模型建构的深度应用

〔摘 要〕 随着教育改革的不断深入，小学科学教学越来越注重培养学生的科学素养、实践能力和创新思维。模型建构作为一种直观、生动的教学方法，被广泛应用于小学科学课堂上，成为连接理论知识与实践操作的重要桥梁。本文旨在探讨模型建构在小学科学教学中的深度应用，分析其对学生学习兴趣、科学思维、实践技能以及合作能力等方面的影响，并提出相应的教学策略建议。

〔关键词〕 小学科学；模型建构；深度应用

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 24 028-030

模型建构是2022年版《义务教育科学课程标准》提出培养学生核心素养之一科学思维的重要组成部分。就小学课程性质而言，义务教育科学课是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。科学本质的学习离不开教师的教授与学生的探究，其中应以学生的探究为主体活动，以培养学生主动探究、合理探究、科学探究的能力。模型建构是科学的关键特征，甚至有研究者认为，观察、描述、解释、预测、推理微观和宏观自然事物、自然现象的实质就是建构和应用科学模型的过程，因此将科学直接定义为科学建模的过程。由此可见，科学教学中模型构建的重要性不容忽视，教师应当在深入掌握其核心意义的基础上，进行有效的教学实践。

一、模型建构的定义

科学模型简化了复杂的自然、科学世界，帮助学生更容易理解并应用知识。它不仅包含宏观和微观两个层面的信息，还具有描述、解释和预测自然现象的多功能性，是科学探究的重要支撑。当下有两种主流观点：第一种认为，模型建构是指学生使用模型来分析和解释现象与数据。通过这种方式，学生能够系统地描绘科学概念，以及事物的结构、关系和过程，从而体现出他们对科学的深刻洞察和理解。第二种认为，科学模型建构旨在通过实践活动，引导学生构建和应用科学模型，从而深入理解科学概念、原理和规律，并在此过程中培养和提升他们的科学建模能力。两种观点都指向认识模型和建构模型两个维度。科学模型的构建和应用是科学教育中不可或缺的一部分，它不仅能帮助学生将抽象的科学概念具体化，还促进了他们对科学知识的深入理解。在第一种观点中，模型建构被视为一种分析工具，学生通过它来解释和理解现象。这种方式强调了模型在帮助学生形成系统科学概念中的作用。而在第二种观点中，模型建构更侧重于实践活动，通过动手操作和应用模型，学生能够更直观地理解科学原理。这种互动性的方法有助于提升学生的科学建模技能。这两种观点都强调了模型在科学探究中的双重角色：既是认识世界的工具，也是建构知识的过程。通过模型的构建和应用，学生不仅能够更好地理解科学概念，还能够培养批判性思维和解决问题的能力，这对于他们未来的学习和生活都是极其宝贵的。

二、模型建构的意义

（一）有助于学生理解抽象概念

小学科学课程中包含了许多抽象的科学概念，如力、能量、生态系统等，这些概念对于小学生来说往往难以直接理解和把握。模型建构则可以通过具体、形象的方式，将这些抽象概念具象化，帮助学生更好地理解和掌握。

（二）培养学生的科学思维能力

模型建构是一个复杂的思维过程，要求学生根据已有的科学知识和观察结果，通过推理、假设、验证等步骤来构建模型。这个过程不仅锻炼了学生的逻辑思维能力和创造性思维能力，还培养了他们的批判性思维能力。学生需要不断质疑自己的假设、调整模型的结构和参数，以达到更加接近真实情况的效果。这种思维方式的训练对于学生未来的学习和生活都具有重要意义。

（三）提升学生的实践能力

模型建构需要学生亲自动手操作和实践，这有助于提升学生的实践能力和动手能力。

（四）促进学生间的合作与交流

模型建构往往不是一个人能够完成的，它需要小组成员之间的密切合作和相互配合。在构建模型的过程中，学生需要共同讨论设计方案、分配任务、协调进度等。这些合作与交流活动不仅增强了学生的团队意识和协作能力，还增进了他们之间的友谊和相互理解。

（五）激发学生的科学兴趣和探究欲望

模型构建，作为一种充满挑战与乐趣的科学实践，能够有效点燃学生对科学的兴趣和探索欲。当学生目睹自己精心制作的模型成功再现真实世界的科学现象时，他们不仅会体验到成就感，还会感到自豪和满足。这种正面的情感反馈是推动学生进一步投身科学学习的强大动力，激励着他们以更饱满的热情去深入挖掘科学的奥秘。通过这一过程，学生的科学探究能力能够得到实质性提升。

三、模型建构的特征

在许多科学教育工作者看来，模型通常是指那些具体、可以触摸的物体。然而，一些研究者对模型的实体特征进行了延伸：他们认为，模型也可以通过概念、数学符号等形式来描述自然界中的现象和对象。在小学科学教学中，模型建构通常包括物质模型（如太阳系模型）、概念模型（如食物链模型）和过程模型（如植物生长过程模型）等类型。现有文献显示科学教育工作者往往喜欢选用物质模型来建构，集中在“地球与宇宙科学领域”这一章节。这表明小学科学教师对模型构建的研究和教学关注不足，对模型构建的理解也不够深入。

（一）可视化教学：促进学生对科学概念的掌握

小学科学教学中涉及大量抽象概念，如物质结构、生态系统等。模型建构能够将抽象的科学概念具象化，使学生能够通过直观观察来理解复杂现象。例如，在讲解“水的循环”时，教师可以指导学生制作水循环模型，通过模拟蒸发和降水等环节，使学生准确地把握水循环的全过程及其相互联系。抑或通过构建太阳系模型，学生可以直观地看到行星的运行轨迹、大小比例等，从而加深对太阳系结构的认识。

（二）探究式学习：培养学生的科学思维

模型构建要求学生基于现有知识提出假设、设计实验并验证这些假设，这一过程锻炼了学生的逻辑、批判性和创造性思维。在模型构建过程中，学生需要不断思考、调整和完善模型，以更准确地反映科学现象的本质。这种思维训练有助于学生形成科学的思维方式和问题解决能力。例如，在讲解《轮轴》一课时，有教师采用从单个物品的原型简图表达，到概括轮轴图示模型，再用实物模型进行解释，最终识别生活原型的教学路径。先从生活中的“转瓶子”游戏开启，用简图画出用力时瓶子不同部位转动的特点。思考生活中类似的装置，利用图形解释工作原理。逐层递进，体现科学思维的进阶。

（三）实践操作：增强学生的动手能力

模型构建需要学生亲自动手操作，这有助于提升他们的实践技能和动手能力。在构建模型时，学生必须选择合适的材料、设计合理的结构、进行精细地加工和组装。这些实践活动不仅让学生体验科学的乐趣，还培养了他们的耐心、细心和责任感。

（四）团队协作：促进学生间的合作与沟通

模型构建通常需要团队合作，为学生提供了合作与沟通的机会。在构建模型的过程中，学生需要共同讨论设计方案、分配任务、协调进度。例如，构建《生态系统》模型一课，在教师详细讲解生态系统的组成要素（如生产者、消费者、分解者等）和它们之间的相互作用关系后，学生分组讨论并设计自己的“生态系统”模型方案，包括确定模型的大小、形状、材料以及各组成要素的表现方式等。这些合作与沟通活动，不仅增强了学生的团队意识和协作能力，还促进了他们之间的友谊和相互理解。此外，通过展示和分享模型成果，学生可以从同伴那里获得新的灵感。

（五）互动体验：激发学生的学习热情

模型构建作为一种具有挑战性和趣味性的科学活动，能够激发学生的学习兴趣和探究欲望。当学生看到自己构建的模型能够模拟真实科学现象时，会感到自豪和满足。这种成就感会进一步激发他们学习科学的热情，促使他们更深入地探索科学的奥秘。

四、模型建构在小学科学教学中的深度应用

模型建构不仅有助于学生理解抽象概念、培养科学思维能力、提升实践能力，还能够促进学生间的合作与交流、激发学生的科学兴趣和探究欲望。因此，小学科学教师应该充分利用模型建构这一教学方法，为学生提供更多实践和探究的机会，让他们在动手动脑的过程中体验到科学的乐趣和魅力。

（一）明确教学目标与任务

在实施模型建构教学之前，教师应明确教学目标和任务，确保模型建构活动能够紧密围绕教学内容展开。同时，教师还需要根据学生的年龄特点和认知水平设计合适的模型类型和难度级别。

（二）提供丰富的材料和工具

为了保障模型建构活动的顺利进行，教师应为学生提供丰富的材料和工具。这些材料和工具应具有一定的安全性和可操作性，以满足学生构建不同类型模型的需求。此外，教师还可以引导学生利用日常生活中的物品进行模型构建，培养学生的创新思维和环保意识。

（三）引导学生参与设计与制作

在模型建构过程中，教师应充分发挥学生的主体作用，引导学生积极参与设计和制作环节。教师可以先向学生介绍相关科学知识和背景信息，然后鼓励学生提出自己的设计方案和想法。在制作过程中，教师应给予学生必要的指导和帮助，确保学生顺利完成模型构建任务。

（四）组织展示与分享活动

完成模型构建后，教师可以组织学生进行展示和分享活动。通过展示和分享自己的模型成果，学生可以相互学习、借鉴和启发。同时，教师还可以邀请其他班级或学校的师生来参观和交流，拓宽学生的视野和交流范围。

（五）注重评价与反思

在模型建构教学过程中，教师应注重对学生学习过程的评价和反思。评价应注重学生的参与度、合作精神、创新能力等方面的表现；反思则应关注教学过程中存在的问题和不足之处，以便及时调整教学策略和方法。

模型建构作为一种直观、生动的教学方法，在小学科学教学中具有广泛的应用前景和深远的教育意义。它不仅能够帮助学生理解抽象的科学概念、培养科学思维能力、提升实践技能，还能够促进学生的合作与交流、激发学习兴趣与探究欲望。然而，在实际应用中，教师还需面对资源限制、时间管理、学生差异和评价难度等挑战。为了充分发挥模型建构的优势，教师需要不断探索和创新教学策略和方法，整合和利用各种资源，关注学生的个体差异和需求，建立多元化的评价体系。未来，随着教育技术的不断发展和教育理念的持续更新，模型建构在小学科学教学中的应用将更加广泛和深入，为学生的全面发展提供更加有力的支持。

参考文献

[1]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

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