小学科学模型识别与建构的实践探索　　

　　随着《义务教育科学课程标准（2022年版）》的颁布，模型建构作为科学思维的重要方式之一[1]，其重要性被进一步凸显。模型建构教学是科学思维与方法培养的重要手段。[2]在小学科学教学中，“物体的沉和浮”（浮力）作为一个核心教学内容，虽广受重视，但在模型识别与建构方面仍存在显著挑战。鉴于此，本文旨在通过深入探讨小学四年级“物体的沉和浮”教学中模型识别与建构的过程，分析如何基于学生的原始模型，引导学生有效识别并建构出更加准确、系统的关于物体沉和浮的模型，从而深化他们对浮力原理的理解。

　　一、模型识别与建构的理解及原始模型分析

　　（一）模型识别与建构的理解

　　基于概念转变的模型建构主要包括以下几个流程：模型意识与激活、模型识别与建构、模型应用与验证、模型深化与拓展、模型评价与调整。其中，模型识别与建构作为模型建构流程的第二步，是实现概念的深度理解和认知转变不可或缺的一步。在当前小学科学课程的教学实践中，模型扮演着至关重要的角色，除实物模型外，从更深层次来看，科学模型还代表了人们在建构知识和解决问题过程中的心智活动[3]，体现了科学探究的本质——通过不断积累证据来发展和修正模型。模型识别是指学生从一些复杂的信息中，识别原先的模型是否能用来表征问题或现象，要求学生具备一定的科学基础知识和敏锐的问题意识。模型识别不仅是学生修正错误前概念的关键步骤，也是他们从直观经验向科学思维过渡的重要桥梁。模型建构则是在识别基础上对模型进行补充或重建，重新组织之前所学概念、知识并重构认知结构，帮助学生形成新概念与建构科学模型，因为通过模型产生的科学知识是动态的，具有推测性、可检验性和可修正性等[4]。

　　此外，模型识别与建构并非孤立存在，它与模型建构的其他环节紧密相连，共同构成一个完整的模型建构体系。在这个过程中，学生的概念转变与模型建构相互交织，需要教师提供持续的支持和反馈，以促进学生深度学习和科学素养的全面提升。

　　（二）“物体的沉和浮”原始模型分析

　　“物体的沉和浮”主题内容在小学高低年段均有涉及，呈纵向分布。在模型建构教学之前，教师对低年段和高年段学生开展了关于“物体的沉和浮”认知情况的调查，对“物体为什么有的沉在水中，有的浮在水面”的原始模型进行分析（见下页表1）。

　　从表1可以看出，大部分学生对“物体为什么有的沉在水中，有的浮在水面”原始模型的分类大致有六种。对这些模型进行横向和纵向的分析比较后发现，低年段和高年段学生主要从物体轻重角度解释沉与浮现象，占比分别为65.03%和48.44%。低年段的其他大部分学生较为平均地分布在模型二至模型五，从受力情况角度解释沉与浮现象的仅有1.71%，这与他们的认知水平有关。高年段有18.65%的学生能够从物体的结构角度解释，认为空心的物体能够浮在水面，这可能与他们体验过橡皮泥被捏成空心的形状能浮在水面有关；只有10.85%的学生能从受力情况角度分析物体的沉浮状态，这可能与学习“力”的相关内容时，课堂活动的组织不够扎实有关。

　　

　　由此可见，大部分学生在低年段的学习后仅能停留在有一些物体是沉在水中，有一些物体是浮在水面的认知层面。这与他们在幼儿园时或凭借生活经验建构的模型是一致的，并没有对他们原先认知的模型进行识别与修正，从而导致高年段学生脑中的模型与低年段学生是相似的，缺少对高年段学习的有效铺垫。

　　二、“物体的沉和浮”教学分析与实践

　　（一）教学目标与要求梳理

　　关于“物体的沉和浮”的内容在小学低年段和高年段均有涉及。低年段的教学要求知道不同的物体在水中有沉有浮；高年段要求知道浮力及影响浮力大小的因素，知道影响物体在液体（或气体）中沉与浮的因素，能说出浮力在生产生活中的一些应用实例。

　　不同年段学生的心理特点和理解能力等都有明显的差异，因此从教学要求和内容安排来看，低年段主要以现象观察和描述为主，高年段则以实验探究为主要研究方向。对于知识结构教学，应呈螺旋上升，逐步引导学生从直观认识到科学理解，从简单模型到复杂模型，构建起完整的“物体的沉和浮”科学模型。

　　（二）“物体的沉和浮”模型识别与建构的教学实践

　　在小学高年段的“物体的沉和浮”教学中，模型识别与建构贯穿整个教学流程，学生通过实验现象的不断输入，进行模型识别与建构。因此，教师根据模型建构的大致流程，从模型识别与建构出发，进行了教学设计与实践，从而帮助学生建构相关模型。

　　1.初步识别模型，奠定概念深化的基础

　　在小学科学教学中，模型识别是学生从已有经验中提取关键信息，并与科学概念进行对比、修正的过程。这一过程不仅是学生认知发展的起点，也是后续模型建构和概念深化的基础。模型识别是概念深化的前提，通过初步识别模型，学生能够意识到自己原有的认知与科学概念之间的差异，进而产生认知冲突，激发进一步探究的动机。同时，模型识别也为概念深化提供了认知基础，学生通过识别前概念中的错误或不完整之处，能够逐步构建更为科学和系统的模型，从而深化对科学概念的理解。

　　在“物体的沉和浮”教学中，高年段学生建构的物体在水中的沉浮状态的原始模型与低年段学生有一些相似的地方，学生的前概念往往集中在“轻重决定沉浮”这一基础模型上。因此，在导入环节，教师可采用与低年段相似的活动，创设情境，引导学生猜测和观察不同物体在水中的沉浮状态，唤起学生的前概念，并进行初步的模型识别。在提出猜想环节，鼓励学生对物体在水中的沉浮状态进行预测，并分享预测依据和理由，从而激活学生脑海中已有的前概念，激发他们对科学现象的好奇心和探索欲。探究物体受到水的浮力的大小与其浸在液体中的体积关系的教学片段如下。