模型建构四步法在小学科学教学中的实践研究

模型建构四步法在小学科学教学中的实践研究《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中指出，模型建构是科学思维核心素养的重要组成部分。模型建构有助于学生抓住事物的关键要素，加深对概念、过程和系统的理解，形成系统思维。在小学科学课堂中，有效建构模型，能够提升教师的教学质量，提高学生学习效果。笔者将根据小学生的思维特点，结合教科版小学科学五年级下册“热在水中的传递”一课，阐述在小学科学课堂中概念模型的建构“四步法”策略。一、模型建构的内涵理解胡卫平教授指出，科学思维可分为科学抽象思维、科学形象思维这两种最基本的形式。科学抽象思维的基本形式包括科学概念、科学判断、科学推理。科学抽象思维具体体现为：以科学概念为思维材料，以科学概念、科学判断和科学推理的形式来反映自然界物质的形态、结构、性质、运动规律及物质间的相互作用、达到对科学事物的本质特征和内在联系的认识的过程。模型建构是一种科学思维,新课标中指出，模型建构要求学生能根据研究问题与情境,在一定条件下对客观事物进行抽象和概括,构建易于研究、能从主要方面反映事物本质特征及共同属性的理想模型和概念。通过采用模型建构的教学方式，可以更好地帮助学生提高学生的科学思维能力。模型建构教学是科学思维提升的重要手段，教师需要在分析学生已有经验和模型认知水平的基础上，结合新课标和教材内容，制定合理的教学计划，采用合适的教学方法。二、小学科学模型建构“四步法”赫斯腾斯从问题解决的视角指出，建立一个可靠的、可重新利用的模型，需要经历多个步骤，主要包括：模型选择、模型建构、模型验证、模型分析、模型展开、模型应用、模型再发展或再建构。袁维新则指出，学生建构模型包含四个阶段的循环：（1）激活原有朴素模型中的错误概念（2）对模型中的元素产生不满(产生认知冲突)（3）创建新模型、学生审查和修改该模型的元素，或重建新模型（4）使用新模型。“模型建构过程”据调查研究表明，小学阶段学生的思维正处在具体运算阶段,以形象思维为主。根据这种思维的特点,教师在教学过程中，需充分了解学情，针对科学概念的教学，教师可从模型建构视角出发，引导学生将抽象的概念建构模型，有利于学生理解科学概念，同时有利于学生模型建构能力的培养和模型理解能力的提升。笔者结合小学生思维特点，设计如下“模型建构四步法”，在“热在水中的传递”一教学中，予以实践。具体过程如下图（模型建构“四步法”），即学生先通过概念连结，发现以前概念为基础建构的“错误概念模型”，再通过探究实践发现新的概念模型，进而验证模型，应用模型。具体可以分为发现、建立、验证、应用四个阶段。模型建构“四步法”三、小学科学模型建构“四步法”的教学实践（一）发现阶段：创设情景，明确概念模型1.找准认知起点，明确原有概念模型聚焦环节，教师出示加热金属丝图片，帮助构建前概念模型。学生们认为：热量在金属中的传输是由温度较高的一端到温度较低的另一端。2.激发矛盾冲突，发现新的概念模型教师播放“开水养金鱼”实验视频，提问：视频中你看到什么奇怪的现象？此时学生带着紧张的心情发现：加热烧瓶口的水，热并没有向温度低的下端传递，这与热在金属中的传递方式不同。教师利用学生的好奇心创设情境激发认知冲突，学生进而发现，原有关于热传递的概念模型，并不适用于热在水中的传递，引发了学生对新概念模型的思考。（二）建立阶段：实践探究，建立概念模型1.重视实验设计，实验现象“可视化”清晰的实验过程，有助于学生概念模型的构建。教科书中“热在水中的传递”探究内容共包含两个实验：活动一，加热试管中的清水，猜测热在试管中的传递过程；活动二，向烧杯中加入红墨水，用酒精灯给试管的一侧加热，观察水的流动方向。学生建构模型的过程，需要严谨的实验数据或清晰的实验现象作为证据。但教科书中的实验存在一些不足之处：热水的运动轨迹不够清晰，无法清晰看到热传递的过程。教学过程中，笔者使用了创新材料解决了这一问题，借助感温油墨加热试管中的水、借助高锰酸钾加热烧杯中的水，使学生观察到的实验现象更清晰，从而推测热在水中的传递过程。加热试管中的水2.关注思维历程：科学思维“可视化”在进行上述这两个活动的过程中，学生利用箭头表达热的传递过程和水的流动方向。提供红、蓝两种颜色的箭头，用红笔表示热水，蓝笔表示冷水。从学生最终绘制、贴板贴的过程图中就可以明析思考过程。这样思维可视化的过程，能够帮助学生更直观地生成概念模型。3.抓住关键问题：探究逻辑“清晰化”学生在亲历建模的过程中，通过思考“为什么做实验”、“怎样做实验”、

“解决了什么问题”，使探究逻辑一目了然。①热在水中的传递跟在金属中的传递似乎不一样？②在实验中，你看到感温油墨是怎么变色的？③根据你看到的现象，你认为热在水中是怎么传递的？整堂课，通过提问教师抛出“引线”，学生的讨论“点燃”探究，现象与原有认知的冲突推动着课堂不断地深入。聚焦关键问题，学生们用语言完整地表达自己的思考过程，并在倾听、交流和讨论中不断进行思考、推理、分析、总结，以完善实验方案，让新的概念模型更加清晰，促进学生的科学思维能力的发展。（三）验证阶段：类比分析，验证概念模型1.冷热水实验，修正概念模型冷热水的传递演示实验，是学生类比分析的关键部分。教师用两瓶水，一冷（蓝）一热（红）倒扣在一起进行实验。冷热水的传递当热水在上面的时候，热不会往下传递，但当热水在下面的时候，由于热水轻，冷水重，所以轻的热水会往上升，而重的冷水会往下降，因此热水从下往上传递。此时，学生发现：刚刚建立的概念模型仍旧是错误的，热水并不会向下。此时学生修正“热水向上，冷水向下”概念模型。2.更换容器，验证概念模型假如将试管换成容量更大的烧杯，并且在烧杯底部的一侧加热，那么热的传输方式是否仍然像在试管中一样？学生更换盛热水的容器，借助高锰酸钾辅助观察水流动方向，推测热在水中的传递过程。通过对比试管、烧杯里热在水中的传递方式，学生发现，新生成的概念模型是正确的。加热烧杯中的水（四）应用阶段：学思融合，应用概念模型水是以热对流的方式传递热的，学生将在拓展部分应用新的概念模型解决两个问题，真正做到学思融合。（热对流概念模型）1.应用热对流概念模型，解释“开水养金鱼”实验中“瓶口的水已经沸腾了，小金鱼却没事”的原因。2.应用热对流概念模型，解释暖气使房间热起来的过程。这个问题是检验学生是否会应用新模型的关键问题。在这个具体的生活化情境中，学生将运用知识迁移的方法，通过类比推想空气是怎样传递热量的。学生应用新生成的概念模型解释现象，以语言表达的方式使抽象的思维外显化。既促进了学生科学抽象思维的发展，