借助模型建构概念

张慧敏

对科学教师而言，生命科学领域内容的教学一直很棘手，一是因为很多内容受学习条件、教学环境及教学时间的限制，难以让学生在课堂上进行直接观察和深入探究；二是因为有些概念比较抽象，相关知识较为枯燥、乏味，学生学习的兴趣和效率不高。如何开展有效的课堂教学并引导学生形成科学的概念和认识呢？笔者认为，借助模型建构概念是一种易于小学生接受和理解的重要方法。

模型是根据已知的事实建立的，是对研究对象简洁、仿真的表述。模型既是认识手段，也是认识的直接对象。借助模型开展教学，不仅可以将陌生的、非直观和不确定的事物及思想转换为熟悉的、直观的、确定的东西，从而形成科学概念和认识，还能使抽象的理论和知识具体化、丰富化，帮助我们更深刻、更直观地把握研究对象的本质和特征。

一、实物模型——概念建构的支撑点

感性认识不足，是学生学习和理解科学概念的主要障碍。对于生命科学领域以观察为主要学习方式的课来讲，观察对象形成了学生获取感性认识的学习环境，是形成科学概念的支撑点。但是，很多内容所涉及到的观察对象学生无法在课堂上直接观察，教师除了采取让学生课外观察这一策略外，提供实物模型也是一种很好的教学方法。

例如三年级《生物大家族》单元的教学中，要让学生比较蜻蜓与麻雀、鲫鱼和青蛙、壁虎与小猫，找出它们的异同点，进而归纳出昆虫、鸟类、鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类六大类动物的特征。这些概念的形成，显然需要通过观察和比较，使学生在充分获得感性认识的基础上完成。《教学参考书》更是建议：教师应该设法提供更多的直观材料，方便学生观察比较。比如提供蜻蜓、麻雀、壁虎的实物标本，备好活体鲫鱼、青蛙、小猫，也可以准备一些图片、影像资料，甚至可以在确保安全的前提下将学生带出教室直接观察。

可实际情况是，大多数教师在课堂教学中都是给学生提供图片和影像资料进行观察。的确，多媒体技术给教学带来了极大的方便，但也存在一些弊端，比如观察不够全面、细致和直观，观察效果不尽如人意，进而导致概念建构存在一定障碍。为了让学生获取更多感性认识，帮助他们更好地建构科学概念，我们学科教研组向学校申请了一笔经费，除了购买一些标本外，还购买了一些实物仿真模型，如小白兔模型、麻雀模型、小猫模型、恐龙模型等。进行该单元教学时，教师给学生展示标本和实物模型，学生的学习兴趣立刻被激发出来，他们在认真观察、比较的过程中，很容易就总结出了六大类动物的特征。

夸美纽斯认为：“一切知识都是从感官知觉开始的，一切知识都不应该根据书本的权威去灌输，要尽量利用感官去施教。”在缺乏实物的观察课上，要使学生用感官获取大量的感性认识、更好地掌握科学概念，使用实物模型就是很好的选择，因为它能够创造一个符合教学需求的学习环境，促进学生探索事物、挖掘问题、思考问题和解决问题，给科学概念的建构提供一个较为理想的支撑点。

二、图表模型——概念建构的支架

如果说观察是科学概念形成的前提，是认识的感性阶段，那么比较就是理性认识的开端，也是科学概念形成的主要方法。生命科学领域中，有许多观察、实验、测量活动都涉及到比较数据。数据的价值就在于真实地呈现事实，为科学概念的建构提供证据、奠定基础。

教师必须重视数据的收集与分析，让学生学会用数据说话。小学生的抽象思维水平还不高，仍处于从具体运算到形式运算的过渡阶段，有时很难通过比较数据发现规律，这就需要教师将数据转化成直观的图表。图表就是形象化的理论模型，图表模型可以为学生概念转变搭建一个支架，帮助学生从中发现规律，顺利形成相应的科学概念。

我在执教六年级《代代相传的特征》一课时，要求学生分组观察同学的相貌特征并记录下相关数据，然后将数据输入到事先设计好的表格中，自动生成条形统计图（如图1所示）。这样，学生就对班级同学的相貌特征调查情况一目了然，从而有效地建构起了遗传这一概念。

我在执教《我们在成长》一课时，将学生几年来身高和体重的数据绘制成曲线图（如图2所示）。这样，学生就对自己近几年的身高和体重变化有了直观的认识，进而对青少年身体生长发育的规律有了一定的了解。

在执教《植物长大了》《蚕幼虫体长变化》《不同的土壤对植物生长的影响》等内容时，有效引入图表模型能丰富学生的感性认识，促进学生认识事物的本质，开拓他们的探究思路，帮助他们建构正确的科学的概念。

三、演示模型——揭示科学概念的本质

小学科学教材中有些内容是不能直接感知的，需要教师引导学生反复感知，或研究相关事物的外部信息，抓住推理的突破口，间接推断出事物的内部构造和机理，并在头脑中加以再造想象，这一过程又称作“解暗箱”。

生命科学领域的许多课都有体现“解暗箱”的过程。对于此类课，教师除了提供图片、视频等有关资料辅助教学之外，还可以通过建立演示模型来揭示事物的本质，帮助学生建构科学概念。

如四年级《呼吸与健康》一课，要求学生认识呼气和吸气与胸廓的变化有关，教材的活动设计是这样的：先让学生尝试平静呼吸和深呼吸，再把手放在胸部感觉身体的变化，最后测量深吸气和深呼气时的胸围，通过比较测量数据，让学生认识到呼吸时胸腔有扩张收缩的起伏变化。

该设计通过体验和测量活动，使学生认识到呼气和吸气时胸廓的确发生了变化，但到底发生了怎样的变化，学生只能想象。但是，学生对呼吸的本质还是没有理解，怎样帮助他们认识呼吸的本质呢？

教师可以用演示模型来“解暗箱”，利用塑料饮料瓶、Y形玻璃管、气球、橡胶塞等材料制作一个肺呼吸模型（如图3所示），模型可以很好地解释吸气和呼气时身体发生的变化。

塑料饮料瓶模拟胸腔，Y形玻璃管模拟气管和支气管．2个小气球分别模拟肺，瓶子底部固定一块比较大的气球皮模拟横隔肌。

当向下拉气球薄膜（横膈肌）时，与Y形管相连的气球（肺）会变大，说明肺吸入了气体；向上推气球蒲膜（膈肌），与Y形管相连的气球（肺）会变小，说明肺呼出了气体。用手捏塑料瓶，与Y形管相连的气球（肺）会变小，说明肺呼出了气体；松开塑料瓶，与Y形管相连的气球（肺）会变大，说明肺吸入了气体。

该模型不仅可以模拟膈肌的变化与呼吸的关系，还可同时模拟胸廓的变化与呼吸的关系，将呼吸的本质揭示出来。这样，学生不仅可以观察到呼气和吸气时胸廓会发生变化，还可以搞清楚呼气和吸气时胸廓为什么会发生这样的变化。演示模型的使用深化了学生的认识，轻松地帮他们建构起了呼吸的概念。

《生理与健康》单元还有许多类似的活动，如心脏怎样搏动、血液怎样循环、食物消化过程是怎样的、神经的分布及生理活动过程等，这些人体内部状况都无法直接观察，教师可以通过建立演示模型帮助学生观察。

四、概念模型——形象呈现抽象概念

生命科学领域中的一些科学概念比较抽象，学生很难真正理解。对于这些概念的建构，往往需要借助一些材料，将抽象的概念转变为形象的模型，运用形象的模型反映事物的本质，帮助学生克服认识上的困难，进而在学生大脑中建构起正确的科学概念。

《食物链》一课是六年级《生物与环境》单元非常重要的一个内容，对于六年级的学生来讲，他们课外通过多种渠道，对食物链已经有了一定的认识和了解，但并没有完全理解食物链的含义，在教学过程中，如果教师帮助学生建立起食物链模型，无疑会加深学生对概念的理解。

教师PPT演示螳螂捕蝉的故事，然后提问：这些生物之间有什么样的联系？是什么把它们联系起来的？了解了学生的前概念后，引导学生尝试制作纸环串（如图4所示）模拟“螳螂捕蝉”故事中的四种生物的食物联系。学生在制作食物链模型的过程中，发现四种生物之间的食物联系像一条链子。教师以文字与箭头相结合的方式将制作的食物链模型记录在黑板上。通过制作“螳螂捕蝉”的食物链模型，学生初步形成概念，初步认识到自然界生物之间的食物关系是链状的。

第二个环节：教师呈现草原上的生物图片，引导学生分小组活动，每组学生依据草原上生物的食物关系，串出多条食物链，并找出它们的共同点：食物链从绿色植物开始，最后到凶猛的肉食动物结束。通过建立草原上生物食物链模型并进一步观察比较，学生找出了食物链的特征，对食物链的含义有了更深入的理解。

第三个环节：教师出示其中一条食物链，提问：如果其中一种动物消失了会怎么样？学生根据经验和已有知识进行判断，然后在充分讨论交流的基础上，模拟食物网。教师简单介绍了学具后，全班集体搭建草原上的食物网（如图5所示）。再让学生讨论，在食物网模型中“剪掉”一种生物会产生什么样的后果。通过搭建食物网的活动，学生知道自然界中各种生物之间通过食物形成错综复杂的联系，初步意识到食物网中一种生物消失时不会彻底破坏生态平衡。

纵观整节课，教师通过不断建立模型，将食物链这一抽象的科学概念不断具体化，加深了学生对概念的理解。特别是第三个环节，先让学生利用已有知识和经验判断食物链中的一种生物消失了会怎么样，然后搭建食物网，在食物网模型中，学生再讨论如果其中一种生物消失了会产生什么后果。该模型的搭建激发了学生的认知冲突，促使学生从原有的认知结构中走出来，从而弥补了前概念中存在的缺陷，达到了形成正确科学概念的目的。建立形象化的概念模型，将抽象概念具体化，是学习科学概念的方法之一，更是加深学生对科学概念理解的重要环节。

在生命科学领域的教学中，当学生建构概念出现障碍时，建立模型是一种重要的思维方法和教学策略，它可以在学生原有认知与认知对象之间搭建起一座桥梁。当一些教学内容缺乏观察实物，或学生不能直接探究所研究的现象或对象时，可以采用建构模型的方法帮助学生搭建成功体验的阶梯，引导学生进行观察、分析、比较、归纳、判断和推理，通过主动，深入的思维活动，达到发展探究能力和建构科学概念的双重目的。

广东省东莞市大朗中心小学(523795)