模型建构赋能科学教学的实践探索

模型建构是引领学生探索科学本质、培养科学思维的重要抓手。苏教版小学科学教材内容丰富多元，涵盖众多科学领域知识，为模型建构教学提供了肥沃的土壤。模型建构作为一种重要的科学研究方法，能将抽象的科学原理具象化、复杂的科学现象简单化，使学生在观察、思考、实践与创新的过程中逐步深入理解科学概念、掌握科学规律。因此，以模型建构赋能科学教学实践，对提升小学科学教学质量、培养学生的科学精神和创新能力而言意义深远。

一、溯源原型，初窥概念内核

概念理解是科学教学的基石。溯源原型是引领学生探索科学概念的起点，能让学生从熟悉的事物出发，借助问题情境与学习支架，进一步挖掘知识内涵，迈出科学探究的关键一步。

1.创设问题情境，展露学生既有认知

精心营造问题情境是一项极为重要的教学策略。它能够有效激发学生思考，将学生脑海中潜藏的既有认知充分展露出来。以苏教版科学教材六年级上册“物质的变化"单元教学为例，教师可以在课堂伊始展示一系列生活中常见现象的图片，如铁生锈、蜡烛燃烧、水结冰等，然后向学生提问：“同学们，仔细观察这些现象，你们能说说这些物质发生了什么变化吗？它们的变化是一样的吗？"学生会基于自己的观察经验和知识储备，给出各种各样的答案。如有的学生认为铁生锈只是铁的表面变脏了，用布擦一擦就能恢复原样，物质的本质并没有发生改变。这反映出学生对化学变化的本质缺乏深入的理解，仅仅是从表面现象去判断。有的学生认为蜡烛燃烧只是让蜡烛变短了，燃烧产生的蜡油冷却后还能变回原来的样子，所以本质也没有发生变化。学生没有意识到蜡烛燃烧是典型的化学反应，因为蜡烛在燃烧过程中产生了新物质，即二氧化碳和水。这些看似简单甚至有些片面的回答，能够真实地反映出学生对物质变化概念的初始理解，也就是学生的前概念。教师通过创设生动且贴近生活的问题情境，能够精准地把握学生的认知起点，了解他们在思维上存在的误区和偏差。这为后续的教学找到了一把精准的“标尺”，使得教师明白应该从何处着手引导学生突破原有的认知局限。比如针对认为铁生锈能擦回原样的学生，教师后续可安排探究铁生锈条件的实验，引导其观察铁生锈后的成分变化；对于蜡烛燃烧理解有误的学生，可引导其用澄清石灰水检验蜡烛燃烧的产物，从而纠正他们的错误认知，为后续教学的顺利开展锚定正确方向，使教学更具针对性和实效性。

2.搭建学习阶梯，助力学生采集关键证据

为了帮助学生采集到支撑科学概念的关键证据，教师需要搭建合理的学习阶梯，引导学生逐步深人探究科学知识。以苏教版科学教材五年级上册《光的传播》一课教学为例，教师可以设计一个有趣且富有启发性的实验，并提前准备一支激光笔、可以散发烟雾的物质和一个透明水槽等实验材料。在教学中，教师先让学生在充满烟雾的环境中打开激光笔，观察激光的传播路径，此时学生可以清晰地看到光束在烟雾中呈现为一条笔直的光柱，直观地感受到光在气体介质中沿直线传播的规律；再让学生用激光笔照射装满水的透明水槽，学生可以观察到光束在水中同样是沿直线传播的，由此认识到光在液体介质中的直线传播规律。这一精心设计的实验，为学生搭建了一座稳固的学习阶梯，学生通过直观地观察光线在不同介质中的传播路径，能够轻松地获取光沿直线传播的关键证据。教师还可以进一步引导学生拓展思维，鼓励他们尝试通过不同形状的透明物体观察光的传播现象，如三棱镜、玻璃砖等。例如，当光通过三棱镜时，会发生色散现象，这能让学生认识到光的折射以及不同颜色的光的折射程度不同等规律。同时，教师还可以引导学生自主设计一些小实验，如让不同颜色的激光在相同介质中传播，观察不同颜色的光的传播路径是否有差异，以进一步丰富学生对光传播特性的认知，让学生在自主探索中不断深化对科学概念的理解。

二、模拟推演，高效搭建模型

当学生对科学概念有了初步认知后，模拟推演环节便成为他们深入理解科学原理的重要阶段。通过设计环环相扣的问题链引导学生深度思考，以及拆解建模流程让学生的思维可视化，可以助力他们高效构建科学模型、精准掌握科学本质。

1.构筑问题链条，引导学生深度思辨

构筑环环相扣的问题链条，是引导学生深度思考、高效搭建科学模型的有效手段。以苏教版科学教材五年级下册《昼夜交替》一课教学为例，教师在课堂导入环节，向学生提出一个充满趣味性和启发性的问题：“同学们，我们每天都会经历白天和黑夜，那你们有没有想过，为什么会出现这种神奇的现象呢？"这个问题就像一颗投入平静湖面的石子，能够迅速激起学生的好奇心和探究兴趣，引发他们的初步思考。有的学生猜测是因为太阳绕着地球转，有的学生则认为是地球的自转所导致的。在学生发表自己的想法后，教师接着追问：“大家说的都很有道理，那你们知道地球的自转方向是怎样的吗？地球的自转周期对昼夜交替有着怎样的影响呢？”这些问题可以进一步引导学生深人思考地球自转与昼夜交替之间的内在联系，促使学生从更专业、更深人的角度去探究这一科学现象。此时，学生的思维已经被充分调动起来，开始积极查阅资料、相互讨论，尝试寻找答案。他们通过查阅资料了解到地球自转是自西向东转的，自转周期约为24小时，正是因为地球自转产生了昼夜的交替。随后，教师继续抛出一个更具挑战性的问题：“如果地球自转速度发生变化，如变得更快或更慢，昼夜交替又会发生什么改变呢？”通过一系列层层递进、逐步深入的问题，学生在思考过程中不断挖掘地球自转与昼夜交替之间的深层逻辑关系，逐步构建起地球自转与昼夜交替的科学模型。在这个过程中，学生的逻辑思维能力得到了充分的锻炼，他们学会了从现象到本质、从已知到未知的科学思维方法，为今后学习更复杂的科学知识奠定了坚实的基础。

2.拆分建模流程，实现学生思维外显

将建模流程进行细致拆分，能够让学生的思维过程清晰地呈现出来，便于教师进行针对性的指导和帮助。以苏教版科学教材五年级下册《撬重物的窍门》一课教学为例，教师可以按照以下步骤逐步引导学生构建科学模型。首先，教师让学生观察生活中的各种杠杆实例，如跷跷板、剪刀、镊子、羊角锤等，让学生对杠杆有一个初步的感性认识，了解杠杆在生活中的广泛应用。在学生观察的过程中，教师可以适时提问：“同学们，仔细观察这些工具，它们在使用过程中有什么共同点呢？”这样能引导学生初步思考杠杆的特征。学生通过观察会发现，这些工具的共同点是都有一个固定点以及可以绕着固定点转动的部分。其次，教师引导学生用简洁明了的图示来表示杠杆的支点、动力臂和阻力臂，将具体的实物抽象为具有科学内涵的图形符号。在这个过程中，教师要耐心指导学生准确找到杠杆的支点、测量与表示动力臂和阻力臂等，帮助学生实现从具体形象思维到抽象逻辑思维的过渡。比如跷晓板中间的支撑点就是支点，坐晓晓板的孩子对跷晓板的压力作用线到支点的垂直距离就是力臂。最后，教师组织学生开展探究杠杆平衡条件的实验。让学生自主设计实验方案，通过改变动力、动力臂、阻力、阻力臂的大小，记录杠杆平衡时的各项数据，并对数据进行分析和总结。在实验过程中，教师要密切关注学生的操作和思考过程，及时给予指导和鼓励，引导学生通过实验数据总结出杠杆平衡的条件。学生通过多次实验数据对比，能总结出“动力 x 动力臂 Σ=Σ 阻力 × 阻力臂"这一杠杆平衡公式。这样细致拆分建模流程，有助于学生逐步构建起科学、准确的杠杆原理模型，实现思维的可视化与科学化，不断提高科学探究能力和思维水平。

三、模型运用，实现深化迁移

学生构建科学模型后，关键在于如何运用模型实现知识的深化与迁移。教师可以引导学生通过从自我审视到相互评判的评价方式来深化概念认知，从实践活动中提炼方法并迁移应用到新情境中，从而将所学知识转化为解决实际问题的能力，全面提升科学素养。

1.从自我审视到相互评判，深化科学概念认知

引导学生从自我审视过渡到相互评判，是促进学生深化科学概念认知的有效途径。以苏教版科学教材六年级下册《适应生存的本领》一课教学为例，当学生构建生物适应环境模型后，教师可以引导学生先进行自我审视。教师可以提出一系列问题，帮助学生进行自我反思：“同学们，现在请你们仔细审视自己构建的生物适应环境模型，是否全面体现了生物在形态、结构、生理等方面为适应环境所做出的改变呢？有没有遗漏一些重要的适应特征或因素？你们在构建模型的过程中，对哪些概念的理解还不够清楚呢？”通过这些问题引导学生深入思考自己的模型，发现其中存在的不足之处。比如学生在构建沙漠植物适应模型时，可能只关注到叶子形态，而忽略了沙漠植物独特的生理适应，如夜间吸收二氧化碳、白天进行光合作用以减少水分散失等。在学生自我审视后，教师再组织学生相互评判。学生依次展示自己构建的模型，并对同伴的模型进行评价。在评价过程中，学生从不同的角度出发，指出同伴模型的优点和不足之处。如有的学生指出同伴构建的沙漠植物适应模型虽然体现了沙漠植物的叶子退化为刺以减少水分蒸发的特点，但没有突出沙漠植物为了获取更多水分而拥有发达的根系这一重要适应特征；还有的学生评价同伴的极地动物适应模型在保暖结构方面展示得很详细，但忽略了极地动物在行为上的适应策略，如通过群居以减少热量散失等。这种从自我审视到相互评判的过程，使得学生能够从多个角度看待问题，发现自身与他人思维的盲点和闪光点。这不仅有助于学生深化对生物适应性概念的理解，还能培养学生的批判性思维和交流合作能力，使学生对科学概念的认知更加深人、全面。

2.从实践活动到方法提炼，实现知识迁移运用

从实践活动中提炼方法，并将其迁移运用到新的情境中，是实现知识有效迁移的关键环节。以苏教版科学教材四年级下册《热胀冷缩》一课为例，在完成热胀冷缩的实验后，教师要及时引导学生回顾整个实验过程，并顺势提问：“同学们，刚才我们完成了物体热胀冷缩的实验，现在请大家回忆一下，在实验过程中我们是如何观察物体的热胀冷缩现象的呢？用了哪些方法来验证不同物体的热胀冷缩特性呢？”这样能引导学生通过梳理实验步骤和方法，总结出物体热胀冷缩的一般规律。如大多数物体在受热时体积膨胀、遇冷时体积收缩。接着，教师提出与生活实际紧密相关的新问题：“在日常生活中，我们会看到电线杆上的电线在夏天下垂，而在冬天则比较紧绷；在铺设铁轨时，铁轨之间会留有一定的缝隙。大家想一想，这些现象和我们刚刚学到的物体热胀冷缩知识有什么关系呢？在铺设铁轨时，如何运用热胀冷缩知识避免铁轨变形呢？"通过一系列问题使得学生将课堂上学到的知识与实际生活紧密联系起来，促使学生运用所学知识去分析和解决实际问题。这样从实践活动到方法提炼，再到实际应用的引导过程，有助于学生实现知识的迁移，将课堂上学到的科学知识灵活运用到新的情境中，有效提高了学生的科学素养和解决实际问题的能力。

综上所述，以模型建构赋能小学科学教学实践，是提升学生科学核心素养的有效路径。在教学中，教师引导学生借由原型认识科学概念，通过模拟推演构建思维模型，在实践运用中深化知识理解，全方位锻炼了学生的科学探究能力、批判性思维，增强了学生的创新意识，有力推动了学生科学核心素养的发展。

（责编廖婷婷）