方法，很快就连接好了电路，让小电器工作起来。在此基础上，我又让学生将开关接入其中，起到控制电路的作用。学生通过小组合作，顺利完成了连接任务。在此基础上，再呈现各种电路连接的模型让学生判断哪种连接方法能让小灯泡亮起来，并在不亮的图中，用“○”画出造成故障的部分。学生在运用所学到的电路知识解决实际问题的过程中，进一步促进了电路概念的迁移和内化。

科学课作为一门综合课程，涉及的科学概念较多而且彼此相互联系。因此，在教学中，教师要灵活运用建模的方式，帮助学生建立科学概念，构建系统的科学概念体系，让学生在概念学习的过程中促进逻辑思维能力的发展。