例谈学生模型建构能力的培养

模型建构是一种重要的科学方法，作为核心素养中科学思维的要素之一，其重要性可见一斑。模型建构可将学生难以认知的客观事物的基本事实、原理、规律等化抽象为形象，帮助他们从科学的视角认识事物内在规律、形成科学概念、建立科学规律。

四年级“地球与地表”单元学习中，学生通过一系列探究活动认识地球内部圈层和地壳运动，逐步建构“地球是一个由不同圈层组成的系统”的概念。该单元的有关现象、事物和规律比较抽象，大部分内容不可能在课堂上直接展开研究，需要借助其他事物来学习。《火山喷发》一课通过对火山成因的探究，借助模拟实验让学生了解火山喷发形成的原因，以进一步认识地球内部的物质组成及其运动变化。

四年级的学生对该课内容非常感兴趣，对于火山喷发也有一定的了解，但更多的认知停留在文字、图片和视频上，很少想过火山喷发形成的原因，所以让他们直接推测火山喷发的成因有一定的难度。教师可以将模型思维方法运用到该课教学中，让学生亲历逻辑推理、模型建构、模拟实验等一系列的科学探究活动，并借助语言表达、建立模型、实验记录等，培养他们“基于观察到的现象进行合理推测”的能力及模型建构的能力。

一、析模：原型情境，拆解追因

较准确地描述原型，才能合理地构建模型。该课中，火山喷发现象是原型，要提炼原型的核心要素就要对火山喷发现象进行拆解、追因。

首先，教师对火山喷发现象进行拆解，帮助学生了解火山喷发原型，这是模型建构的基础。课堂中教师通过视频、图片直观形象地展现火山喷发时的情景，引领学生观察火山喷发时有哪些现象发生，让他们对火山喷发的外部表现有更深入的了解。学生通过直观感知，探讨交流，获得事实性知识：火山喷发时有裂缝、有浓烟、有炽热的岩浆等喷涌而出。

师：老师给大家播放火山喷发的视频，请同学们仔细观看：火山喷发时有哪些现象发生？

生：岩浆像沸腾了一样，喷涌而出。

生：浓烟冲向高空。

师：同学们观察得很仔细。岩浆和浓烟是火山喷发的物质，岩浆是什么样的，你能具体从颜色、状态、喷发的地方描述一下吗？

生：红色，好像番茄酱，温度应该很高。

生：像粥一样从火山口和裂缝中喷出。

师：火山喷发时有滚滚浓烟，浓烟里又有什么呢？

生：就像打开摇晃过的碳酸饮料一样，我觉得应该有气体。

（学生汇报后，教师出示有关岩浆、浓烟的图片和文字资料让学生阅读学习。）

然后，教师引导学生对火山喷发出现的现象进行追因，由表及里地将火山喷发能观察到的现象和地球内部联系起来，根据火山喷发的现象有根据地推测：炽热的岩浆——温度高，喷涌而出——压力大，裂缝——地壳有薄弱处。

师：根据刚才的观察、学习，你觉得地球内部是什么状态？

生：岩浆温度很高，说明地球内部的温度非常高。

生：岩浆喷涌而出，我觉得像高压锅一样，压力应该很大。

师：火山喷发是不是在任何地方都能发生呢？

生：不是。

师：（出示对比图片）你认为火山喷发更容易在哪里发生？

生：有裂缝的地方，那里地壳应该比较薄弱。

最后，教师引导学生推测火山喷发的成因：根据观察到的现象和刚才的交流，你能推测火山喷发的成因吗？此时，学生的推测是符合逻辑的，这培养了他们分析问题的全面性和推理的严密性，为后面建立模型奠定基础。

二、建模：搭建桥梁，建立模型

教师要提高火山喷发模型与真实火山喷发的相似度，以增强模拟实验的可信度，就要引导学生理解选取模型的材料和实验条件要与原型有相似之处，让他们在模型和原型之间建立对应关系，这个环节有助于提升他们的模型建构能力。

师：如果想研究火山喷发，你觉得需要什么实验材料？为什么选择这些材料？它们分别模拟的是什么？先自己思考，再组内交流。

生：我们组觉得需要酒精灯、番茄酱。因为点燃的酒精灯温度很高，可以模拟地球内部；番茄酱很黏稠，颜色也像岩浆，可以模拟岩浆。

生：我觉得可以用铁架子，如用三脚架来模拟火山。

师：为什么选择三脚架模拟火山？

生：因为三脚架的样子很像火山。

师：其他组的想法呢？有没有不同意见？

生：我们觉得三脚架不行，因为地壳不是铁的，我们组觉得可以用陶泥来模拟地壳。

生：我们也觉得三脚架不行，可以用山药泥和土豆泥来模拟地壳，但土豆泥从颜色上看好像更合适。

师：同学们提出了不同的想法，根据交流，你们觉得用哪些材料比较合适？

（引导学生分析、选取合适的模拟材料。）

师：具体怎么利用这些材料模拟火山喷发呢？先自己思考，再小组交流。

生：把陶泥做成小山的形状，然后把它放到锡纸碗中。用注射器将番茄酱注入小山通道内，观察实验现象。

生：把番茄酱包在土豆泥中，放在盘子里，然后用酒精灯加热，看看会发生什么现象。

（教师根据学生汇报归纳总结实验方案。）

建立模型需要展开丰富的想象。在前面分析模型的基础上，学生发挥想象力、判断力、创造力来建构模型。学生选取的材料是否合适，实验方法是否合理，这需要教师引导他们分析，在火山喷发模型和原型之间建立对应关系，选出合适的材料建构模型：酒精灯加热模拟地球内部高温状态，番茄酱模拟地球内部的岩浆，陶泥（土豆泥）模拟地球构造中的地壳。

三、用模：模拟实验，建构概念

特级教师喻伯军认为，建立模型和模拟实验是模型思维的重要环节。通过模拟实验再现得到相关现象及其变化，并发现其中规律，就是有效运用模型思维方法的成果。

建立模型后，学生对模型进行验证，通过火山喷发模拟实验收集信息，把观察记录的资料进行归纳总结。交流时，教师引导学生将火山喷发实验现象与自然现象建立联系，将模拟实验的结果对应到火山喷发原型上，最终对火山喷发的成因形成全面的认识。

师：哪个小组想和大家分享一下，模拟实验中你们观察到了什么现象？

生：加热酒精灯后，番茄酱从土豆泥较薄的地方喷发出来。

生：我们发现，加热后密封在陶泥内部的番茄酱冒着热气从“地壳”裂缝处喷涌而出。

师：想想前面设计方案时这些实验材料模拟的是什么，你能尝试着说一说自然界中火山喷发的成因吗？

生：在温度很高、压力很大的情况下，岩浆从地壳薄弱处喷涌而出，形成火山喷发。

生：地球内部温度高、压力大，内部的岩浆不断上涌，最后从薄弱的火山口喷涌而出。

（教师播放视频资料介绍地壳运动并进行总结，再播放印度尼西亚火山喷发视频，让学生再次解释火山喷发成因。）

教学过程中，教师可通过实验记录单引导学生关注现象的描述与记录，并注重实验后的交流，在师生、生生互动中，让他们进行深入思考和分析，以建构概念、获得科学解释，在用模的过程中对“逻辑+实证”的科学本质形成更深刻的理解。

模型建构是小学科学教学中培养学生科学思维的重点，教师应该注重学生模型建构能力的培养，以加深他们对核心概念的理解，提升他们的科学思维水平，培养其创新能力，促进其核心素养的提升。

（作者单位：山东省淄博市周村区东门路小学）