小学科学教学过程中的模型建构

施林建

摘 要：在新课程标准的引领下，小学科学教学中，尤其侧重强调的是要将所学到的科学知识情境化，生活化，要变得学有所用，那么恰如其分地建立模型就变得非常有必要。教师在利用教学过程中建模模型，通过合适的模型去引导学生科学探究，从活动中去了解科学与生活的实际联系，引导学生从不同的视角去发现实际问题中所包含的丰富的科学信息，探索多种解决问题的方法。

关键词：模型  建构  有效教学

《小学科学课程标准》指出：小学科学教育承担着培养公民科学素质的重任，早期科学教育对每个人科学素质的形成具有十分重要的影响，科学对人们认识世界起着关键的作用，儿童自小就会形成对周围世界的看法，而这些看法经常是不符合科学原理的。因此，及早对他们进行科学教育，有利于帮助他们建立一些基本的科学概念，发展科学思维和语言能力，培养科学态度，小学科学课程承担着培养小學生科学素质的责任，并应为他们继续学习和终身发展奠定良好的基础。如果从小就养成会用模型去解决实际问题，那么在教学过程中对于理解将会有很大的帮助。

一、对科学模型建构的认识

小学科学教学在一定基础上进行对科学知识模型的建立及其方法的应用。科学模型化是一种极为重要的科学思想方法。对于学生学习和处理科学问题有着极其重要的影响，它可以帮助学生体会科学的作用，产生对科学学习的兴趣。因而可以得出，在科学教学中，建构和掌握科学模型化方法是培养能力的一条非常重要的途径，也是提高科学素养的一条捷径。

科学模型是建立在科学一般的基础知识与应模型知识之间的一座重要的桥梁，这是在平时的科学教学中教师应该着重培养学生所具备的一种科学思想和方法。建立模型更为重要的是强调用真实的情景展示问题，营造解决问题的环境，以帮助学生在解决问题的过程中活化知识，变事实性知识为解决问题的工具。学生在探索、获得科学模型的过程中，也同时获得了建构科学模型、解决实际问题的思想与方法，而这对学生的发展来说，其意义远大于仅仅获得某些科学知识。

所谓科学模型指的是对科学知识进行简化和提炼、再通动手制作手段方法，反映特定的问题或具体事物之间关系的科学联系。从广义理解，科学模型包括科学中的各种概念，各种公式和各种理论。因为它们都是由现实世界的原型抽象出来的，从这意义上讲，整个科学也可以说是一门关于科学模型的学科。从狭义理解，科学模型指那些反映了特定问题或特定的具体事物系统的科学关系结构，这个意义上也可理解为联系一个系统中各变量间内在关系的科学表达。

建立科学模型是科学学习的重要任务。《科学课程标准》小学科学课程是一门以培养学生科学素质为宗旨的义务教育阶段的核心课程。科学素质的培养是义务教育的重要任务。小学科学课程实施探究式的科学教育，通过引导学生体验科学探究过程，初步形成对科学的认识，从而最有效地达到培养学生科学素质的目的。可以这样说，学生学习知识的过程，实际上是对一系列科学模型的理解、把握的过程。

二、科学模型建构的基本原则

1、简化性原则——现实世界的原型都是具有多因素、多变量、多层次的比较复杂的系统，对原型进行一定的简化即抓住主要矛盾，科学模型应比原型简化简单，科学模型自身也应是“最简单”的，方便学生能够通过模型以最直观的形式去认识事物的本质，对学习起到一个积极帮助的效果。

2、可推导原则——由科学模型的研究可以推导出一些确定的结果，如果建立的科学模型在数学上是不可推导的，得不到确定的可以应用于原型的结果，这个科学模型就是无意义的，所以一个成功的模型，一定是一个可以推到的模型，一个可以重复验证的模型，科学最重要的一个特点是可以重现。

3、直观性原则——科学模型实际上是人对现实世界的一种反映形式，因此科学模型和现实世界的原型就应有一定的“相似性”，抓住与原型相似的科学表达式或科学理论就是建立科学模型的关键性技巧，小学生的思维目前还是处于直观思维为主。

三、科学模型建构的方法

1、建立科学模型的过程应该是让学生大胆的去猜想，然后再在直观的事例中进行具体地分析，通过大家一起的探讨，最后商量出一个大家都同意的模型。

猜想虽然是一种带有一定直觉性的比较高级的思维方式，对于探索或发现性学习来说，猜想是一种非常重要的思维方法。在教学生一些科学概念基础之前，我们不妨可以让他们根据已有的知识大胆地去猜想一下这个模型。根据以往所学的知识，学生应该会想到转化的科学思想，推测出可能会是怎么一个模型，再让学生从我所提供的各种各样的材料中进行研究分析，从一系列已知的内容中开展具体地分析，从而找出其内在的联系与规律，最终得出结论，所以猜想这个结果在建模模型的过程中必不可少，在猜想探讨的过程中也是一个暴露前概念，改正前概念的过程，最后真正的建立起知识的构架。

2、建构科学模型应该让学生在许多直观或贴近生活的实例中进行有效地综合比较。

综合是指学生在学习的过程中将科学现象、科学实例的分析情况进行整理组合，从而形成对这一类科学知识的总体认识。比较是对有关的科学现象、科学实例，区别它们的相同之处和不同之处。科学中的比较是多方面的，包括多少与大小的比较，相同与不同的比较，结构与关系的比较。比较的目的是认识事物的联系与区别，明确彼此之间存在的同一性与相似性，一边解释其背后的共同模型。例如：在教学《太阳系》，太阳和它的八大行星是如何运转的，它们之间的排列关系如何，大小关系如何，如果照本宣科，效果将大打折扣，但我们如果花一点时间去建立一个太阳系模型，按照一定的比例要求，用泡沫来代替星球，然后按照近到远的顺序排好，有了这个模型之后，上课就会一下子变容易，讲课的内容可以更加务实，可以对着这个模型来讲解上课内容，比如在这个模型中太阳和八大行星是如何排列的，它们的大小又是如何的，当这一系列概念在模型中建构出来之后，学生只要看一眼就明白了，显得很直观，而且看来之后也不容易遗忘，对于教学来说可以起到事半功倍的良好效果。同时学生也更加喜欢以这种形式的内容去学生，毕竟作为一个小学生，他们的思维更多还停留在眼见为实的状态。

3、建构科学模型应该让学生从具体的实例中抽象出它们所具有的共性，再用科学的语言进行概括。通过模型可以发现其共同的本质特点。而概括则是把抽象出来的共同点进行归纳和总结。例如：磁铁周围有磁场，但磁场是如何分布的，我们可以在磁场的附件放一些小的铁屑，用铁屑的分布来建构一个磁场模型，虽然我们眼睛不能直接看到磁场，但我们可以用铁屑的多少间接来观察磁铁，用铁屑的多少来代表这个地方磁场磁力的大小，把看不到的磁场最后用看得到的铁屑来描述呈现，就可以把一个很抽象的概念用最直观的眼睛能够看到的一种形式来呈现。对于小学生来讲，抽象的事物很容易遗忘，但直观的模型印象就会比较深刻，当学生们看到这个磁场模型时，就会在头脑中印象深刻，以后一想到磁场就会头脑中立刻跳出这个模型。

4、建构科学模型一定要让学生进行充分地验证，得出结论之后再进行有效的应用。

学生在初步得出结论时要给予足够的空间让学生进行充分地验证，在验证的过程中可能会发现新的现象，并在解决新问题的过程中，进一步完善自己的猜想，最终发现规律得出结论。并运用这个规律解决更多的实际问题。这不仅是一个主动学习的过程，更是发现学习、创新学习的过程。

5、建构科学模型应当以科学活动为主要形式。

由于科学素养不同于科学知识点，不是一个定义、概念就能代替的。有其活动形式和丰富的内涵。因此，应当在多种形式的科学活动中教授养成建构模型的科学素养。

（1）问题的生活实景——选择恰当的环境背景与相关材料引起讨论。

（2）问题的合理诠释——选择适当的科学形式，重新进行表述。

（3）问题的充分解决——展示科学思想方法形成的心理活动过程，主要通过认知对象或问题解决来进行。

（4）问题的科学模式——形成认知与思维的模式，使科学概念或模式游离于具体材料之外，进而促进学生科学观念（意识）的形成。

6、建构科学模型应当融多种思维方式于一体。

演示——概括的方法，同类比较——抽象的方法，直观思维、形象思维、抽象思维、逻辑思维等都应当在科学教学中不断地出现，使得教学过程经历：直观化——准模型化——模型化的过程。

科学模型化的思想与常见的科学知识教学不同，它应是：具体的生活实景——分析——抽象——科学描述——模型的建立——思想方法的形成——問题解决（或认识形成）——观念（意识）形成——解决更多的实际问题。

四、科学模型建构的基本步骤

用科学模型法解决最重要的就是建立适合问题的科学模型。有以下几个基本步骤：

1、提出问题并用准确的语言加以表述，提出一个好的问题等于是解决了问题的一半，所以提出一个有质量的问题，是一个很重要的前提;

2、通过对这个模型的各种数据进行分析，得出的各种数据做出各种因素的分析，最后作出一个理论假设;

3、通过这些数据和要求，借助各种物品建立一个科学模型，这个模型一般是等比例模型;

4、对科学结论进行分析，若符合要求，可以将科学模型进行一般化和体系化按此解决问题，若不符合，则进一步探讨，修改假设，重建模型，直止符合要求为止;

5、优化。对一个问题的假设和科学模型不断加以修改，进行最优化处理。因为对一个问题或一类问题也可能有几个模型，以对它们要进行比较，直到找到最优模型，在一次次改进和优化中，模型才会越来越客观，学生对于学习的深度会越来越深，记忆也越来越深刻。

科学模型是科学基础知识与科学应用之间的桥梁，建立和处理科学模型的过程，就是将科学理论知识应用于实际问题的过程。并且，建立模型更为重要的是，学生能体会到从实际情景中发展科学，获得再创造科学的绝好机会，在建立模型过程中，形成一个新的科学知识的过程中，学生能更加体会到科学与大自然和社会的天然联系。因此，在小学科学教学中，让学生从现实问题情景中学科学、做科学、用科学应该成为我们的一种共识，只有这样，科学教学中的“问题解决”才有了相应的环境与氛围，所以通过建构模型来帮助学习，能够起到一个事半功倍的有益效果。

参考文献：

[1]张慧敏  借助模型建构概念—以生命科学领域内容教学为例  《湖北教育.科学课》2015（05）

[2]邵发仙，舒刚  小学科学教学中物理建模课型的建构与实施 《教育探索》 2015（09）

[3]喻国凤 图示模型在小学科学教学中的运用  《新课程》2016（01）