开展问题驱动式教学培养学生模型建构思维能力

◇刘 雪（北京：中国人民大学附属小学）

本文以问题驱动教学研究身体的运动过程，通过提取课程知识点，设置阶段性的驱动问题。问题与教学环节紧密衔接，由整体的运动系统到上肢的骨、关节、肌肉，再由上肢骨、关节、肌肉的配合运动演绎至整个身体运动系统的运动过程，借助丰富的科学资源和教学活动培养学生的模型建构思维能力。

一、引言

科学学科核心素养包括科学概念观念与应用，科学思维与创新，科学探究与交流，科学态度与责任。其中，科学思维是科学学科核心素养的核心，所以学科素养强调学生科学思维的发展。其培养途径主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等基本要点。这些科学思维在课堂上均可以借助模型建构潜移默化地渗入学生的思维中，与教学过程相生相伴。本课教学内容属于生命科学领域，模型建构的科学思维方法能够使生物事实直观化、简单化，帮助学生理解和构建概念，也为学生认识事物提供新的思路和方法。

二、问题驱动式教学

有效的提问可以启迪学生思维，在促进学生智力发展和提升记忆力方面起到关键的作用。问题驱动教学法即基于问题的教学方法，是一种以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案的一种学习方法。教师在此过程中的角色是问题的提出者、课程的设计者以及结果的评估者。问题驱动教学法能够提高学生学习的主动性，提高学生在教学过程中的参与程度，容易激起学生的求知欲，活跃其思维。

《身体的运动》这一课以“身体的哪些部位参与了运动？”“上肢的骨、关节和肌肉长什么样？”“上肢的骨、关节与肌肉是怎样配合运动的？”“身体其他部位的骨、关节和肌肉是怎样配合运动的？”等做主要驱动性问题，结合模型建构培养学生的类比、演绎、分析等科学思维能力。

三、问题驱动教学的实践

（一）教学内容分析

教科书引导学生在肢体运动过程中体会骨、关节、肌肉的功能，通过制作模型进一步理解肢体完成运动的过程，培养学生的建模意识和能力。本课重在让学生认识骨、关节、肌肉的协同工作，为学生逐步建立“人体由多个系统组成，各系统分工配合，共同维持生命活动”的概念搭建阶梯，培养学生用系统的、联系的思维方式认识世界。至于骨、关节、肌肉的概念及具体名称，无须学生记忆。

（二）问题驱动式教学法分析

课程分“情境引入”“初步探究”“深入探究”和“拓展应用”四个环节，模型建构贯穿课堂，每个环节有相应的驱动型问题用于培养学生的科学思维。

教学入课环节，创设真实情境，教师带领学生做室内操。继而提出课程第一个驱动性问题：身体的哪些部位参与了运动？本环节的设计意图是由学生熟悉的室内操引入，可以让学生轻松自然地进入课堂，思维很容易聚焦到“身体的运动”，为后面的探究活动奠定了重要基础。

初步探究环节，由全身的运动系统聚焦到上肢的部位。驱动型问题为：上肢的骨、关节、肌肉长什么样？对原型的了解即观察模型是模型建构的基础，本环节的设计意图是让学生通过外部触摸上肢以及观察上肢的内部结构两个活动，清晰上肢内部的结构组成、特点以及连接方式。

在此基础上，提出问题3：上肢的骨、关节和肌肉是怎样配合运动的？结合上一环节，本课采用模型建构的方式发展学生科学思维，原型观察（外部观察与内部观察相结合，静态观察与动态观察相结合）—提出问题—做出假设—模型建构—原型解释—原型应用，让学生一步步了解科学探究的过程，引导学生思维类比与演绎能力发展。

在最后的拓展提升环节，提出问题4：身体其他部位的骨、关节和肌肉是怎么配合运动的？学生做踢腿动作，分析下肢骨、关节边界和肌肉的配合过程，进而认识到全身的运动过程，从局部到整体培养学生的思维演绎能力。

（三）教学过程主要环节

1.创设真实情境，聚焦学生思维

想要激发学生对一节课的好奇心和求知欲，创设真实情境是一个强有力的导入方法。真实情境导入不仅可以缩短学生与教学内容、教师的距离，形成最佳的情绪状态，还能有效地维护学生认知心理平衡、激发学习动机、启迪思维、培养学习能力，使学生真正地成为学习主体，主动获得全面发展。

（1）真实情境入课

基于真实情境的教学指的是创设与学生生活环境、知识背景相关的、有社会现实意义的真实情境，来呈现教学任务。《身体的运动》这一课选用学生熟悉的校园室内操入课，为使教学情境更加真实，由教师带领学生一起参与。活动结束后，师生互相交流运动过后身体有什么感觉，进而提出本课的第一个驱动性问题“身体的哪些部位参与了运动？”本环节真实有效，由熟悉场景入课，学生注意力更容易集中。

（2）学生思维聚焦

跳操过程学生真参与、真体验、真感受，活动与问题循序渐进，紧密衔接，将学生思维逐步聚焦身体的运动。先是让学生真实感受身体运动后的变化，再根据身体的变化说出参与运动的部位，本环节的问题为发散性问题，同样也是对学生的一个前测。学生最直接的感受是运动后呼吸加快，所以很容易说出心脏、血液等身体器官名词。为更大程度地发散学生思维，引发学生思考，在专业教室内放置了许多人体内部结构模型，如消化系统挂图、人体骨骼图、人体呼吸系统模型、人体内脏器官结构模型等。

学生的回答体现出对身体的了解程度，鉴于四年级学生已经学过和知晓消化系统、呼吸系统，教师可简单从学生的回答中提炼出已有旧知，并在此基础上聚焦本课主题，即身体运动的主体为骨、关节、肌肉，并说明骨、关节与肌肉共同组成了人体的运动系统。

2.问题驱动教学，模型建构思维

本环节再一次聚焦学生的目光，由整体的运动系统聚焦到局部的骨、关节、肌肉。运动系统的骨、关节、肌肉分布在身体的各个部位，一节课的时间无法将其研究完全，所以选择人体的上肢部位作为研究对象，让学生通过研究上肢内部骨、关节、肌肉的配合运动来了解全身运动的过程。教师在此处提出本节课第二个驱动性问题：上肢的骨、关节、肌肉分别长什么样？然而无论从现实因素还是教学方面的考虑，课堂都无法直接呈现上肢运动过程中，骨、关节、肌肉的协作运动，所以在这一环节选择适当的材料模拟上肢部位，用所做的上肢模型模拟屈臂运动过程，从而培养学生的模型建构思维。

（1）原型观察

建构模型的首要任务就是充分了解、分析研究对象，即原型。从原型的结构、形态、功能等方面出发，提炼出它的本质特征和重要因素。所以在制作上肢模型之前，本节课选择让学生通过外部感知和内部分析对上肢的骨、关节、肌肉有足够的了解。

由外向内，学生先是隔着皮肤从外部初步感知上肢骨、关节、肌肉的特点。通过生生互动描述出骨具有坚硬、肌肉具有弹性、关节具有灵活等特点。教师继而问出问题：从外部可以感知特点，那么有几块骨、关节、肌肉，它们分别长什么样子呢？这一问题将学生思维由浅显的外部观察引入内部探究。ppt 出示上肢内部结构图，学生观察图片了解上肢骨、关节、肌肉的名称和具体形状以及连接方式，并对照图片再次感知自己的上肢，借助图片向学生介绍上肢。

本环节学生外部感知特点，内部认识具体结构和连接关系。虽然图片与真实上肢是不同的存在形式，但上肢内部结构图片与原型在描述物体方面具有相似性。所以，学生在模型与原型的对比等教学活动中锻炼了自身的思维比较能力和分析能力。

（2）提出问题

学生虽然通过种种观察方法已经对上肢的骨、关节、肌肉有了深入的了解，但运动是骨、关节、肌肉的配合，不是静态的，所以要研究动态的骨、关节、肌肉。因此，本环节通过举哑铃活动，逐步让学生发现本节课的核心问题。

学生充分观察原型后，对上肢的骨、关节、肌肉有了充分的了解。教师深入引导，通过刚才的观察活动，学生已经知道了静态的骨、关节、肌肉长什么样，是怎么连接的。继而提出本节课第二个驱动性问题：身体运动时，骨、关节、肌肉是动起来的，它们是怎么配合完成运动的呢？让学生举起哑铃，感受骨、关节、肌肉运动时的变化，说一说它们是怎样配合完成屈臂运动的。

本环节与上一环节紧密衔接，由静态观察到动态分析，学生带着问题有目的性地去实验探究，更有利于聚焦学生思维，提升学生的专注力。

（3）做出假设

假设是研究者根据经验事实和科学理论对所研究问题的规律或原因做出的一种推测性论断和假定性解释，是在进行研究之前预先设想的、暂定的理论。简单地说，也就是研究问题的暂时答案。学生针对上述问题所做出的假设就是根据外部观察屈臂运动时获得的已有经验事实，并在此基础上做出合理性的假设。

在活动过程中，学生习惯性用右手举起哑铃，左手去感知骨、关节、肌肉的变化，小组观察、集体讨论根据原型的变化做出合理的假设。学生的假设主要有三个方面：骨带动肌肉和关节运动；肌肉带动骨绕关节运动；关节带动肌肉和骨一起运动。三种假设各有不同，主要体现在骨、关节、肌肉驱动顺序方面，但所有的回答都涉及了神经的支配，这说明学生从一个整体的角度思考身体的运动过程。

基于事实基础对问题做出合理性的假设，是学生思维综合能力的体现，对骨、关节、肌肉各个方面、要素以及各阶段进行的有效分析，为该问题的综合假设提供了一定的材料依据，打下了良好的综合基础。

（4）原型验证

模型是根据原型的结构特点制作的，但是根据模型得到的所有解释是否正确，最终还需回归原型进行验证。本环节选用鸡翅作为原型来验证学生的模型解释。

教师拿出真实的去除皮肤的鸡翅，学生描述鸡翅翅根与翅中分别对应人体上肢骨、关节、肌肉的部位。教师捏翅根肌肉部分，学生观察现象并描述：捏动的是鸡翅翅根部位的肌肉，相当于人体上肢的肱二头肌；带着鸡翅翅中的骨绕关节运动，相当于带动人体上肢的桡骨和尺骨绕肘关节运动。最后教师总结：上肢肌肉接收到大脑发出的信号，带动附着的骨绕关节运动，又因为关节的灵活性，使得身体能够做出弯曲等动作。

结合上一环节，本课采用模型建构的方式发展学生思维，原型观察（外部观察与内部观察相结合，静态观察与动态观察相结合）—提出问题—做出假设—模型建构—原型解释。通过模型构建的方式，让学生一步步了解科学探究的过程，引导思维综合能力和推理论证能力的发展。

（5）模型应用

模型应用的过程是将一个类似的结构体系分析、重建，进行同一模型不同表达形式或不同模型间的转换，模型应用有利于加深学生对知识的理解与应用，还可以掌握通过模型构建解决实际问题的科学探究方法。

在学生已经了解上肢运动系统的运动过程后，教师提出本课的第四个驱动性问题：身体的其他部位是怎样配合运动的？做一做踢腿运动，解释一下肢骨、关节、肌肉的配合运动。学生又一次真实体验后，小组讨论说出自己的解释：大腿的肌肉带动小腿的骨绕着关节在运动，并由学生补充道：由此可以推断出，人体运动系统参与的所有运动都是相应的肌肉带着骨绕关节运动。

在这一环节，学生已经了解了上肢屈臂运动的过程，通过踢腿运动感受下肢骨、关节和肌肉的配合运动，从而认识到全身运动的过程，又实现了从局部到整体的思维演绎。

本课采用模型建构的方式发展学生科学思维，原型观察—提出问题—做出假设—原型解释—原型应用，让学生一步步了解科学探究的过程，通过由整体到局部，又由局部到整体的分析过程，引导学生科学思维类比与演绎能力发展。驱动性问题的设置紧密结合学生的思维培养，使学生在学习过程中目标明确，更大程度地促进学生的课堂参与行为和思维发展。更重要的是，驱动性问题的设置不仅使教师上课有条不紊，还能够给学生提供一种轻松活跃的学习气氛。■