通过模型制作提高学生思维能力

严漩

小学阶段的学生由于身心发展尚未成熟，问题解决、分析比较、批判思维和创造性思维能力有所欠缺。教师借助模型制作，以简笔画、示意图、概念图、物理模型、数字化软件模型等多种手段能够将学生看不见的思维过程、无法言说的思考方法和思考路径清晰地呈现出来，从而提高学生的科学思维能力和科学素养。

一、模型制作：使学生思维清晰

小学科学教育要从学生终身发展的角度出发。实践与思维都是小学科学教育的核心，只有两者结合才能真正培养学生的科学素养。而在现实中，小学科学教学往往只注重科学探究的实践性，而忽视了学生科学思维能力的培养。小学阶段的学生科学思维具有隐藏性、模糊性、碎片化特征，学习时难以有序、精准、科学地表达自己的思维观点，师生之间难以进行有效的思维碰撞，既影响了学生科学思维的发展，也影响了教师教学的施展。模型制作是思维表现的一种基本形式，模型制作就是将学生科学思维以可见、清晰、直观的方式进行外化、呈现。模型制作利用简笔画、搭建物理模型、示意图、概念图、数字化软件模型等多种形式来呈现学生的思考、概念、知识等，把隐性思维显性化、可视化，是有助于学生思考、表达、理解、交流的一种有效学习方法。

思维是一切有目的的活动的灵魂，学生借助模型制作，能把大脑中的思维“造”出来，从而促进自身科学思维能力的养成，不断提升科学素养。

二、创意表达：让模型制作搭建学生思维成长之桥

在科学教学活动中，教师可以借助有效的模型制作手段，创设教学情境，优化教学方式，让学生在自主状态下进行科学探究，使学生呈现出真实完整的科学探究路径和思维过程，了解学生的科学认知特点及思维发展状况，促进学生对科学的深度学习与知识建构。

（一）图画模型——把握思维发展方向

由于小学生的思维处于隐形、模糊、抽象的状态，难以用语言精确表达自身经验，因此，采用图示方式，将学生对问题的思考、质疑、交流过程清晰、具体地表现出来，教师就能及时把握学生表现出的已有概念，进而有效地引发学生思考，把控教学节奏。如，在教学《食物的消化》时，教师希望了解学生对食物在人体消化器官中经过的基本情况，借助图画模型的制作（见图1～4），让学生清晰地表达出自己已有知识经验。随后，通过师生之间、生生之间的探究、交流、表达，学生意识到，人体构造其实是一樣的，人体消化食物的过程是基本相似的。教师借助学生各异的图画模型引起认知冲突，调动学生探究的兴趣，让他们想办法找到正确的答案。在交流的过程中，学生进行思维与认知的调整，确定正确的食物“旅行”图。借助图画模型，引导学生经历了看、想、反思、校正等一系列思维活动，在新信息与旧经验的碰撞过程中，建构起对消化系统和消化过程的认识。

（二）数字化模型制作——思维知识与情境联结

传感器实验器材在科学探究实验中的应用，可以将一些知识性、抽象性、概念性的实验转化为安全状态下的真实模拟实验，让学生能够进行可视的、现实的探究。

如五年级科学课中《简单电路》拓展课《家庭电路》，教学目标是让学生通过传统实验器材了解电路的构造及电路基本原理。在本课的探究实验中，采用电池直流电即1.5V电压供电方式进行探究实验，而在学生的生活学习应用中，接触更多的是交流电即220V电压供电下的电器，而交流电电路的学习对于小学甚至中学阶段的科学探究来说，很难完成。采用传感器实验装置中的模拟实验，学生通过在模拟器中搭建家庭电路，能对不同用电量的电器如何正确接入电路、家庭电路中电器的保护及可能产生的危害进行真实模拟。在传感器模拟器中，学生首先搭建火线、零线、地线组成的完整家庭电路主线路，将一个接线板接入家庭电路，随后将诸如平板电脑、电扇、电视机、空调、吹风机等多个电器连接在接线板上，传感器模拟的家庭电路随之发生过载，电器爆炸，发生火灾，导致人员伤亡。这个探究过程与真实情境相同，学生既了解了家庭电路的组成，又在安全状态下体验家庭电路发生的危险。这样的实验方式，能够加深学生对抽象科学知识的理解，完善基础科学知识的提升。

使用传感器真实模拟情境发现科学基础知识背后衍生科学道理，使学生不仅关注传统实验室方式下掌握的基础性科学知识，而且更加注重知识延伸背后的科学应用，加深了学生的理解，促进了学生思维能力的发展。

（三）实物模型制作——思维回溯科学认知再重构

思维是有痕迹的，思维的方法、路径在重要的环节中是有表征的。但是这些表征容易被忽视，师生更多关注的是问题的结果，忽视思维的过程。我们在科学教学的过程中，需要有意识地引导学生回望探究来时路，把思维过程本身当作一个反思的载体，进行有意识的反刍重构。

在学生尝试解决一个探究问题之后，教师要引导学生在结论和过程之间，进行思维回溯，刚才的问题，我们是怎么猜想的，如何验证的？类似的问题能否用同样的方式解决？思维回溯作为反思性思维，在“问题”和“答案”之间架起一座桥梁，让学生能看清楚自己解决问题的思维方法和路径。如在《食物的消化》一课中，基于已有的消化知识，创设如下情境：如果人倒立时，吃进去的食物会从身体里面漏出来吗？食物究竟是怎样到达身体里的？我们选取了一系列物体：用漏斗替代口腔，用软塑料管替代食管，用其他材料来模拟搭建人体消化模型。学生搭建了形象、具体、可触摸的消化模型之后，就能在有限的条件下更真实地观察人体这个暗盒（见图5）。

学生在已有经验知识及模型制作的基础上认为，当我们人倒立时食物会从体内漏出来，但这与真实情况出现冲突，人在倒立时食物不会漏出来，学生已有思维与真实情况发生冲突，情不自禁地在组内展开讨论，了解真实情况。随后学生通过对消化模型的搭建、改进、完善、学习，在教师引导下了解到，人体消化系统存在多个类似单通道的结构，使吃进去的食物只能向胃部蠕动。

在完善消化道模型搭建的过程中，学生经历了观察、构思、反思、改进、重构、完善等一系列持续的、系统的思维活动，在新概念与旧经验的冲突中，既学到了“解暗箱”的方法，又建构起对消化系统过程的完整认知。

三、模型制作：促学生思维成长

（一）挖掘思维深度：指向概念的建构与内化

借助模型制作，促进学生科学思维从浅层思维走向高阶思维，学生能够完成在较高认知水平层面上的心智活动。学生通过模型制作中的图示、图画、图表等方式，表达自己前概念，经历看、想、反思、校正等一系列思维活动以及探究实验中对实验数据的分析、比较、综合、推理、概括过程，能够经历新知识与旧经验的碰撞。

有深度的思维学习，应该能引导学生迁移利用，内化模型制作方式。课堂上，可以借助模型制作寻找探究突破点，激发展开大胆想象、表征前概念;也可以借助模型制作，指导完成实验数据的处理，形成分析、比较、推理的意識;还可以引导学生借助模型制作，把现象与概念、思维与情境、问题与能力有机地关联、链接起来。这时候，学生所呈现出来的高阶思维，实现了科学知识概念的建构与内化。从思维可视化，到思维形象化，再到概念的建构与内化，在模型制作的驱动下，构成了一个完整的科学探究学习、思维表达的过程。

（二）拓宽思维广度：指向能力的联结与扩展

借助模型制作，能够促进学生的思维突破教材限制，从学一知一、学二知二，到分析、总结、比较，找出学习的规律，做到举一反三，触类旁通。教材构建与内化的科学知识相当于一枚具有思维能力的石子，当它抛向真实生活情境时，既有石子溅起科学知识的大浪花，也能形成模型制作表达思维发展的涟漪。涟漪要能向全方位展开，表现为学生思维、认知、能力借助模型制作上的数字化模拟、物理实物模型的制作改进。学生以新的观点、新的角度、新的方式，进行前所未有的思考，从而产生发现新视野、新知识、新情境，解决新问题的智慧和能力。

（三）提高思维有效性：指向认知反刍与重构

杜威在《我们怎样思考》一书中提出：“反思性思维，是根据信仰或假定的知识背后的依据及可能的推断，来对它进行主动、持续和缜密的思考。”模型制作指向认知的思维反刍，就是一种反思性思维，它在“问题”和“答案”之间架起一座桥梁，让所有走过桥梁的学生，回过头来看清楚这座桥的全貌。因此，反刍的不是问题本身，也不是强化答案，而是解决问题的思维可视化方法路径。这是对思维本身的反思与批判，可以引导学生有意识地进行认知再重构，从“偶然”选择的方法路径，走向“应然”建构的认知图式。模型制作指向认知的思维反刍与重构，是一种看不见的内生增长，仿佛在打开学生的学习内存，从检索储存模式切换到内存更新升级模式。

古希腊智者学派的代表人物普鲁塔戈拉说：“头脑不是一个要被填满的容器，而是一把需要被点燃的火把。”学与教的模型制作策略，是能够实现科学探究有效开展的一种重要途径。小学科学课堂学生科学思维能力的培养是一个漫长的过程，行之有效的模型制作教学策略能更好地促进学生思维品质的不断完善，进一步提高学生的思维能力。在科学教学中，不断挖掘思维深度、拓宽思维广度、提高思维有效性，学生的思维能力就会有质的飞跃，学生的科学素养也会进一步提升。

【本文系南京市教育科学规划第十二期“个人课题”，“以物理模型促进儿童思维可视化的策略研究”的研究成果。课题立项号