谢勇波
萧山区浦阳镇中心小学 311255
在小学科学课中，有些教材内容是我们无法用直接实验的方法来研究的，只能用模拟的措施间接开展实验和研究，这就是模拟实验。由于模拟实验是一种间接的探究手段，在引导学生从前概念到科学概念转化和建构的过程中，存在着如“原型”和“模型”之间的转换、还原等诸多变数，使学生不容易理解。那么在提倡“以生为本”，课堂教学要为学生的科学概念建构服务的今天，又该怎样有效开展模拟实验教学呢？
一、模拟问题情境，暴露学生前概念
在学习新的科学概念之前，学生通过日常的生活和学习，在脑海中已经对自然事物和现象有了一定的理解，这些理解就是前概念。在模拟实验探究活动中，教师要重视创设问题情境，引起学生猜测，充分暴露学生的前概念，使之成为模拟实验教学的起点。例如在《昼夜交替现象》一课中，教师设计了这样一个教学情境：首先请学生观看一组某景点白天和黑夜交替出现照片，然后请学生说说看到了什么？这种是什么现象？（昼夜交替）是怎样产生的呢？请学生对昼夜交替现象做出自己猜测。
在教师设计的问题情境中，学生对观察到的现象进行猜测，激发了学生的探究欲望，暴露了学生的前概念。为教师引导学生开展模拟实验活动，建构科学概念奠定了基础。
二、经历建模活动，建构科学概念
我们可以把将要研究的客体对象称为原型，和原型相对应的实验对象称为模型。在模拟实验活动中，学生要完成从前概念到科学概念的转化，就必须经历从原型到模型，再从模型还原到原型这样一个完整的科学建模过程。
1.认识原型
由于模拟实验具有间接性的特点，所以正确认识原型就显得非常重要，直接关系到模拟探究活动的成败。在开展模拟实验活动之前，学生对原型的认识越深入，在建模过程中对细节的考虑也会越周密。
例如在《日食和月食》一课中，为了让学生对原型有更准确的认识，教师播放了一段日全食视频，请学生说说日食过程中有哪些特点？学生通过观看视频，发现：“太阳被物体挡住了”“挡住太阳的物体在运动”“挡住太阳的物体是不发光、不透明的物体”“挡住太阳的物体是球形或圆形的”“挡住太阳的物体和太阳差不多大”……教师再请学生猜测这个挡住太阳的物体可能是什么？学生猜测该物体是月球，并提出了依据：“月球不发光不透明”“月球看上去是圆形的”“月球是逆时针运动的”“月球看起来和太阳差不多大”……
学生通过对日食视频的观察和讨论，概念逐渐清晰，确定了太阳、月球这两个“原型”，从而使学生在模型材料的选择和模拟实验的操作上有了清晰的方向。
2.建立模型
学生对原型有了充分而准确的认识之后，选择合适的建模材料就变得容易多了。例如在《昼夜交替现象》一课中，教师提问：太阳、地球用什么来模拟呢？学生提出用led发光小球来模拟太阳，因为太阳会发光，发出的光射向四面八方，而发光小球也会发光，也可以射向四面八方。地球则可以用不透明的小球来模拟。
在模型的建立和材料的选择过程中，学生知道了模型中的每种材料相当于原型中的什么部分，明确了实验材料与原型对象之间的一一对应关系，理解了“用什么模拟什么”的原因，他们的科学概念也得到了同步发展。
3.模型操作
教师在指导学生开展模拟实验时，要注意引导学生认识模拟实验的过程，培养学生自主设计模拟实验的能力，并在模型操作、研究的过程中渗透科学概念。
例如在《昼夜交替现象》一课中，教师演示地球模型转动时，大家发现了教师的手把地球挡住了，而且转动也不方便。教师问：“有没有办法解决这个问题呢？”通过讨论，学生想到为地球模型装一个架子或手柄，拿着手柄转动，就不会把地球挡住了（渗透地球绕地轴自转的概念）。教师接着提问：“太阳和地球怎么转有没有要求？”（渗透太阳和地球运动方式的概念）学生研讨后认为：太阳和地球在转动的时候高度要一样，不能一个高一个低。转动的速度要尽量保持平稳，稍微慢一点也是可以的。
还有转动的方向和圈数，至少要绕一圈，不能绕到一半又倒转回来……
又如在模拟“环形山的成因”时，为什么要用不同大小的石块，从不同的高度落下呢？稍加思考，学生就能发现，这样操作才更符合真实的情况。因为陨石的大小、速度、力度等都是不一样的，只有这样做，撞击形成的“环形山”也才可能会是大大小小、深深浅浅的。学生的科学概念会影响学生的实验操作，只有将实验技能培养和科学概念建构和谐统一，才能实现模拟实验教学价值的最大化。
4.模型还原
在模拟实验活动之后，教师还要引导学生把对模型的观察、思考和分析的结果还原到原型之中，站在原型的层面上进行二次认知。
模拟实验是一个“理想化”了的过程，是对原型、实验环境、事物运动变化过程等做了“概括、限制和简化”，由于模拟实验只研究了部分因素所引起的变化，所以模拟实验有着一定的局限性。例如模拟“流水对岩石的作用”实验中，将几块岩石放入装水的塑料瓶里摇晃撞击，直至水变浑浊，水中有沉淀，岩石发生了变化。但是事实上岩石在水中的变化过程并不像模拟的那样单一。在模拟“昼夜交替现象产生的原因”时，看起来有好几种猜测都是正确的。但实际上，符合真实情况的只有一种。
因此，教师要使学生知道，模拟实验虽然能够对客观事物的部分本质特征进行解释，但与客观实际仍有不小的差距。例如在《我们来造“环形山”》一课中，学生在经历了建模活动之后，一组学生上台展示建模活动成果并发表自己组的观点：“陨石撞击的时候力量很大，速度很快，所以接近圆形。”“有时候是两个陨石一起撞击。陨石的大小不一，也会造成环形山大小不一。大的陨石撞击下来，然后小的陨石又中间撞击，形成了环中有环。”接着教师请其他组学生说说新的发现：“为什么有的坑那么大，却那么浅？”“大的物体落下来坑是很深的”“不同撞击的角度会对坑也有影响”……
教师在建模活动之后，再让同学们谈谈自己对环形山成因的“新认识”，就是为了引发学生对环形山的前概念与科学概念之间的冲突，发挥模型还原在科学概念建构中的积极作用，形成对原型的二次认知。
5.不能忽视模拟实验的科学性
模拟实验应用了类比思维，它要求模型和原型之间、模型的实验条件与原型的实际条件之间都要具备相似性。然而，在一些模拟实验活动中，教师忽视了模拟实验设计的科学性，将两者的相似性弱化，以至于出现了科学性的错误。
例如对太阳系的认识中，如果不经说明，学生往往会把教材中太阳系的示意图，当作是真实的太阳系照片。如果教师也只是简单地告诉学生按照课文当中的做法去建立模型，那么学生的概念不仅不会向科学概念发展，反而会被引入歧途。因此，模拟实验尤其要注意科学性，不然就成了似是而非的“伪科学”。
三、评价模拟实验，促进概念发展
在模拟实验活动的后期，应该让学生对模拟实验的过程和结果给予评价，通过评价进一步发展学生的科学概念。
例如在《做一个生态瓶》一课中，教师从学生制作的生态瓶中选取了A、B两个不同的生态瓶。其中A生态瓶里的生物种类多，生长较好。B生态瓶中的生物种类和数量都比较少，尤其是水生植物只有一株小小的了。教师请学生对这两个样本开展比较与评价。
生1：两个生态瓶里的水是差不多的。A生态瓶里的鱼儿多，水草也多；B生态瓶里的鱼儿少，水草也少。
生2：刚开始的时候还是B生态瓶里的鱼多，后来死掉了很多。
师：为什么会这样呢？
生3：可能是因为B生态瓶里的鱼儿养得太多了，缺少食物和氧气死了。看来生态瓶里养的鱼儿不能太多。
生4：如果养的鱼儿多，水草也要多。
生5：那瓶子也要再大一些，水也要更多一些才好。
生6：我知道了，A生态瓶做得好，是因为生物和非生物之间、生物和生物之间一开始就是平衡的。
……
学生对两个不同生态瓶之间的评价对比，让他们更加清楚地认识到了生物与生物之间、生物与非生物之间的那种相互作用、相互依存的关系，促进了科学概念的发展。
总之，教师必须牢记为学生科学概念建构服务这一宗旨，有效开展科学模拟实验教学，提升学生的科学素养。