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模型是人们为了某种特定目的而对研究对象所做的一种简化的描述，一般借助具体的实物或其他形象化的手段来表达。在小学科学教学中，大到浩瀚宇宙，小到各种微粒，有些科学现象和规律既抽象又复杂，科学研究中通过一定的科学方法，建立一个适当的模型，并通过研究这个模型来揭示客观对象的本质特征及规律，这是一个构建模型的过程，这样的方法就是模型法。
《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出：科学思维是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。
在小学科学探究教学中，通过实物、图像、思维建模等科学方法，搭建“脚手架”，“解”识记与理解、分析与应用、评价与创造等思维之难。正是在这样的建模活动中，学生逐步形成、内化相关的科学概念，亲历活动中的思维过程，并通过自主归纳与整理，使之成为方法和规律的“发现者”。
在课堂教学应用中，教师要站在学生的立场，溯源学生科学学习的思维路径，灵活适切地采用模型法，解“思维”之难。
下列器材构建斜面实物模型，让学生通过设计、实验、论证斜面是否省力。在建构斜面模型实验过程中，获得实验数据，通过调整斜面模型坡度，探究“如何使斜面更省力”进行横向、纵深有层次的数据分析，学生的思维螺旋式进阶发展。
学生的思维基于生活经验，对于“斜面是省力的”，有感性的认知，但无直观、理性的论证。简化外在，还原本质，构建斜面模型，用数据来论证观点，理性思辨，发展逻辑思维能力。
《认识星座》一课中，教师让学生在白纸上画出北斗七星，虽然学生画的七颗恒星位置还不太准确，但基本上能将日常观察到的北斗七星的勺子的形状表示出来。接着，初建模型，教师准备模型——直立在铁架台上的7根长杆，每根秆长度一样，顶端套有可以上下移动的7颗泡沫球，让学生摆出北斗七星在星空中的平面图形。学生空间感从二维向三维转变，发现在一定的位置观察，虽然每组都能看到7个泡沫球呈现勺子状，但每组的摆法都不是完全一样的。有几组是7颗排成一排，有几组的泡沫小球有高低错落。与众不同的摆法让学生的认知冲突就形成了。教师再出示一份七颗星与地球距离的数据资料，让学生再次建模，对原来的模型修改、完善，促进信息的收集和使用。
本案例中，学生从一开始二维、平面的思维，进过建模，发展为三维、立体的，拓宽了学生的空间思维，而且认识事物的思维也更全面。在建模之前学生对北斗七星的认知停留在形状——勺子，但建模之后还知道了距离、位置、不同角度观察的结果，同时模型与实际数据的对比，增加感受，感知建模的优势，很方便，直观有效。
学生肺也有一定的了解，但对于肺是如何工作，实现吸气和呼气，学生并没有深刻的感知，学生无法体会动态变化的过程。但真实的材料又难以获得，因此，在课堂上，教师引导学生用生活中易得的材料——气球来建构呼吸模型，寻找让气球一鼓一瘪的方法，动态模拟呼吸的过程，趣化建模，激发学生的学习兴趣。
小学生的思维发展依赖于直观、形象的事物，气球变大变小的过程恰好与肺的动态变化相似，通过建模，演绎推理事物的动态变化，验证科学原理，复现科学现象。
8.png(1643.55 K)2023/3/12 22:35:49
《太阳系大家庭》一课中，聚焦环节，让学生画一画自己所认识的太阳系，学生基于原有的认知构建概念，用建模的方法暴露学生关于太阳系的初始认知（图3），学生能画出太阳系的八大行星，且对于八大行星的相对位置及行星的一些特征也有了解，但对于八大行星的大小没有相对准确的认知，太阳系的其他成员也并没有体现。因此，在教学中，教师可以抓住太阳系中的其他成员进行深入，对这些天体的位置关系进行深化。
在四年级上册《呼吸与消化》单元，本单元中建构了实物模型——呼吸模型、牙齿模型、消化模型等，帮助学生认识人体内部的结构，将抽象的内容形象化，基于大单元教学，人体是动态变化的发展个体，因此，将呼吸系统、消化系统做成相应的动画，一方面调动学生的兴趣，另一方面也从不同的视角来构建科学概念，带来不同的认知，扩张思维广度。
基于学生发展水平逐层递进的过程，学生在一次次的模型建构中，不断交流、探讨、质疑，让模型通过不断地修正、完善，一步步逼近真实。将片面的知识不断完善，进阶设计，思维螺旋上升。
有了形象的微观模型，从中内化为思维模型，解释一系列相似的科学现象，实现思维的迁移。如：三年级时，引导学生发现有些物体的形状或大小发生了变化，但构成物体的物质没有改变，就可以利用思维模型来解释，帮助理解。有了这个基础，在学习六年级中《物质的变化》单元，对于滴水成冰、木已成舟的变化属于哪种变化时，有了上述的思维模型，这个难点引刃而解，实现对知识的延续和迁移，形成正确的科学观念。
《生物多样性》单元中，学生通过多年的学习及生活经验，能感悟到地球上生活着种类繁多的生物，所以对于生物的多样性，学生也有自己的认识，但这种认识是片段的、零散的。通过思维导图，加工整理信息，梳理各个概念之间的相互关系，优化知识结构，形成概念体系，对学科核心概念——生命的延续与进化有系统的认识。
新改版的小学科学教材中，对于学生的设计能力和解决问题能力提出了更高的要求。六年级下册《小小工程师》单元，基于项目驱动：在学校操场上建一座塔台，以供足球教练站在塔台上指挥队员训练。在了解其他工程——住房、港珠澳大桥建设的基础上，学生自主设计、制作、测试、评估改进塔台模型，通过合作与交流，测试与评价，在不断建构及改进中发展创新思维，增强解决实际问题的能力。
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郭建军
杨仁光
