科學課如何幫助學生建構模型

1、201牟201學年度第一學期專題培訓課堂教學中如何幫助學生構建模型孝義市教研室王永麗美國國家科學教育標準把模型和科學事實、概念、原理、定 理及理論并列為科學知識的重點，并將構建、修改、分析、評價模型 作為中小學生的基本科學探究能力。我國的科學課程標準中也有“要求學生能制作簡易模型”和“能 選擇自己擅長的方式（語言、文字、圖表、模型等）表述研究過程和 結果”等與模型方法相關的要求表述。蘇教版五年級上冊教材第五單 元第二節(jié)就編排了科學探究的過程與方法一一建立模型的內容。因 此，我們要重視模型方法在小學科學教學中的應用， 在課堂教學中幫 助學生構建模型。一、模型及其作用一提到“模型”，大家可能頭腦中

2、想到的是樓盤模型、飛機模型、 火箭模型、汽車模型、橋梁模型、地球儀模型、三球儀模型、人體模 型、簡單機械模型這些模型是根據相似原理， 把真實實物按比例 大小放大或縮小制成的模型，其狀態(tài)變量和原事物基本相同，可以模 擬客觀事物的某些功能和性質，稱為物理形態(tài)模型也叫實體形態(tài)模 型。除了物理形態(tài)的模型，我們常見的模型還有：圖示模型 植物細胞模型、水的循環(huán)模型、火山結構示意圖、“男 生身高統(tǒng)計圖” “一杯水降溫變化曲線圖”這些模型將發(fā)現的科 學知識以圖示的方式解釋出來，直觀、一目了然，稱為圖示模型。數學模型圓的周長公式、成人后身高計算方法（男孩成人后身 高=（父親身高十母親身高）+ 2X1.08）這些

3、模型運用適當的 數學工具，得到一個數學結構。數學結構可以是數學公式、算法等， 稱為數學模型?？茖W家利用模型來解釋他們的思想和發(fā)現。 模型將我們看不見的 變成能看見的，不能觸摸的變成能夠觸摸的。（教學參考書中寫到：模型解釋了宏觀世界的物體關系、模型解釋了微觀世界的物質形態(tài)、模型將靜態(tài)的形狀動態(tài)化、模型用靜態(tài)結果解釋了不同事物和現象的 動態(tài)關系。）我們課堂中是幫助學生構建模型， 也稱為“思維建?！?，即引導 學生根據自己先前的知識經驗，使用所給與的工具（軟工具和硬工 具），將學習的思維過程、對知識的理解、對知識的內化過程通過模 型表達出來，從而促進學生對知識的深層理解， 還可以激發(fā)學生的創(chuàng) 造思維。

4、【例】蘇教版科學五年級（下冊）第二單元建橋梁1、教師利用橋梁的圖片模型激發(fā)學生的學習興趣的同時，引發(fā) 學生對橋梁的已有認知。學生按照不同標準給橋梁分類的同時， 在頭 腦中初步形成了橋梁的模型。2、教師可以讓學生自主設計橋梁的形狀，將自己組內設計的橋 梁畫下來（思維建模一圖示模型）。然后學生通過模擬搭建橋梁實 物模型、測量、記錄、統(tǒng)計實驗數據的方法，對橋梁的承重力與橋梁 的形狀之間關系的認知逐步深入，在腦中形成各種形狀橋梁的承受力 模型。3、隨著知識的增多、見識的增長，學生頭腦中的橋梁模型會逐 漸豐滿，學生綜合橋梁的承受力、美觀、實用（位置、用途）等各種 因素，在頭腦中形成新的橋梁思想模型，也許

5、未來的一座世界著名橋 梁就誕生了。（思維建模 >圖示模型 > 實物模型）二、模型的構建在模型建構活動中，往往需要進行觀察或實驗，需要運用已有知 識進行假設、模擬，需要將頭腦中抽象的概念具體化、形象化。教師 應鼓勵學生用語言、畫圖或數學等方式表達自己的思想， 勾勒出學生 對整個現象的思想模型和整體認識。 這些思想模型可暴露出他們存有 的各種模糊的、錯誤的觀念，也可暴露出他們頭腦中根本性的認識局 限。隨著學生的探究活動，這些思想模型在它們頭腦中會逐步內化， 形成認知模型?！景咐?】蘇教版科學四年級（上冊）第二單元熱的傳遞 中熱在固體中傳遞方式的模型構建過程： 書中對于傳導的概念作出這

6、樣的表述：熱在固體中，從溫度高的地方傳到溫度低的地方，這種傳 熱的方式稱為“傳導”。如果只讓學生記住這一概念，只需幾分鐘就 可以了。當我們以后在提到傳導的時候，學生會盡力去在頭腦中搜索 這一概念的文字表述，而對這一概念的理解是模糊的。教學中，我們 在學生參與探究活動時，不僅讓學生觀察實驗現象，思考為什么會有 這樣的現象，更重要的是引導學生畫出熱傳遞的路線，在這一過程中， 看上去是把傳遞過程畫在黑板上， 實際上同時也畫在了頭腦中，在學 生腦中形成了具體的表象，學生將抽象的概念轉化為圖示模型， 幫助 學生清晰地認識到熱在固體中傳遞的方式一一傳導，獲得認知水平上 的提升。當我們提到傳導的時候，學生頭

7、腦中會自然地出現對傳導的 認知圖式（形成的圖示模型），仿佛看到了熱從溫度高的地方傳到了 溫度低的地方，將頭腦中抽象的概念具體化、形象化。類似案例：五年級上冊簡單電路我們讓學生用材料連接電路 的同時，要幫助學生畫出電流從電池（電源）出發(fā)，在電路中流動， 經過燈泡，又回到電池（電源）形成回路的過程，在頭腦中建立形成 電流通路的圖示模型。學生連接一個簡單電路時，不僅會連接電路， 而且清楚地知道在這個電路中電的流動路線。 此時，我們將小燈泡換 成其他電器，學生也容易理解了。建立這一模型，有助于學生理解導 體和絕緣體探測暗盒里的電路。四年級上冊熱空氣和冷空氣聲音的產生，五年級下冊大 腦，六年級下冊有趣的

8、食物鏈各種各樣的能量等。案例探討（聲音的產生）：出示任務（本課要幫助學生建立什 么模型，你計劃如何幫助學生建立模型？） 一分組，確定組長 f 小組討論交流 一小組選代表發(fā)言 一發(fā)言?！景咐?】蘇教版科學四年級（下冊）第二單元冷熱與溫 度中一杯熱水溫度變化模型構建過程：如果我們將一杯熱水溫度變 化的規(guī)律（先快后慢）概括出來教給學生，學生雖然知道了，但理解 不深刻，當我們的問法改變時學生無從下手。教學中，我們引導學生 在親身參與探究活動的過程中，測量、記錄熱水降溫變化（形成數學 模型），在此基礎上，繪制水溫變化曲線圖，根據繪制的曲線圖學生 不僅容易發(fā)現水溫變化的規(guī)律，而且從曲線圖縱坐標很容易發(fā)現水

9、溫 處于哪個階段時變化快，哪個階段時變化慢，從而發(fā)現這樣變化的原 因。這時候，學生頭腦中已經將抽象的一杯熱水變涼過程中的水溫變 化的規(guī)律轉化為數學模型，進而轉化為圖示模型。當我們提到熱水變 涼過程中的水溫變化的規(guī)律時，在學生頭腦中出現的不是我們讓學生 記錄在書上的總結性語言，而是出現在學生頭腦中形成的水溫變化曲 線圖。類似案例：1、五年級（上冊）第二單元光的行進。光在空氣 或水中是沿直線行進的這一光傳播的規(guī)律學生能記住， 但理解并不深 刻。學生通過觀察實物圖片、動手實驗，得出光在空氣或水中是沿直 線行進的這一規(guī)律，并在頭腦中形成模型。2、五年級（上冊）第四單元測量呼吸和心跳。運動前后人的 呼吸

10、和心跳變化這一規(guī)律，我們同樣是要組織學生測量、記錄運動前、 運動時、運動后人的呼吸和心跳的次數（數學模型），引導學生繪制 成柱形統(tǒng)計圖（圖示模型），從而發(fā)現運動前后人的呼吸和心跳變化 的規(guī)律。止匕時，運動前后人的呼吸和心跳變化的規(guī)律這一模型已經深 深地印在學生的頭腦中。五年級上冊太陽和影子看月亮，五年級下冊怎樣移動重 物等。案例探討（怎樣移動重物）：出示任務（本課要幫助學生建立 什么模型，你計劃如何幫助學生建立模型？）小組討論交流 小組選代表發(fā)言 發(fā)言?！景咐?1蘇教版科學六年級（上冊）第二單元火山和地 震中火山模型的構建過程：火山的成因、火山噴發(fā)離學生的生活較 遠，如果只是讓學生按照教材安排

11、做火山噴發(fā)的模擬實驗，學生并不能真正理解火山的成因。教學中我們就應該通過引導逐步幫助學生建 立火山成因的模型。通過觀看火山噴發(fā)的新聞片段，根據火山噴發(fā)時 所呈現的外部現象：濃煙冒出、石塊飛出和紅色巖漿噴出、周圍溫度 很高等，來推斷火山內部的成因：高溫高壓。然后假設巖漿在高溫高 壓的作用下會沿著地殼的薄弱地帶噴出來。在推斷與假設的過程中， 學生頭腦中初步想象、勾勒火山形成的過程，把腦中虛擬的火山形成 過程，與生活中的某些材料進行類比，用語言把模擬虛擬火山形成過 程的實驗操作方法描述出來，就是制定探究方案，也就是建模（虛擬 表象）。學生勾勒的過程（建模過程）中把隱含條件也明晰了。然后 再組織學生進

12、行火山噴發(fā)的模擬實驗，就可以深化學生對火山成因、 火山噴發(fā)的理解。類似案例：1、六年級（上冊）第二單元地球的內部2、蘇教版科學六年級（上冊）第四單元太陽系大家族的 構建模型活動：太陽系大家族一課，重點活動是讓學生根據八顆 行星距太陽的平均距離及各行星赤道直徑數據表建立太陽系模型。這一活動，不僅可以加深太陽系中的組成天體在學生頭腦中的印象，更重要的是可以培養(yǎng)學生的空間想象力和理解力， 建立有關宇宙空間的 概念。然而在教學中，有些教師不是純粹地引領學生分析太陽系的行 星數據，讓學生理解太陽系，就是脫離數據地建構模型，使學生對太 陽系的認知仍是一知半解。我曾經見過這樣一個案例：教學開始，教師先讓學生

13、談談對太陽系的認識，學生說到了九星連珠、世界末日、 行星大沖撞等“天文事件”。教師不置可否，而是讓學生參考數據表， 用橡皮泥捏捏八顆行星，擺一擺八顆行星，來認識了解太陽系。學生小組間互相評價模型后，提出了行星大小和距離的問題。教 師給出了縮小20億倍后的行星距離、直徑的數據表和塑料行星球模 型，讓學生再次進行模型建構。學生在建構過程中提出需要再次縮小 數據。教師給出縮小500億倍的數據，學生發(fā)現在校園內根本無法按 比例縮小來建構太陽系模型。教師在學生由此認識的基礎上，讓學生談談對太陽系有什么新的 認識。學生說到了太陽系的范圍很廣大、行星間的大小差異很大。教 師進一步引導學生到操場上擺一擺塑料模

14、型球，再看一看太陽系，看有什么新的發(fā)現。學生通過找、擺、看后，在進一步的交流中體會到 了太陽系中行星的渺小，行星間的距離不均等，對九星連珠、世界末 日、行星大沖撞等“天文事件”提出了自己新的看法。這樣教學，體現了教師主導下的建模，以學生的已知概念為出發(fā) 點，引導學生以數據為基準，有效地指導學生處理數據，根據處理后 的數據建立太陽系的空間模型。學生模擬建造太陽系模型經歷了三個 階段：階段一，用橡皮泥模擬建造太陽系；階段二，用塑料球模型模 擬建造太陽系；階段三，到操場上模擬建造太陽系。三次建模的過程， 是基于學生三個逐級提升的認識層次展開的。學生在一次次模擬建構 過程中，不斷地交流、探討、模擬，不斷地反思，形成新的認識，修 正自己原有的錯誤認識。學生在建模過程中逐漸對太陽系的真實情 景：八顆行星的大小差異很大，在太陽系中八顆行星十分渺小有了清 晰而深刻的認識。學生有了模型建構下的太陽系的新認識， 也對教材 中的太陽系的新認識，也對教材中的太陽系插圖提出了質疑： 行星