小学科学课程中学生模型建构思维培养探析

摘 要：作为科学思维的基石，模型建构的教育价值不容忽视。《义务教育科学课程标准（2022年版）》将模型建构纳入科学思维素养，强调其在小学科学教育中的关键作用。在小学阶段，教师可以通过设计专门的模型建构活动，逐步激发和塑造学生的模型建构思维。基于对模型建构的意义解读，开展相关教学实践，提出在小学科学课程中培养学生模型建构思维的策略。

关键词：小学科学；模型建构；科学思维

作者简介：曹俊（1989—），男，江苏省昆山市花桥中心小学校。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）对科学课程的核心素养进行了全面论述，明确指出模型建构是科学思维的一个重要维度。这一变化体现了在科学教育中培养模型建构能力的必要性和意义。模型在科学界的应用范围非常广泛，其历史演变和现代应用证明了模型在科学探究中的不可替代性。

在教育情境中，模型建构不仅能体现科学的本质，而且是构成科学素养的基石。有理论认为，科学在本质上可以归结为科学建模活动，从观察到推理，从描绘自然现象到预测未知，都涉及科学模型的建构和使用。这一观点强调了模型建构在教育实践中的核心地位。因此，广大小学科学教育工作者应当深入探讨模型建构的内在逻辑，并据此设计和实施教学策略，以促进学生科学知识的习得和科学技能的提升，培养他们的科学素养。

一、在小学科学课程中培养学生模型建构思维的要点

小学阶段的科学模型建构教学是一项多元且立体的教学实践，其主要目标是让学生了解并掌握如何建构科学模型，实现科学思维发展。这一教育过程不仅关注学生对科学概念的掌握，更强调学生在模型建构过程中的思维深化和技能提升。

在实施模型建构教学时，教师需参考新课标，兼顾教学过程和学生学情，通过创设情境、布置任务和提出问题，使学生进行观察、解析、对比、提炼和概括，逐步建立科学模型。此外，模型建构教学应结合实验和模拟等实践活动，对模型进行验证和调整。这一环节可以巩固学生对科学原理的认知，强化他们的实践操作和问题解决能力。此外，小学科学模型建构不应被视为线性的、机械的过程，它应适应学生的认知水平、现有经验和发展阶段，随着不同主题的科学学习进行迭代和循环。如此，学生在各个学习阶段都能展现出独特的发展轨迹，实现个性化成长［1］。

在评估学生的模型建构表现时，可以从两个维度切入：一是他们如何借助模型生成对科学现象的解释和预测；二是他们是否理解模型所反映的科学知识是暂时的、发展的和可调整的。这两个维度虽然观察角度不同，但都揭示了科学模型的多功能性、科学学习的动态性和科学本质的复杂性。教师要遵循新课标精神，建立层次分明的评价体系。例如，一级的学生能选择和运用模型，以语言、图像或文字等形式描述单一的科学现象或对象，能判断模型的准确性，但尚未具备根据反馈信息调整模型的能力；二级的学生能选择、创建和利用模型，结合各种信息和证据来解释、阐明科学现象或事件，对模型进行局部改进；三级的学生可以建构和应用多个模型对相关科学现象进行解释与预测，基于对不同模型的优劣分析来选择和改进模型，使其更符合实际情况；四级的学生能自主建构和运用模型来辅助思考、提出新问题，会主动开展实验、模拟等活动以收集数据，对科学模型进行校正和评价，提升模型的解释和预测效能［2］。像这样的评价体系有利于落实“教学评一体化”，保证教学评价方法与核心素养表现之间的一致性。

二、在小学科学课程中培养学生模型建构思维的策略

在小学科学教学中，模型建构对于培养科学思维和深化科学概念理解具有重要意义。模型建构包括观察、提取、建构、验证、修正和应用等多个步骤，这些步骤相辅相成，共同塑造了科学思维的培养路径。

通过观察太阳的移动路径和物体在阳光下的影子变化，学生可以提炼出太阳位置与方向之间的关系。本文以“太阳的位置与方向”这一课题为例，引入“十字图”坐标模型，描绘太阳在不同时刻的位置和方向。具体教学过程如下。

（一）启发阶段：情境建构，认识科学原型

情境创设能够有效活跃学生的思维。模型建构前期阶段的核心任务是引导学生建立对模型原型的认知，促进其思考与表达。教师可以基于学生的认知水平，精心设计富有启发性的情境，揭示核心概念。例如，引导学生探索一天中不同时间段太阳的所在方位，鼓励学生结合生活经验，总结太阳方位的变化规律。教师可以建立坐标，让学生在坐标上记录太阳方位，加深学生对太阳方位与时间的关系的认识；还可以引入“日出东方落于西”“上北下南，左西右东”等谚语，对太阳在一天中变换的位置及其所对应的方向做具体形象的示范。这些初步的观念理解为后续深入分析太阳运动规律、建构复杂模型提供了必要的认知支撑。通过同伴互动和师生探讨，学生逐步建构了对太阳方位变化的朴素认识，为下一阶段的系统观察和模型建构奠定了基础。

教师需要考虑学生的先备知识和认知发展水平，通过恰当的提问来激发学生的思维。例如，基于学生对太阳方位变化的生活体验，提出“早上太阳在哪个方向升起？”“太阳在哪个方向落山？”等问题，让学生分享自己的观察和理解。这种情境化的探讨有助于学生将抽象概念与实际经验联系起来，增强对所学内容的感知和理解［3］。

（二）建构阶段：细致观察，建构思维模型

在模型建构阶段，学生需要对前期阶段识别的原型进行深度解析，识别其构成要素并揭示它们之间的相互作用。以太阳移动规律为例，教师可以引导学生把握一天中不同时刻太阳的具体位置，通过“十字图”这一工具，将抽象的概念具象化为有意义的模型。在绘制“十字图”时，学生需要精确地标记出东、南、西、北四个方位。接着，依据对太阳位置的观察，标记出清晨和黄昏时太阳的坐标。这个图表不仅是模型的可视化展示，也是学生的初步假设。为了验证假设，学生需要进行太阳轨迹观察，收集数据，以校正和完善他们的模型。这一连串实践不仅深化了学生对太阳位置变化的理解，同时也锻炼了他们的观察能力、数据分析能力和问题解决能力。

在这个过程中，教师需要了解学生的探究情况和思维发展水平，提供适当的引导和支持。例如，当学生在图表绘制中遇到困难时，教师可以提供图表范例。教师还需注重培养学生的数据收集和分析能力，指导学生通过合理的方法和步骤获取有效数据，如根据有规律的时间间隔记录太阳方位，严谨绘制模型图。

在分析数据时，教师可以鼓励学生运用多种表述方式（语言、图像、符号等），促进学生的知识内化。随着观察的不断深入和数据的不断积累，学生对太阳运行规律的认知逐步完善，教师可以适时组织小组讨论和集体分享环节，让学生相互分享、辩论，交流彼此的见解，从而优化模型。在建构阶段，教师还需强调模型的暂时性和待修正性，告诉学生当前的模型只是初步构想，之后还要根据新的信息对模型进行调整和完善。这有助于学生建立开放包容的学习心态，养成勇于批判和不断求证的科学精神。

（三）精修阶段：实验探究，校准初步模型

模型修正阶段的关键在于评估初步建构的模型是否准确地反映了原型的特性。只有当模型与原型的结构和规律一致时，才能确保其有效性；否则，需要重新审视并调整模型。针对“太阳的位置与方向”这一课题，本文设计了两个定向练习，以协助学生检验模型的准确性。

1.观察太阳位置的变动

鉴于学生观察可能缺乏系统性，教师需指导学生先关注日出和日落时的太阳位置，再将其间的太阳位置添加到“十字图”上。这种有序的观察和记录有助于学生更精确地校正模型。在实施这一练习时，教师可采用多种教学策略来启发和引导学生。教师应鼓励学生主动探索和发现，让他们根据前期的初步观察提出新的假设，并亲自制订观察计划。例如，可以要求学生合理安排观察时间，既包括日出和日落等关键时刻，也要考虑到其他时段；还可以指导他们注意不同气候条件下太阳位置的差异等。通过自主探究，学生将更加主动地参与到模型优化的过程中。教师需要为学生创建良好的观察环境，提供必要的工具和条件，例如选择适当的场地，为学生提供方位指示器等记录工具，并告诉他们如何正确使用这些工具，确保数据收集的准确性。

此外，教师还应特别注重观察结果的分享与交流环节。通过集体讨论和比较分析，学生可以发现彼此观察结果的共同点和差异，识别模型中的潜在问题，从而对之前的假设进行修正和完善。

2.使用“十字图”进行方向识别

在这一练习中，教师可以采用案例导向法，为学生创设具有挑战性的情境。例如，描述一个房间的布局，要求学生利用“十字图”进行方向推断。通过这种情境化的练习，学生能够将所学的知识应用到具体场景中。教师还应适时组织小组讨论，引导学生使用图示、符号等多种形式进行表达与探讨，使他们更好地理解方向概念的核心特征，促进学生之间的交流和互动［4］。

（四）实践阶段：生活应用，活用模型解难

这一阶段标志着模型已完成建构和修正，可以用于解决实际问题。在教学实践中，教师可以布置新颖的任务，让学生运用改良后的“十字图”进行方向识别。生活化的任务能够激发学生的求知热情，使他们全情投入解决问题的过程，在实际应用中体验模型建构的精髓。此外，基于真实情境的任务安排有助于提升学生的问题解决能力和实践操作技能水平，为他们未来的成长奠定坚实aacf7a42a398f0a310c052c7017fcdf4的基础。

（五）评价阶段：能力测评，深化模型建构

教师应认真观察和记录学生在模型建构过程中的表现，将其作为过程性评价的参考依据。此外，课堂中记录的详细数据也是课后实践活动和形成性评价的重要支持。

评价学生的模型建构过程，教师可从多个角度切入：一是验证学生绘制的图表是否精确无误；二是确认他们是否在图表中清晰地展示了四个方位及其规则；三是验证模型是否能解决实际定位问题，比如能否依据“十字图”和太阳位置准确判断方向，能否在不同环境中精确定位特定物体。

在课后实践评价中，教师可以采用多种策略：一是让学生根据太阳实时位置更新“十字图”，以考查他们灵活运用模型的能力；二是创设情境，让学生推测特定太阳方向对应的大致时间，从而检验他们信息理解和实践应用的技能水平。

通过多元化的评估方法，教师能够更深入地了解学生的模型建构水平，提供个性化的教学指导。

三、总结

综上所述，在科学思维塑造中，模型建构扮演着重要角色。模型建构可以推动学生投身于科学探索活动，有助于磨砺学生的科学思维能力，并使学生从科学的视角深入剖析事物的基本特征和内在法则。小学科学教师必须充分考虑学生的学习特点与认知发展阶段，使教学符合新课标要求，重点关注学生模型建构思维的发展，促进学生实践技能和科学素养的提升。

［参考文献］

[1]史加祥.新课标背景下小学科学模型建构的教学理解与实践［J］.中小学课堂教学研究，2022（7）：19-22.

[2]胡卫平.在探究实践中培育科学素养：义务教育科学课程标准（2022年版）解读［J］.基础教育课程，2022（10）：39-45.

[3]胡卫平.深入理解科学思维 有效实施课程标准［J］.课程·教材·教法，2022，42（8）：55-60.

[4]刘婷.从小培养科学精神与科学思维：小学科学课程育人价值开发［J］.人民教育，2021（21）：65-67.