基于模型建构的概念教学
随着教育改革的不断深入，小学科学教育更加注重培养学生的核心素养和创新能力，但在实际课堂教学中，学生往往难以直接理解和掌握各种科学概念。因此，如何创新小学科学概念教学方法，提高学生对科学概念的理解和应用能力，成为一个亟待解决的问题。目前模型建构已经在科学研究中得到推广应用，将其融入小学科学概念教学中，有助于改善传统教学的不足，提升教学质量。
科学概念作为科学教育的基础，具有鲜明的特点，一是抽象性，主要体现在科学概念是对自然现象和规律的高度概括和提炼，超越了日常经验的直观感受，需要学生通过理性思考和逻辑推理来把握；二是具体性，表现在科学概念与日常生活紧密相连，许多科学概念都能在学生的生活经验中找到对应实例，比如教科版科学四年级下册“植物的生长变化”这一单元，以“茎和叶”的学习为例，学生可以通过生活经验来理解相关科学概念，比如在家自己动手种植一盆向日葵，当向日葵逐渐长大，学生能观察到它的茎不断变粗、变长，支撑着上面的叶子和花盘，观察不同生长阶段向日葵茎的粗细、颜色、质地变化，观察叶子的形状、颜色、生长方向等。
小学科学概念的教学要求主要包括以下几个方面：第一，注重概念的理解与应用，确保学生不仅记住概念的名称和定义，更要理解其内涵和外延，能够在具体情境中灵活运用；第二，强调科学思维的培养，通过引导学生进行观察、实验、推理等，帮助他们形成科学的思维习惯和方法；第三，注重科学探究能力的提升，鼓励学生积极参与科学实践活动，通过动手操作、合作交流等方式，提高他们发现问题、解决问题的能力；第四，密切关注学生的学习兴趣和情感态度，通过创设生动有趣的教学情境，激发学生对科学的热爱和好奇心，为他们的终身学习奠定坚实的基础。
2022年版《义务教育科学课程标准》指出，模型建构是科学探究的重要方法，旨在引导学生通过构建物理模型、数学模型或概念模型，将抽象概念转化为可感知、可操作的思维工具，发展学生的科学思维和创新能力。在小学科学概念教学中，模型建构将抽象的科学概念转化为直观、可操作的实体，帮助学生在观察和操作中感知概念的本质特征。例如学习教科版科学四年级下册“电路”这一概念时，学生可以动手搭建简单的电路模型，使用电池、导线、小灯泡等基础材料，结合颜色标记法与类比实验构建直观模型：用红色贴纸标记导线代表电流从电池正极流出的方向，蓝色贴纸标记导线另一端表示电流向负极回流的路径，让学生按照“红→灯泡→蓝”的顺序连接电路，通过灯泡发光现象与贴纸颜色走向，清晰感知电流从正极出发、经由电器回到负极的闭合路径，直观地看到电流如何流动，灯泡如何发光，从而深刻理解电路的组成和工作原理。利用模型建构获得的理解，比单纯的理论讲解更加生动、具体，而且可以帮助学生建立稳固的知识框架，为后续的学习打下坚实的基础。
与此同时，模型建构也为学生提供了科学探究的平台，有助于他们在实践中发现问题、提出假设、设计实验、收集数据、分析结果，最终得出结论，这一过程加深了学生对科学概念的理解，还提高了他们解决实际问题的能力。更重要的是，模型建构强调学生的主体性和参与性，鼓励他们发挥主观能动性，积极思考、勇于尝试，从而培养出独立思考、勇于探索的科学精神。
新课标倡导“情境化学习”理念，提出通过真实情境激发学生的模型建构动机，让学生在解决实际问题的过程中主动构建科学概念。情境设计能够迅速吸引学生的注意力，引发他们的好奇心和求知欲，使他们在轻松愉快的氛围中自然而然地产生对科学现象和问题的探究欲望。
例如在教科版科学四年级上“声音”单元的教学中，教师首先给学生播放一段由不同乐器演奏的音乐视频，视频中包含了钢琴、小提琴、吉他等多种乐器的声音。视频播放完毕后立即提出问题：“为什么不同的乐器能发出不同的声音？声音究竟是如何产生的？”这一问题迅速引发学生的热烈讨论，他们纷纷表达自己的看法和猜测：有的学生认为是因为乐器的形状不同，有的学生则猜测是因为演奏方式的不同。在充分讨论的基础上，教师适时引出本节课的主题——声音是怎样产生的，并鼓励学生尝试用实验的方法来探究声音是怎样产生的，在这一过程中他们的好奇心和求知欲得到了极大的激发，为后续学生探究声音产生的原因、建构模型奠定了良好的基础。
为确保模型建构的准确性和有效性，教师组织学生进行有目的、有计划的观察活动，引导学生细致观察自然现象或实验对象，获取丰富的感性材料，这些材料不仅涵盖了对象的外部特征，还可能涉及其内在规律和变化过程。观察活动要设计得既具有趣味性又富有启发性，以激发学生的探索热情，同时确保观察目标的明确性和可操作性。
例如在教科版科学四年级下册“植物的生长变化”单元中，教师精心策划了一次校园植物观察活动。活动开始前，应向学生明确此次观察活动的目标，即观察不同植物的根、茎、叶等器官的形态和结构。随后将学生分为不同的合作小组，对校园中选定区域的植物进行细致入微的观察。此时我们能够发现，各组学生不仅关注植物的外观特征，如根的粗细、长短、形状，茎的颜色、质地，还注意到了叶片的排列方式、纹理细节等。在观察过程中，学生手持笔记本，认真记录下每一项发现，甚至用绘画的方式辅助记录，以便更直观地展现植物的特征。随着观察的深入，他们逐渐积累了关于植物生长变化的大量素材，这些素材包括植物的静态特征以及植物生长过程中的动态变化。依托于学生搜集到的材料，为其后续构建植物生长的概念模型奠定了坚实的基础，帮助他们更准确地把握植物生长的本质规律。
在模型建构过程中，启发思考是推动学生深入探究、逐步完善模型的关键环节，教师需通过巧妙提问、组织引导性讨论等方式，激发学生的思维活力，促使他们主动分析问题、寻找解决方案。需要注意的是，教师的角色是引导者而非直接的知识传授者，借助启发式提问，帮助学生揭示现象背后的本质规律，引导他们逐步构建起科学概念模型。
例如在教科版科学四年级下册“电路”单元的教学中，首先安排学生进行实践操作，使用电池、导线、小灯泡等材料尝试让小灯泡亮起来，当学生成功点亮小灯泡后，教师不失时机地提出问题：“为什么这样连接能让小灯泡亮起来？电流是怎样流动的？”该问题立即引发了学生的思考。在教师的引导下，学生开始回顾实验过程，分析电路的组成元件及其连接方式，尝试解释电流流动的路径。随后进一步提出挑战，要求学生用简单的符号来表示电池、导线、小灯泡等元件，并尝试画出电路的模型图，此任务促使学生将抽象的电路概念转化为具体的图形表示，加深对电路结构的理解。在学生画图的过程中，教师要巡视课堂并观察学生的进展情况，适时给予启发和帮助，实践中发现有的学生对电流的方向感到困惑，可通过类比水流的方式，帮助学生理解电流在电路中的流动规律。经过一番努力，学生逐渐完成了电路概念模型的建构，掌握了电路的基本组成和工作原理，也培养了科学思维和探究能力。
合作交流是模型建构过程中不可或缺的一环，它能够有效促进学生之间的知识共享与思维碰撞，在课堂教学时应组织学生进行小组合作学习，营造一个开放、包容的学习氛围，让学生在交流中自由分享想法和观点，相互学习、相互启发。在这样的环境下，学生可以从同伴那里获得新的视角和思路，还能在讨论中深化对科学概念的理解，发现并纠正自己模型建构中的不足。在合作交流中集思广益，共同完善模型建构的成果，提高模型的科学性和准确性。
在教科版科学四年级下册“岩石与土壤”单元的教学中，教师应精心布置一项分组研究任务，让学生通过合作交流来完善岩石分类与特征模型的建构。班内各个小组的学生分配到不同的岩石样本，他们需要采取观察、触摸、实验等多种方式，全面收集关于岩石颜色、纹理、硬度等方面的信息，在收集信息的过程中，小组成员之间保持密切沟通，共同讨论观察结果，分享彼此的发现和疑问。随后引导组内成员展开深入的交流讨论，共同分析不同岩石的特点，尝试找出它们之间的共性和差异，实践中我们发现有小组的学生尝试用图表或模型的形式来表示岩石的分类和特征，有的小组制作了岩石特征对比表，还有的小组则构建了三维岩石模型。后续的小组成果展示环节，各小组派代表介绍自己小组的模型建构成果，详细阐述模型的设计思路、构建过程以及所反映的岩石特征，其他小组的学生认真倾听，积极提出疑问和建议，形成良好的互动氛围。在全班交流探讨之后，学生不仅加深对岩石分类与特征的理解，还从其他小组的模型中获得了新的启示，进一步完善了自己小组的模型建构成果。
通过分析小学科学概念的特点与教学要求，探讨了模型建构与小学科学概念教学的关系，并提出了基于模型建构的小学科学概念教学策略。通过创设情境、引导观察、启发思考和合作交流等策略，可以有效激发学生对模型建构的兴趣，提供丰富的模型建构素材，促进模型建构过程的完成，并完善模型建构成果。这些策略不仅有助于学生对科学概念的理解和掌握，还能培养学生的科学思维和探究能力，提升学生的科学素养。未来，我们将继续深化基于模型建构的小学科学概念教学研究，探索更多有效的教学策略和方法，为小学科学教育的发展贡献力量。