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建模教学在小学科学教学实践中的策略研究———以“地球与宇宙”领域为例

发表时间：2021/8/10 来源：《教育研究》2021年10月作者：吴晓丹

[导读] 在小学科学教学实践中，建模教学作为一种模型学习的方式，占据了其重要的位置。这种学习方式要求根据生活现象提出问题，依据知识建立物理模型，通过物理手段更有效地达到解决实际问题的目的。

佛山市顺德区高赞小学吴晓丹 528000

摘要：在小学科学教学实践中，建模教学作为一种模型学习的方式，占据了其重要的位置。这种学习方式要求根据生活现象提出问题，依据知识建立物理模型，通过物理手段更有效地达到解决实际问题的目的。在实际的教学过程中，教师不能应用传统的、固化的知识讲解，要重视理论与实践、实际与模型的联系，培养学生的建模思想。
关键词：建模教学；小学科学教学；实践
        引言：小学科学教学内容涉及领域比较宽泛，上及天理，下及地理，譬如地球与宇宙领域的探索。然而很多研究的领域都难以通过直接观察得到结果，这时就需要借助物理模型对研究内容进行理性理解。为了帮助学生对这个世界有更综合性的理解，应该要在小学科学教学中辅以建模教学。
        一、小学科学教学实践中建模教学的提出和现状
        解决问题、获得真实的方法有很多种，然而针对许多过于宏观或微观的现象，如地球与宇宙领域内的问题，一般的观察和实践方法无法达到预期的效果和最重的目的，然而，建立模型的方法是普遍适用的。模型是对真实世界的缩放，通过一定的思维工具，将复杂而具体的现象进行抽象、简化的处理，从而放大现象中与问题相关的属性，忽略掉微小可不计的特征，从而将真实世界映射到模型当中，使得现象之间的联系更加具体。只有通过实践，才会产生认知。在实践的层面上，需要进行模型的建立和应用，模型的应用对于各个国家进行科学教学都是被认可的一种方法。应用建立模型的方式可以帮助更直观、简约地将现象表述出来，以此探寻因果联系，并将实际探测到的数据应用到物理模型中，得到结果，从而展开解决方案的讨论。小学科学教学中的建模教学分为两种，一种是将建立模型作为一种教学策略，另一种则是将建立模型作为进行科学实践活动任务。学习构建模型来处理生活问题可以有效锻炼学生的逻辑思维能力，帮助学生对现实世界产生更理性的认识，发展学生的科学思维方式。
        目前，建模教学在小学科学教学中仍然不受重视，许多教学老师缺乏对建模在实践活动中发挥积极作用的认识，教学观念比较陈腐，同时在专业素养上仍然有一定的欠缺，本身对建模的学习比较浅薄，自然也不知道改如何在小学科学教学过程中运用合适的方法教导学生学习建模方法，从而提高学生的理性思维能力。许多教师在上课时只是让学生进行模型建立的操作，而并不教导他们去发现、去领悟现象之间的关联和因果，发现问题并解决问题，这不利于培养学生独立思考、积极提问的良好学习方式，也不利于锻炼学生的思维能力和实践创新能力。
        二、建模教学在小学科学教学实践中的策略研究———以“地球与宇宙”领域为例
        （一）认知现象，推测成因
        对现象进行综合深入的了解认识是进行模型搭建的前提条件，如果不能挖掘现象深层的信息，在建立模型过程中会因为部分客观信息的缺失使得与真实世界发生偏离，最终严重影响模型实验结果，从而不具备科学性和准确性。所以，在进行模型教学之前，需要动用各种教学资源使得学生对研究的现象实体产生更深的、更综合的认识，如学生可以通过课本、图书馆资料或网络查询的方式，借助照片、视频或实物的形式，来对所研究的对象进行仔细观察，进行分析解构，再综合。学生对真实世界的现象认知越清晰、越科学、越完整，在进行模型建立的过程中考略的情况和细节就越严谨、越缜密、越合理，那么，所建立的模型在实际应用时，其效果越显著，越符合真实世界的情况。同时，推测成因也是模型建立前需要进行的不可或缺的步骤，它在学生对现象进行认知的过程中产生。推测成因需要学生进行独立思考，在对现象具有充分了解之后，结合一定的学识，对未知的现象发生的原因作出猜测。这是一种假设过程，内容较为抽象。在进行“地球与宇宙”的模型实验过程中，可以通过科学的实证资料帮助学生建立思维结构体系，从而达到引导学生进行合理反推的效果，培养学生的思考能力。

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例如，教师在教授“我们来造‘环形山’”时，利用多媒体的教学方式向学生们展示月球上环形山的地理风貌的图像和视频，让孩子们对环形山的形状、特征，以及环形山的分布情况进行仔细观察，在建立学生对月球环形山一系列的视觉印象之后，鼓励学生发言，描述他们的发现，在学生大致将环形山所具备的各种特征都描述完整后，老师需要引导孩子们提出疑问，为什么月球上会出现环形山这样的风貌？环形山是如何形成以及由何物质形成的？会随岁月变迁产生变化吗？学生进行独立思考并推测其原因，根据环形山的形状，联想到地球上的陨石坑，得出推测结果。当然，也要对同学提出的各种推测进行鼓励和支持。
        （二）搭建模型，进行实验
        在搭建具体实际的物理模型时，需要考虑用材的合理性和科学性，是否符合实际现象的原理，同时模型实验所处的模拟条件和模拟环境是否与实际的研究对象一致或相似。同时，教师在进行模型指导时，需要让学生对整体的流程产生清晰的认知和脉络体系，如果知识简单的讲解和演示，学生无法了解其原理，也无法认识到进行这次模型实践活动的目的和意义所在，缺乏了指向性的目标，学生并不带着疑问去观察模型实验效果，脑子里不会产生思维活动，那么搭建模型，进行试验的学习能力就无法得到提升。教师在进行模型实验的教学过程中，需要尽量让学生参与其中，最好让学生占据实验设计的主导位置，引导他们思考实验目的、实验意义、实验步骤、结果猜想，这有利于学生产生全局思想，培养他们对问题进行深度思考的态度和能力，而且让学生思考实验步骤，有助于他们在模型实验过程中注重细节，有效避免错误偏差的发生，对实验结果的真实性和准确性都有大大提升。
        例如，教师在教授“我们来造‘环形山’”时，进行模型建立的过程中，教师对学生进行提问，用什么材质来模拟环形山可以近似还原其真实风貌？同学们进行讨论，对于不同的材质进行适用性辩论，用酱汁一类的食材会更还原熔岩的流动状态，等等。在进行这一课的“撞击说”的实验设计时，鼓励学生们讨论用什么球模拟陨石撞击情景，球的表面是否均匀，球的材质，球撞击前的运动轨迹和速度，等等因素都会影响环形山的形状，让孩子们独立思考，探索多样的实验设计方法。
        （三）回归现象本质，还原真实思考
        搭建模型并进行模拟实验的过程就是还原真实世界的现象，并对现象之间的联系和因果进行解构分析，根据实验结果创造假说理论。所以，在实验过程结束后，对实验结果的反思和总结是必不可少的部分。教师应该在实验结束后，指引学生将模型实验产生的结果放大还原到真实世界的现象当中，学生在类比推理现象变化的过程中，将对一系列现象的原理和概念进行思考，并提出自己的想法和解说，大大锻炼了学生们反思和总结的能力。在对实验结果进行反思时，学生的感性理解会转化到理性理解的层面，从而产生科学概念的认识。这时，教师需要帮助学生尽量观察和收集实验中发生的细微细节的变化，同脑海中已有的学识经验相结合，从而构建合理而具有科学性的假说理论。
        例如，教师在教授“我们来造‘环形山’”时，让学生自己进行实验，并对每次球撞击月球的结果进行记录，记录内容包括球的运动轨迹、运动速度、月球表面产生的坑面积、形成的环形山的形状等等。通过多次实验对比，学生对月球上的环形山的成因产生各自的想法，教师为学生们的想法提供证据，并让学生相互之间充分交流想法，完善自己的假说思想。
        总结：建模教学在小学科学教学实践中发挥了重要作用，对“地球与宇宙”这一领域进行模型学习时，其综合性会对教学产生一定难度，教师需要注重建模的教学策略，对学生进行模型细分指导，从而培养学生的空间想象力以及逻辑思维能力等等，助力学生的综合发展。
参考文献：
[1]武祥. 基于Scratch的小学科学建模教学模式及效果研究[D].鲁东大学,2020.
[2]杨瑞花.小学科学“技术与工程”领域中建模教学方法研究[J].华夏教师,2019(10):92-93.
[3]邵发仙,舒刚.小学科学教学中物理建模课型的建构与实施[J].教育探索,2015(09):60-63.