武汉城市职业学院 裴毓华
【摘 要】在小学科学教学中，常常用简易模型来表达研究的过程和结果。文章分析了模型建构、模型方法在小学科学教学中的具体实施及应注意的问题。
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关键词 模型方法；小学科学；教学问题
中图分类号：G623.2 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2015）05-0070-02
作者简介：裴毓华，女，本科，副教授，研究方向为儿童卫生学。
我国2001年颁布的《科学（3～6年级）课程标准（实验稿）》科学探究具体内容标准中要求学生能制作简易模型，能选择自己擅长的方式（语言、文字、图表、模型等）表述研究过程和研究结果；美国1996年颁布的《美国国家科学教育标准》把模型和科学事实、概念、原理、理论列为科学主题的重点，并将构建、修改、分析、评价模型作为中小学学生的基本科学探究能力；2013年美国最新发布的《下一代科学教育标准》把“科学探究”更新为“科学与实践”，其中将开发和利用模型列为“科学与实践”八个环节中的第二个环节，模型被提到了更加重要的位置。由此可见，在国内外科学教育发展过程中的作用越来越重要，促进学生对模型的理解和应用也是提高学生科学素养的关键。
一、小学科学课程中的模型和模型建构
模型是人们按照特定的科学研究目的，在一定的假设条件下，再现原型客体某种本质特征（如结构特性、功能、关系、过程等）的物质形式或思维形式的类似物。作为一种现代科学认识手段和思维方法，模型具有两方面的含义：一是抽象化，二是具体化。一方面，我们可以从原型出发，根据某一特定目的，抓住原型的本质特征，对原型进行抽象、简化和纯化，建构一个能反映原型本质联系的模型，进而通过对模型的研究获取原型的信息，为形成理论建立基础；另一方面，高度抽象化的科学概念、假说和理论要正确体现其认识功能，又必须具体化为某个特定的模型，才能发挥理论指导实践的作用。所以，模型作为一种认识手段和思维方式，是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一。
用模型方法探究科学问题，遵从实物到理想化模型，从实验到理论的过程，符合从感性认识到理性认识的认知规律，能促进学生认知水平的发展；有利于对学生进行科学方法的训练；使抽象的知识形象化，有利于理解和记忆；使复杂的实际问题简单化，有利于归类分析；根据同种模型把相关的知识连接起来，使零散的知识变成“模块”，形成完整的知识体系；能训练学生的想象力，激发学生思维的兴趣，培养学生的创造能力。
在小学科学教学中，主要利用模型将抽象科学问题具体化、形象化，利于学生认识科学现象，并利用模型解释相关科学问题。小学科学可以构建或利用如下模型：昆虫模型、动植物器官模型、人体各器官、系统模型、火山、地球内部圈层模型、八大行星模型、地球模型、物质构成结构模型、物质三态变化的微观模型等。用实物的形式制作出各种模型可以将科学原型形象、简约地表现出来，有利于抓住本质特征；另外，还可以利用计算机制作2D或3D的图像进行设计模型及演示，有效地避免实物模型带来的大小、视觉、色彩等对教学不利的因素。
二、科学模型方法教学的具体实施
进行科学模型教学时，要引导学生认识：为什么要建立模型，怎样建立模型，模型运用的条件是什么，怎样检验和完善模型。简言之，既要教模型的知识，又要教模型的方法。以“呼吸”一节课为例，全日制义务教育科学（3～6年级）课程标准（实验稿）规定：了解人体呼吸的过程。包括了解人体的呼吸器官，初步了解呼和吸过程中各呼吸器官的功能和变化。其中，口和鼻是参与呼吸的重要器官是学生已知的生活经验，可以通过体验呼吸来唤起；呼吸过程中参与器官是本节课的重点，咽、气管、肺、膈也是参与呼吸的重要器官是本节课的难点，可以通过挂图或人体内部器官彩图等实物模型的形式认识；呼吸过程是本节课的学习重点，而在呼和吸过程中，胸腔和腹部的变化情况是学习的重点难点，要突破这个难点可以构建人体呼吸的模型。下面谈谈“呼吸”一节使用模型方法的教学环节。
1.观察对象的外部表现，提出疑问和确定构建模型的对象。通过观察挂图或人体内部器官彩图等实物模型的形式认识人体内部器官，并确定参与呼吸的人体器官，接着引导学生提出问题：呼吸过程中，人体吸入的空气进入肺后，人体胸腔和腹部的大小变化是怎样的？接着让学生用手分别放在胸腔和腹部，体验呼和吸过程中，胸腔大小的变化，进而确定构建呼吸模型的核心结构。明确问题：呼和吸的过程中，人体胸腔和腹部的大小变化是怎样的？肺的变化是怎样的？
2.根据研究对象的特征选择建构模型的材料。在学生认识人体内部结构图中参与呼吸的器官后，根据各器官的特征，引导学生采用钟罩（可用塑料瓶替代）、气球、Y形玻璃管、橡皮膜等材料模拟人体各呼吸器官，并通过相似类比各人体器官和各材料的特征，明确模型中Y形玻璃管对应气管，气球对应肺，钟罩对应胸腔，橡皮膜对应膈的关系，具体模型见图1。
3.分析研究对象与材料间的关系，建立相应模型。选择模拟材料后，根据人体内部器官结构图和人体呼吸动画模型，建构人体呼吸模型，见图1。并将图A、图B和吸呼过程对应，然后通过模拟实验观察呼和吸过程中胸腔大小的变化和肺的变化。
4.运用所建模型解释现象。呼吸模型构建后，就可以根据模型的操作，观察和分析人体呼和吸过程中肺的变化、胸腔和腹部的收缩或扩张的原因；最后，运用模型解释为什么呼吸时，胸腔和腹部感觉在运动，并且这种运动是有规律的。
5.修正和完善模型。人体呼吸的模型已经确立，如果要分析爬行类动物、两栖类动物的呼吸，模型还是这样吗？答案显然是否定的，这时候就需要对模型进行修正和完善，使学生认识到模型的建立是一个不断发展和完善的过程。
三、科学模型方法教学应注意的问题
1.要注意在模型教学中强调模型建构的方法。在科学模型教学中，要防止只粗略地介绍模型的知识而忽视模型方法。在教给方法和练习过程中，重视培养学生的科学思维能力，提出一些需要建立模型的问题让学生探索。
2.应用信息技术制作的模型应该突出原型的本质。应用信息技术制作科学模型可为科学模型方法的运用带来巨大变化，从宏观领域深入到微观领域，从现存的生物延伸到生命的起源和演化的全过程，从物质的微观构成到物质的相互反应，从地球的运动到太阳系乃至整个宇宙的发展演化等模型都可以通过计算机来实现。但由于制作上没有统一规范，一些计算机制作的模型外表看起来热闹，实则潦草粗糙，缺少推敲，甚至有科学性错误。因此，在制作计算机模型时一定要仔细慎重，重视科学性，发挥模型的功能，体现原型的本质特征。
3.防止将模型当做绝对真理或实物去认识和应用。模型是原型的一种抽象，是在一定条件和范围内建立的，并不是原物本身。因此，运用生物模型方法去解决实际问题时要注意条件或作必要的修正。例如，人体呼吸模型就不能适用于青蛙或鱼的呼吸，在分析肺的结构和作用时就需要进一步补充和修正。
综上所述，在小学科学教学中，模型作为一种认识手段和思维方式，是科学认识过程中抽象化与具体化的辩证统一，对促进和提高学生的科学素养起着较为关键的作用。教师应有计划、有安排地指导学生学习抓住原型客体的某种本质特征建构模型，进而通过对模型的研究获取原型的信息，为形成理论建立基础。
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参考文献：
[1]邢红军.论科学教育中的模型方法教育[J].教育研究，1997，（7）.
（编辑：陈见波）