一、開篇：為何選擇科學(xué)模型作為概念理解的“腳手架”？演講人開篇：為何選擇科學(xué)模型作為概念理解的“腳手架”？01實踐反思：在“平衡與調(diào)整”中讓模型教學(xué)更高效02實踐路徑：如何讓科學(xué)模型“長”進(jìn)概念理解中？03結(jié)語：科學(xué)模型——概念理解的“生長之橋”04目錄2025小學(xué)五年級科學(xué)上冊運用科學(xué)模型深化概念理解的實踐課件01開篇：為何選擇科學(xué)模型作為概念理解的“腳手架”？開篇：為何選擇科學(xué)模型作為概念理解的“腳手架”？作為一名深耕小學(xué)科學(xué)教學(xué)12年的一線教師，我常被一個問題困擾：五年級學(xué)生在學(xué)習(xí)《光》《熱》《地球的運動》等單元時，面對“光的直線傳播”“熱傳導(dǎo)的方向”“晝夜交替的成因”等抽象概念，往往停留在機(jī)械記憶層面，難以真正建立科學(xué)思維。直到三年前接觸“科學(xué)模型”這一教學(xué)工具，我才逐漸找到破解之道——當(dāng)學(xué)生能親手搭建一個“光線模型”解釋影子變化，用“熱流箭頭圖”分析保溫杯的保溫原理，或通過“地球-太陽動態(tài)模型”模擬晝夜交替時，那些原本晦澀的概念便如抽絲剝繭般清晰起來?？茖W(xué)模型與五年級學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的內(nèi)在契合根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，10-12歲的五年級學(xué)生正處于“具體運算階段”向“形式運算階段”過渡的關(guān)鍵期。他們雖能進(jìn)行邏輯推理，但仍需具體事物的支撐?？茖W(xué)模型恰好是連接“具體感知”與“抽象概念”的橋梁：可視化特征：將不可見的“光的路徑”轉(zhuǎn)化為竹簽排列的直線，把“熱傳遞”具象為彩色箭頭的流動方向；可操作性：通過調(diào)整地球儀傾斜角度模擬四季變化，旋轉(zhuǎn)手電筒位置觀察影子長短，讓抽象過程變?yōu)榭烧{(diào)控的“實驗劇場”；可修正性：從最初用“圓形紙片”簡單表示太陽，到補充“光線輻射線”，再到標(biāo)注“地球自轉(zhuǎn)方向”，模型迭代的過程正是概念深化的過程。2022版課標(biāo)與五年級教材的雙重要求《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確將“模型建構(gòu)”列為五大核心素養(yǎng)之一，要求五年級學(xué)生“能基于觀察和實驗，用簡單的模型描述和解釋自然現(xiàn)象”。翻閱五年級上冊教材（以教科版為例），《光》單元需理解“光的傳播路徑”，《熱》單元需分析“熱傳遞的方式”，《地球的運動》單元需解釋“晝夜交替的成因”——這些內(nèi)容均具有“現(xiàn)象可見但機(jī)制抽象”的特點，正是科學(xué)模型大顯身手的領(lǐng)域。02實踐路徑：如何讓科學(xué)模型“長”進(jìn)概念理解中？實踐路徑：如何讓科學(xué)模型“長”進(jìn)概念理解中？經(jīng)過三年實踐，我總結(jié)出“三階九步”模型教學(xué)法，即“模型選擇-模型構(gòu)建-模型應(yīng)用”三個階段，每個階段包含三個具體步驟，逐步推動學(xué)生從“看模型”到“做模型”，最終“用模型解釋世界”。第一階段：精準(zhǔn)選擇——讓模型與概念“精準(zhǔn)對接”模型選擇是教學(xué)的起點。若模型與概念匹配度不足，可能導(dǎo)致“為建模而建模”的形式化問題。我通常從以下三個維度篩選或設(shè)計模型：第一階段：精準(zhǔn)選擇——讓模型與概念“精準(zhǔn)對接”基于教材內(nèi)容的“核心概念錨點”以《光》單元為例，核心概念是“光沿直線傳播”。學(xué)生需理解“光線是描述光傳播路徑的假想線”，因此選擇“物理+符號”復(fù)合模型：用激光筆（物理模型）發(fā)射可見光束，在煙霧箱中觀察路徑；同時用紅色水彩筆在白紙上畫出帶箭頭的直線（符號模型），標(biāo)注“光線”。這種“雙軌模型”既符合“光的不可見性”特征，又滿足“五年級學(xué)生需要具體感知”的認(rèn)知需求。第一階段：精準(zhǔn)選擇——讓模型與概念“精準(zhǔn)對接”基于學(xué)生前概念的“認(rèn)知沖突點”教學(xué)前測發(fā)現(xiàn)，80%的學(xué)生認(rèn)為“影子的形狀只與物體形狀有關(guān)”，忽略光源位置的影響。針對這一認(rèn)知偏差，我設(shè)計了“動態(tài)光源模型”：用可調(diào)節(jié)高度的LED燈（模擬太陽）、不同形狀的物體（手偶、積木）、白色幕布（投影面）組成實驗裝置。學(xué)生通過改變燈的高度（0cm、30cm、60cm），觀察影子長度變化，再用“光線-物體-影子”關(guān)系圖（概念模型）記錄數(shù)據(jù)，最終得出“影子長度與光源高度成反比”的結(jié)論。第一階段：精準(zhǔn)選擇——讓模型與概念“精準(zhǔn)對接”基于教學(xué)目標(biāo)的“能力發(fā)展點”五年級需重點培養(yǎng)“用模型解釋現(xiàn)象”的能力。例如《地球的運動》單元“晝夜交替”的教學(xué)目標(biāo)不僅是“知道地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致晝夜交替”，更要“能用模型說明自轉(zhuǎn)方向、周期與晝夜變化的關(guān)系”。因此選擇“可旋轉(zhuǎn)地球儀+固定光源”的組合模型：地球儀上標(biāo)注北京、紐約位置，用手電筒（固定）模擬太陽，學(xué)生手動旋轉(zhuǎn)地球儀（自西向東），觀察“北京從黑夜到白天”的過程，同時記錄“旋轉(zhuǎn)一周所需時間”與“晝夜交替周期”的關(guān)系。這種模型既包含“操作要素”（旋轉(zhuǎn)方向），又隱含“定量要素”（時間對應(yīng)），能有效支撐能力目標(biāo)達(dá)成。第二階段：共建模型——讓思維在“動手-動腦”中顯性化模型構(gòu)建不是教師的“獨角戲”，而是師生共筑的“思維可視化”過程。我常采用“問題鏈引導(dǎo)+分步建構(gòu)”的策略，具體分為三步：第二階段：共建模型——讓思維在“動手-動腦”中顯性化問題驅(qū)動：從現(xiàn)象到模型的“思維起跳點”以《熱傳遞》單元“熱在金屬條中的傳遞”教學(xué)為例，先讓學(xué)生觀察“用酒精燈加熱銅條一端，另一端的火柴依次掉落”的現(xiàn)象，拋出問題：“火柴為什么會按順序掉落？熱是怎么‘跑’過去的？你能用一種方式把熱的‘路線’畫出來嗎？”學(xué)生最初可能畫“彎曲的波浪線”（前概念），或“零散的點”（模糊認(rèn)知），此時教師引導(dǎo)：“如果用箭頭表示方向，用疏密表示快慢，怎樣畫更清楚？”逐步將學(xué)生的“直覺繪圖”引向“科學(xué)模型”。第二階段：共建模型——讓思維在“動手-動腦”中顯性化協(xié)作修正：從個體到共識的“模型優(yōu)化期”學(xué)生以小組為單位繪制“熱傳遞模型圖”后，組織“模型發(fā)布會”：A組用紅色箭頭從加熱端指向未加熱端，標(biāo)注“熱從高溫傳向低溫”；B組補充“箭頭越密表示熱傳遞越快”；C組提出“金屬條中間溫度應(yīng)該比兩端高”，用漸變色表示溫度梯度。教師此時需扮演“腳手架提供者”，提示：“真實實驗中，距離熱源越遠(yuǎn)，火柴掉落越慢，這說明熱傳遞的速度會變化嗎？”引導(dǎo)學(xué)生將“等距箭頭”改為“逐漸變疏的箭頭”，最終形成“方向明確、密度漸變”的熱傳遞模型圖。第二階段：共建模型——讓思維在“動手-動腦”中顯性化語言外顯：從圖形到概念的“意義內(nèi)化”模型構(gòu)建完成后，要求學(xué)生用“三句話法則”描述模型：“我畫的箭頭方向表示______，箭頭密度變化表示______，這個模型說明熱傳遞的規(guī)律是______。”通過語言表達(dá)，學(xué)生將“圖形符號”轉(zhuǎn)化為“概念語言”，完成從“動作表征”到“符號表征”的認(rèn)知升級。如學(xué)生描述：“箭頭從加熱的左端指向右端，說明熱從高溫傳向低溫；箭頭越來越稀，說明離熱源越遠(yuǎn)，熱傳遞越慢；所以熱在金屬中是沿著物體從高溫部分傳到低溫部分的?！钡谌A段：遷移應(yīng)用——讓模型成為“解釋世界的工具”模型的終極價值在于應(yīng)用。當(dāng)學(xué)生能用模型解釋生活現(xiàn)象、解決實際問題時，概念才算真正“扎根”。我設(shè)計了三個層次的應(yīng)用場景：第三階段：遷移應(yīng)用——讓模型成為“解釋世界的工具”基礎(chǔ)應(yīng)用：解釋教材中的典型現(xiàn)象例如學(xué)完“光的直線傳播”模型（帶箭頭的直線表示光線）后，讓學(xué)生用模型圖解釋“小孔成像為什么是倒立的”：畫出蠟燭火焰的頂端發(fā)出的光通過小孔射向屏的下方，火焰底端的光通過小孔射向屏的上方，兩條光線交叉形成倒立的像。學(xué)生通過繪圖+標(biāo)注，將“光線模型”與“成像原理”深度綁定。第三階段：遷移應(yīng)用——讓模型成為“解釋世界的工具”拓展應(yīng)用：解決生活中的真實問題《熱》單元學(xué)完“熱傳遞三種方式”后，布置“設(shè)計保溫杯”的項目任務(wù)。學(xué)生需要綜合運用“熱傳導(dǎo)模型”（用箭頭表示杯壁的熱傳遞）、“熱對流模型”（用環(huán)形箭頭表示杯內(nèi)空氣流動）、“熱輻射模型”（用波浪線表示向外輻射的熱量），分析現(xiàn)有保溫杯的結(jié)構(gòu)（雙層真空、不銹鋼內(nèi)膽、杯蓋密封）如何阻斷熱傳遞。有學(xué)生提出：“如果在杯蓋加一層泡沫，可能減少熱傳導(dǎo)”，并通過“對比實驗”（普通杯蓋vs泡沫杯蓋，測量1小時后水溫）驗證假設(shè)，真正實現(xiàn)“用模型指導(dǎo)設(shè)計”。第三階段：遷移應(yīng)用——讓模型成為“解釋世界的工具”創(chuàng)新應(yīng)用：探索未學(xué)的延伸問題五年級《地球的運動》單元學(xué)完“晝夜交替”后，部分學(xué)生對“四季成因”產(chǎn)生興趣。此時提供“地軸傾斜模型”（地球儀固定23.5傾角，繞手電筒公轉(zhuǎn)），讓學(xué)生自主觀察“同一地點不同公轉(zhuǎn)位置的光照角度變化”，并用“太陽高度角-溫度變化”關(guān)系圖記錄數(shù)據(jù)。有小組發(fā)現(xiàn)：“當(dāng)?shù)厍蜻\行到A點時，北京的太陽高度角大，光照集中，所以是夏季；運行到C點時，太陽高度角小，光照分散，所以是冬季”，雖未正式學(xué)習(xí)“四季成因”，但通過模型探索已初步建構(gòu)了相關(guān)概念。03實踐反思：在“平衡與調(diào)整”中讓模型教學(xué)更高效實踐反思：在“平衡與調(diào)整”中讓模型教學(xué)更高效任何教學(xué)方法都需在實踐中不斷優(yōu)化。三年來，我也遇到一些挑戰(zhàn)，并總結(jié)出相應(yīng)的改進(jìn)策略：平衡“模型簡化”與“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性”為符合學(xué)生認(rèn)知，模型常需要簡化（如用直線表示光線，忽略光的波動性），但過度簡化可能導(dǎo)致概念偏差。例如有學(xué)生認(rèn)為“光線是真實存在的線”，而非“假想的模型”。解決策略是：在模型建構(gòu)初期明確“這是為了研究方便而設(shè)計的模型”，后期通過“反例辨析”強化認(rèn)知（如提問：“用激光筆照空氣，我們看到的紅光真的是光線本身嗎？”引導(dǎo)學(xué)生意識到“看到的是光照射到空氣中的灰塵產(chǎn)生的反射，光線是我們用來描述路徑的工具”）。關(guān)注“不同認(rèn)知水平學(xué)生”的參與差異在小組模型建構(gòu)中，常出現(xiàn)“思維活躍學(xué)生主導(dǎo)，內(nèi)向?qū)W生旁觀”的現(xiàn)象。改進(jìn)方法是采用“角色分工制”：每組設(shè)“記錄員”（負(fù)責(zé)繪制模型初稿）、“質(zhì)疑員”（提出模型不合理處）、“講解員”（向全班匯報）、“優(yōu)化員”（整合意見修改模型），確保每個學(xué)生都有明確任務(wù)。例如在“熱傳遞模型”建構(gòu)中，平時沉默的小宇擔(dān)任“記錄員”，因繪圖工整被小組推舉為“講解員”，逐漸建立了參與自信。加強“模型與其他科學(xué)方法”的聯(lián)動模型不是孤立的，需與觀察、實驗、推理等方法結(jié)合。例如在“光的反射”教學(xué)中，先通過實驗觀察“入射角與反射角的關(guān)系”（測量法），再用“入射光線-反射光線-法線”模型圖（模型法）總結(jié)規(guī)律，最后用模型解釋“鏡子為什么能成像”（推理法）。這種“方法組合”能幫助學(xué)生建立更完整的科學(xué)思維體系。04結(jié)語：科學(xué)模型——概念理解的“生長之橋”結(jié)語：科學(xué)模型——概念理解的“生長之橋”回想起三年前第一次嘗試用“光線模型”教學(xué)時，學(xué)生畫的影子圖歪歪扭扭；而如今，五年級學(xué)生已能熟練用“熱流箭頭圖”分析暖氣片的安裝位置，用“地球-太陽模型”解釋“為什么新疆比北京天黑得晚”。這些變化讓我深刻體會到：科學(xué)模型不是教學(xué)的“裝飾品”，而是概念理解的“生長之橋”——它將抽象的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化