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［摘要］受教学内容抽象、教学条件与时间的限制、学生年龄较小等因素影响，小学科学课教学常常变成理论课教学。建立模型是科学教育领域重要的思维方法和教学策略。当教学内容较抽象，学生不能直接探究或观察时，教师可以采用建立模型的方法，从疑模、设模、建模、研模、拓模展开，让学生亲身经历猜想、观察、分析、推理、发现的探究过程，帮助学生逐步建立科学概念。
［关键词］小学科学;科学教学;模型建构;教学方法
地球科学是学生比较难掌握的知识领域之一，是小学科学教学的难点之一。一是该内容涉及面广，未知领域和未解之谜较多，而小学生的知识面较浅，缺乏深入探究和推测的能力，如探讨月球的起源和环形山的形成原因。二是受学习条件、教学环境以及教学时间的限制，教师无法在课堂上让学生进行直接观察和深入探究，如探究月相的变化。三是学生年纪普遍较小，抽象思维和空间想象能力不强，无法理解抽象的事物，如地球的自转以及天体的东升西落。如何帮助学生更好地掌握地球科学知识，并从中感受学习地球科学的乐趣?笔者认为，建构模型是一种重要且有效的学习方法。许多学生认为，模型是一个很抽象的概念。其实，这种认识有失偏颇。模型不只是抽象的，还可以是多样化的，包括实物、物品、图像、图表、演示、模拟、概念等模型，普遍具有形象、可视等特点。模型是科学课上帮助学生认识世界、了解科学原理的重要手段，它不仅可以运用于地球科学领域，而且在物质科学、生命科学等领域都占有很重要的位置。模型可以使抽象的事物具体化，也可以简化复杂的现象，还能为科学地解释和预测某种现象提供依据。科学课程标准中有“要求学生能制作简易模型”和“能选择自己擅长的方式(包括语言、文字、图表、模型等)表述研究过程和结果”等与模型方法相关的要求和表述。当然，为了更好地描述、解释、预测现象，不同的教学内容有与之相适应的教学模型，授课方式也会做出相应的调整，帮助学生更好地认识自然规律。但是，教师更多的是直接利用模型进行讲解或者演示，忽略了让学生亲身经历建模的过程。本文以“我们来‘造’环形山”为例，谈谈在小学科学教学中，教师应该如何让学生体验探究模型、建立模型、解释模型的过程，引导学生进行观察、分析、推理、发现，提升科学学习的思维能力。
一、唤醒———疑模阶段
教师善用身边的资源，联系日常生活与科技前沿，对教材进行活用，创设真实的问题情境，充分激发学生的探究欲望。引导学生提出有建设性的问题并构建一个初始的认知模型，是模型建构的前提。通过聚焦讨论，学生先发现初始的认知模型与原型之间的相似和矛盾之处，然后激发思考，参与到有意义、有价值的建构中。具体操作如下:第一步:导入奇妙之旅。笔者一边放“嫦娥三号”升空声音，一边用亲切的语言说道:“请闭上眼睛，音乐停止的时候请再睁开眼睛。你会惊奇地发现，我们来到了月球上。”然后，笔者呈现月球正面、背面的图片，继续说道:“同学们，你们看看月球的正面和背面，对比一下近看的月球，你们看到的月球表面是怎么样的?”学生异口同声地答道:“坑坑洼洼的。”此环节设计的目的是通过跟随月球探测器一起到达月球表面的情境，让学生由远到近、由整体到局部地观察月球，激发学生对月球表面的探究兴趣。第二步:揭示概念。根据学生的回答，笔者继续引导道:“同学们，你们知道吗，这就是月球上最大的地貌特征———环形山。那你知道环形山为什么叫‘环’吗?”见学生被问住了，笔者先呈现了一个描述环形山特征的示范(近似圆形)，便于学生发现环形山的其他特征。通过详细地描述环形山特点，这不仅降低了学生探究的难度，还为后面“造”环形山的活动做了铺垫。第三步:推测成因。水到渠成时，笔者再适时引导学生推测环形山的成因:“如果要研究月球，结合你看到的现象，你会提出什么问题?如，环形山是怎么形成的?这些圆形的坑是怎么来的?结合环形山的特点，小组讨论推测环形山的成因。在这些成因中，你认为哪一个最有可能?”对环形山成因进行推测，这对学生来说有一定的难度，但教师借助小组讨论和全班讨论，可有效地从环形山原型的认识中引出对环形山成因的探究，增加学生探究成因的可能性。针对环形山的成因，学生通过观察实际环形山的特点，推测出的环形山形成的不同原因。但是，推测的成因是否合理、准确?此时，教师需要引导学生采取特殊的观察和实验方法，即建构模型，验证推测。模型能帮助学生理解情境，将自己的推测通过模型的形式表达出来，提高学生对知识的深层理解，促进学生有意义的学习。
二、发展———设模阶段
建构模型的材料应符合科学事实。学习材料是学生解决科学问题、获得科学知识、提高探究能力的载体，是学生感受科学与生活的联系、体验科学价值的重要资源。笔者考虑到，环形山作为难以再现的自然现象，如何选择适合复原“环形山”的材料是本课的关键。材料的严密性、形象直观、方便可取，不仅能帮助学生感性认识环形山，还能帮助他们进行合理有依据的假设，开发他们的思维潜能，丰富他们的科学学习经历。此外，在模型建构的过程中，教师还应加强学生的规范化操作，让建模操作简单、直观易懂。如表1所示，笔者先用面粉制作了一个月球模型，然后引导学生思考:“如果用模拟实验的方法来证明陨石撞击产生了环形山，你打算怎么做?”学生争相回答道:“用石头模拟陨石，砸向‘月球’。”随后，笔者又启发学生思考:“同一石头吗?同样大小吗?同一方向吗?砸了之后，怎么取出这些石头呢?”学生盯着“月球”，积极思考解决办法，说道:“用镊子取。”结合与学生的互动情节，笔者在黑板上用图记录实验方法。教师板书简图，可以有效提醒学生实验操作中应注意什么，从而能较好地避免实验的失误以及增加探究的难度。恰当的图示不仅能帮助学生理清概念，而且能帮助学生进行比较和分析，确定建模方向，找到解决问题的方法。
三、探究———建模阶段
在日常教学中，教师认为使用现成的模型非常方便，引导学生构建模型比较麻烦。所以，教师常把课堂教学变成理论教学，忽略了如何引导学生对自然现象进行观察，及如何通过建立模型实验开展教学。理解地球科学领域的内容需要较强的空间想象能力，当学生对模型缺乏深入了解，无法发挥空间想象能力时，教师如何讲解都达不到预定的效果。探究构建知识结构的方法是小学科学较为有效的教学方法，而科学建模的过程是科学探究活动的有效教学模式。学生只有主动建构这些概念模型，而非被动地接受这些概念的文字定义，才能真正地理解和运用这些概念。如图3所示，笔者设计层层递进的学习单，能帮助学生在建模过程中分解复杂问题，有效化解问题的难度。学生容易从表面的相似性切入，建构他们能理解的模型。教师开展造“环形山”的活动，重点不是让学生非造出“环形山”不可，而是让学生在造“山”的过程中思考环形山形成的可能原因，能有所思、有所悟，并做出有根据的推测。此外，学生能认识到提出假说、建立模型是科学探究的一种形式和方法。这也是本次活动的目的之一。
四、修正———研模阶段
建模是一个循序渐进、不断修正的过程。因此，教师不必急于让学生知道正确的结果，也不要随意否定学生的猜想，而是尊重学生的猜想，然后指导学生学会搜集证据证明自己的猜想。对学生提出的看法，教师可以让学生用自己擅长的形式表达出来，建一个初步的模型，然后通过进一步的讨论和研究修正模型。师:哪个小组上来介绍介绍，你们是用什么方法造出“环形山”的，造出了什么特征的“环形山”?学生预设:用不同大小的石头和球砸出来的，砸出大小不一的环形山。师:与真实的环形山一样吗?生:不一样。真实的环形山几乎都是圆形的，我们用不规则的石块砸出来的“环形山”不是圆形的。师:是的!而且月球上没有大气层，大家思考一下，陨石撞击月球后去了哪里?理论上，大环形山受陨石撞击应该比较密集，可为什么有些大环形山很浅?环形山一定是陨石撞击形成的吗?你还有什么疑问或想法?本课的难点是寻找证据，证明环形山的成因，通过与原型对比，学会用证据分析和解释原型的建构，合理推测环形山的成因。该阶段的学生的想象力非常丰富，因此，教师可以把科学思维的形成和发展当作科学课堂教学的追求方向，鼓励学生用眼睛观察、用大脑思考，引导他们用证据分析、验证自己的猜想。
五、深化———拓模阶段
科学模型的推测和建立并不是本课的最初目标，小学科学的学习要求也不是单纯地掌握科学概念，而是通过模型的建立形成尊重客观事实、尊重自然和生命、尊重不同意见的科学态度。对于环形山的成因，科学家也有争议，目前存在两种假说，一是陨石撞击说，一是火山喷发说。对此，教师可以让学生阅读文本资料，说一说自己支持哪种假说以及支持这种假说的证据，或是让学生收集更多的资料和证据，证明或者推翻相应的猜测。通过阅读资料，学生明白不管是什么假说，都是根据一些证据进行的科学推测，然后能以严谨的科学态度和客观的科学方法推测和验证环形山的成因。总而言之，建立模型是科学教育领域重要的思维方法和教学策略，当教学内容较抽象，学生不能直接探究或观察时，教师可以采用建立模型的方法，让学生亲身经历猜想、观察、分析、推理、发现的探究过程，帮助学生逐步建立科学概念。虽然有限的教学环境对培养学生搜集资料、处理资料、解决问题的能力有一定的限制，但教师可以利用信息化时代的技术，扩充课堂信息容量，根据学生的发展水平，让学生参与适当复杂、抽象和精准的建模活动，不失时机地培养学生的科学精神、科学态度等。
参考文献:
［1］教育部基础教育司．科学(3—6年级)课程标准解读(实验稿)［M］．武汉:湖北教育出版社，1992:23．
［2］何美，裴新宁．科学教学中的建模活动:若干概念与研究主题［J］．全球教育展望，2009(259):82－86．
［3］赵萍萍，刘恩山．科学教育中模型定义及其分类研究述评［J］．教育学报，2015(1):46－53．
作者:钱星星 单位:杭州市萧山区瓜沥镇航坞路任伯年小学
