基于模型建构，建立“立体空间”科学大概念——以《在星空中 》为例

基于模型建构，建立“立体空间”科学大概念——以《在星空中

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郑黄柳

浙江省温州市瑞安市塘下镇场桥中心小学 325204

摘要：“地球与宇宙科学”领域教学是小学科学教育的难点之一，学习内容大多是宏观的，学生还没有形成较为完善的空间想象能力。学生在学习“地球和宇宙”领域知识时缺少真实的感性体验，存在着观察障碍，因此需要具有一定的空间想象能力，和大量的知识储备来支撑，这些都为学生“立体空间”这个科学大概念的建立增加了难度。本文以《在星空中（一）》为例，利用基于“模型建构”的项目化教学模式改造传统科学课堂，解决学生在传统科学课堂中学到的概念过于零散，无法建构科学大概念的问题。

关键词：科学；大概念；模型建构；地球与宇宙

一、什么是模型建构

我们科学课堂中是帮助学生构建模型，也称为“思维建模”，即引导学生根据自己先前的知识经验，使用所给的工具（软工具和硬工具），将学习的思维过程，对知识的理解、对知识的内化过程通过模型表达出来，从而促进学生对知识的深层理解，还可以激发学生的创造思维。

科学家利用模型来解释他们的思想和发现。模型将我们看不见的变成能看见的，不能触摸的变成能触摸的。

在模型建构活动中，往往需要进行观察或实验，需要运用已有的知识经验进行假设、模拟，需要将头脑中抽象的概念具体化、形象化。这些模型可暴露出他们存有的各种模糊的、错误的原有认识，也可暴露出他们头脑中根本性的认识局限。随着学生的模型建构的探究活动，这些思维模型在他们头脑中会逐步内化，形成正确的新认知模型。

二、“地球与宇宙科学”领域教学中遇到的常见问题

问题1：教材中设计的模型建构探究活动在实际操作中，可能会出现一些不利于学生观察和发现的干扰因素。

【案例】六下教材第三单元第6课《在星空中（一）》中有个“建一个北斗七星模型”的活动，教材中是这样设计的（小学科学教科版六下教材第57-58页）：用正方形纸板模拟天空，在上面打7个小孔，分别悬挂7颗橡皮泥小球模拟星星，然后用投影从侧面照射小球，看其在屏幕上的影子，从而得到北斗七星的图像。

该设计存在的问题是：实际的北斗七星是自己发光的，用橡皮泥来模拟星星并用强光照射看投影的方法，与实际情况相差太大，因为我们平时看星星组成星座时，其平面图像是在星星的原位置，只不过因为太远没有三维空间的感觉而已，书上要用投影方式得到的图像却是在一侧的屏幕上，给学生的学习增加了难度。

问题2：教材配套科学工具箱中模型建构的实验材料使用灵活度不高，只有固定的使用方法，学生只能按要求操作，不能按照自己的想法进行构建模型。

【案例】《在星空中（一）》跟教材配套的实验材料工具箱，北斗七星的模型教具组装后，它是从侧面观测为目的的。这样的教具已经制定好位置和长短，学生只能是按要求摆放一次，不知为什么这样摆，不能展示学生的原有想法，而这样的实验过程也就是纯粹的手工操作

问题3：学生的空间想象能力普遍较缺乏，大多数学生只有二维的平面概念，没有三维的立体空间概念。

【案例】《在星空中（一）》通过课前调查发现：

1.学生平时通过各种途径，对星座有一定的了解，对每个人对应的“星座”很感兴趣，但对宇宙中“星座”的含义、星座的特征，知之甚少。

2.学生对于北斗七星也有一定的认识，知道北斗七星有7颗星组成，但是基本上都是认为北斗七星在星空中是在一个二维平面排列成“勺子”形状。

三、实践与思考

针对上述教学“地球与宇宙科学”领域教学中遇到的常见问题，我们该如何科学处理呢？

【案例】《在星空中（一）》

（一）基于项目化学习，打破传统教学

在本课“北斗七星”建模活动中，为了避免把“建模”过程简单地演绎成

学生的手工操作过程，让学生的思维深度参与到“建模”活动中来，是教学需要思考解决的一个难题，学生对星座的理解从“平面”走向“立体”，需要一定的认知迁移过程，我们需要给学生的空间想象提供一定的“支架”，帮助学生完成“立体”星座概念的建立。因此本节课教学环节设计如下图：

这样的教学设计是基于“地球与宇宙科学”领域“模型建构”项目化学习而设计， 目的在于学生通过“建模”产生对北斗七星的新认识，引导学生对星座的认识从“平面”走向“立体”。

而本课传统的教学方式基本上是根据教材编写的“建一个北斗七星”活动来开展教学，活动要求是在纸板上已经固定好北斗七星的位置，让学生悬挂7颗橡皮泥小球模拟星星进行观察，或者借助配套的工具箱里的教具，学生照样子摆一摆北斗七星，不能展示学生的原有想法，也不利于学生及时修正自己的认知变化。

（二）精选建模材料，助力概念建构

基于以上教学思考，遇到的最大难题就是选择怎样的建模材料既可以让学生展示自己对北斗七星的原有想法，又可以方便学生修正模型并展示自己对北斗七星的认知变化，最终能形成对北斗七星正确的新认识。

经历多次不同建模材料的下水试验，最后选择用金黄色超轻黏土小球代表星

星（可自制大小），为了方便区分，在底座位置贴好北斗七星的名字；用天线杆支撑粘土小球，可以随意伸缩，改变长短，方便学生调整北斗七星的“勺子”形状；用透明半圆代表地球，由于我们是从地球上观察北斗七星的，我们就统一用它当做地球，观察时我们都从“地球”这个角度观察星星。这组精选的建模材料解决了教材中设计的“建模”活动和教材配套实验工具箱中北斗七星模型是让学生经历纯粹的手工操作过程这个不足，尽管还有改进的空间，但在实际教学实施中取得良好成效。

这个北斗七星教具改进，符合当前新课程改革发展学生科学思维的教学理念，暴露学生原来错误的认识，通过实验重新修正，使学生形成正确的科学认识。在实验过程中，可以让学生按照自己对北斗七星的原来想法摆出北斗七星模型，在获得北斗七星与地球真实距离的数据后，学生意识到在真实的星空中，北斗七星和地球是距离很远的，我们是无法按照真实数据做出北斗七星模型的，接着学生学习对数据进行科学处理（同比例缩小），然后再按缩小后的数据用尺子调整出北斗七星和地球的距离，摆出比较科学的北斗七星模型，最后进行观察，发现我们看到的北斗七星像勺子一样的图像其实是远近不同的北斗七星在视觉上形成的一个构图而已，并且从不同角度观察，图像都是不一样的。

（ 三）巧设活动梯度，攻破建模难点

笔者在本课教学中先让学生利用提供的建模材料展示出他们认为的北斗七星在星空中的位置关系，再通过全班展示交流，发现不同小组的不同想法，达成要寻找真相的共识。这样的设计梯度正是符合学生认知水平，激发求知欲望，使学习水到渠成。学生在这样的内在学习驱动力下，利用老师提供的数据信息修正原来还不够准确的北斗七星模型，在修正中形成新认知，建构起对北斗七星是处在一个三维空间中而不是一个二维平面这样一个大概念，从而攻破对星座的认识从“平面”走向“立体”这个教学难点。

参考文献

[1]《科学（3-6年级）课程标准》实验稿，北京师范大学出版社，中华人民共和国教育部制订。