摘要：《义务教育科学课程标准（2022 年版）》将“模型建构”明确列为科学思维的核心组成部分，对小学科学教学提出了全新要求。针对当前小学科学模型构建教学中存在的“概念认知浅层化、教学设计碎片化、能力培养形式化”三大核心问题，本研究采用行动研究法，构建了“四阶六步”模型构建教学模式并通过真实的教学案例开展实践验证。研究表明，该教学模式可有效提升教师的模型构建教学能力，显著促进学生科学概念的深度内化与科学思维的全面发展，提升学生的科学核心素养。为新课标下小学科学模型构建教学提供了可复制、可推广的实践范式。

关键词：新课标，小学科学，模型构建，四阶六步，核心素养

一、引言

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）在课程目标中明确提出，学生需“能基于经验事实抽象概括出理想模型，具有初步的模型理解和模型构建能力”，将模型建构能力的培养提升至前所未有的高度。模型构建作为科学研究的核心方法，是连接抽象科学概念与小学生具象认知的重要桥梁，更是培养学生科学思维、落实核心素养的关键路径。

但当前小学科学模型构建教学仍存在诸多与新课标要求不相适应的问题：其一，核心概念认知模糊，多数教师对模型构建的理解停留在实物手工制作的表层，未能把握其思维培养的核心本质，导致建模活动流于形式；其二，教学设计碎片化，模型构建活动多为零散的单节课设计，缺乏贴合教材、适配学生认知规律的系统化课程体系，难以实现学生建模能力的螺旋式上升；其三，教学实施浅层化，课堂多聚焦于动手制作的结果，缺乏“感知-建构-应用-迭代”的完整建模认知闭环，无法实现学生科学思维的深度培养。

基于此，本研究立足新课标核心理念，以教育科学出版社出版的小学科学教材为载体，通过系统的行动研究，探索小学科学模型构建教学的系统化实践路径，构建可操作、可推广的教学模式，为一线小学科学教学提供实践参考，推动新课标核心素养要求在课堂中的有效落地。

二、核心概念界定

（一）对模型构建概念的界定

本研究中的所指的模型构建并非单纯的实物模型制作，而是建构能够让人们研究或能从主要方面反映事物本质特征及共同属性的理想模型和概念。具体指学生在教师引导下，基于经验事实，通过抽象、简化、表征等方法，创建能解释科学现象、揭示客观规律的模型，并完成“应用验证-评估反思-迭代优化”的完整闭环，其核心目标是促进学生深度理解科学概念，发展科学思维与创新能力。

（二）“四阶六步”教学模式

“四阶六步”模型构建教学模式是本研究形成的核心模型构建教学范式，其中“四阶”是学生模型构建的四大认知发展阶段，即体验与感知、建构与表征、应用与推理、评估与迭代。有了对学生认知发展阶段的研究，为了让日常模型构建教学符合学生的认知发展阶段，经过课堂实践教学，我们归纳总结出模型构建教学设计实施的“六步”环节，即创设真情境、提出驱动问题、小组合作建构、全班分享阐释、迁移应用解决新问题、反思评价与改进。其中第一、二步对应学生的体验与感知阶段，第三步对应建构与表征阶段，第四、五步对应应用与推理阶段，第六步对应评估与迭代阶段。这样六个教学环节的设置实现了学生对模型构建认知规律与课堂教学流程的深度融合。

“四阶”构成了学生模型构建能力发展的完整认知闭环，四个阶段层层递进、不可割裂，贯穿教学活动的始终。

1.体验与感知阶段：核心目标是激发学生的建模需求，通过真实情境引发学生的认知冲突，让学生产生“用模型解释现象、解决问题”的内在动机，是建模活动的起点。

2.建构与表征阶段：这是建模的核心环节，目标是将学生的内部科学思维外化为可视化的模型。学生通过小组合作，将抽象的科学概念转化为实物、图示、符号等形式的模型，实现思维的显性化表达。

3.应用与推理阶段：核心目标是验证模型的科学性与有效性，深化对科学概念的理解。学生通过运用模型解释新现象、解决新问题，在实践中检验模型的普适性，实现知识的迁移与能力的升华。

4.评估与迭代阶段：这是建模活动的高阶环节，核心目标是发展学生的元认知能力与批判性思维。学生通过对照科学事实反思模型的不足，制定并落实优化方案，完成模型的迭代升级，理解“模型是不断发展完善的”这一科学本质。

“六步”是“四阶”认知主线在40分钟标准课堂教学中的具体落地，六个环节环环相扣，完整覆盖了建模的全流程。

1.创设真情境：对应“体验与感知”阶段，教师利用生活现象、科学实验、前沿科技等素材，创设贴近学生生活、富有挑战性的真实情境，激发学生的探究兴趣。

2.提出驱动问题：对应“体验与感知”阶段，教师在情境基础上，提出贯穿课堂的核心驱动问题，明确建模任务与目标，让学生的探究活动有的放矢。

3.小组合作建构：对应“建构与表征”阶段，学生以小组为单位，围绕驱动问题开展方案设计，动手完成模型的初步构建，教师全程提供思维支架与资源支持。

4.全班分享阐释：对应“应用与推理”阶段，各小组展示模型并阐述设计理念与科学原理，其他小组开展质疑与交流，在思维碰撞中完善对模型的认知。

5.迁移应用解决新问题：对应“应用与推理”阶段，教师创设新的问题情境，引导学生运用模型解决新问题，检验模型的有效性，实现知识的迁移应用。

6.反思评价与改进：对应“评估与迭代”阶段，学生通过自评、互评反思模型的不足，制定优化方案，完成模型迭代；教师通过评价量规开展过程性评价，引导学生深化认知。

三、“四阶六步”教学模式的具体实施

“四阶六步”教学模式是我们课题组在一年多的时间里，通过反复的课堂实践总结出来的。下面把这个模式具体展开，先说每一步的意义是什么，再说我们是怎么在课堂上做的。

（一）第一步：创设真情境——让学生觉得“这事跟我有关”

这一步的意义是激发学生的好奇心和探究欲望。新课标倡导“情境化学习”，通过真实情境可以激发学生的模型建构动机。我们自己也体会到，如果学生觉得一个问题跟自己没关系，他就不会真正投入。反过来，如果情境是真实的、有意思的，学生就会主动去想。

在《点亮小灯泡》这节课上，教师是这样创设情境的。上课的时候，教师拿了个手电筒，打开，照了照教室。然后问学生：“手电筒为什么会亮？里面有什么？”学生说“有电池，有灯泡”。教师追问：“那你们能不能用我给的电池、导线、小灯泡，也做一个能亮的？”这个问题一下子就把学生拉进来了。他们觉得这不是老师在考他们，而是一个自己也能动手试一试的事情。

在《八颗行星》这节课上，教师通过视频创设情境。这个视频是根据真实数据做的，它把行星的大小和距离按比例缩小，让学生看到如果把太阳放在一个教室里，那地球就在教室外面很远的地方，海王星就更远了。学生们看完视频，都“哇”了一声。接着教师提问：“你们印象里的太阳系，和这个视频里的一样吗？”学生们都说不一样，觉得太阳系原来这么“空”。这种认知冲突，一下子就激起了他们的兴趣。

（二）第二步：提出驱动问题——让学生知道“我们今天要解决什么”

这一步的意义是明确任务，让学生的探究活动有明确的方向。如果没有一个具体的问题，学生的探究活动就容易散掉，做模型也会变成漫无目的的手工制作活动。一个好的驱动问题，应该是开放的、有挑战性的，但又是学生够得着的，这是我们设计驱动问题的关键性原则。

在《八颗行星》这节课上，教师提出的驱动问题是：“如果我们班要在学校操场上做一个‘太阳系漫步’的模型，让大家走一圈就能知道每颗行星离太阳有多远，那我们该怎么确定每颗行星的位置？”这个问题把学生拉进了一个真实的任务里。他们要计算、要讨论、要决定用什么比例，而不是只听听老师讲。

在《点亮小灯泡》这节课上，驱动问题是这样设计的：“今天我们的任务就是，做一个能让小灯泡持续发光的电路，然后你们要能告诉我，小灯泡为什么能亮。”这个问题既有动手的部分，也有动脑的部分，这样学生就很清楚自己在课堂中要干什么。

在《船的研究》这节课上，我们提出的驱动问题是：“如何设计一艘载重量大、稳定性好的小船？”这个问题直接指向了工程设计的核心目标，让学生在做模型之前就知道自己努力的方向是什么。

（三）第三步：小组合作建构——让学生动手把想法变成看得见的东西

模型建构可以把抽象的科学概念转化为“直观、可操作的实体”，让学生在观察和操作中感知概念的本质特征，所以这一步的意义是把学生经过合作交流后的想法外化出来。我们觉得这一步是最关键的教学环节，因为它让学生从“想”走到了“做”。

在《点亮小灯泡》这节课上，学生分组开始连接电路。他们很快发现，不是随便连接都能点亮小灯泡的。有的接法亮，有的接法不亮。教师在各小组之间巡视，看着他们把亮的和不亮的都连接方法用示意图的形式画下来。有个小组画了四种接法，两种亮，两种不亮。学生开始猜测：是不是要让电流走一个圈小灯泡才能被点亮？这个猜测虽然还不太准确，但方向对了。这时候，教师指导学生用红色贴纸标记电流从电池正极流出的方向，用蓝色贴纸标记电流回到电池负极的路径，让学生按照红→灯泡→蓝的顺序连接电路。这个办法确实管用，学生看着贴纸的颜色，就能大概感觉到电流是怎么走的。

在《船的研究》这节课上，每个小组拿到泡沫板、铝箔、橡皮泥、吸管这些材料，开始动手做船。这个过程特别热闹。有的小组一开始就画了设计图，有的小组边做边改。有的小组，先用铝箔做了个船底，放水里发现太软了撑不住，他们又加了一层，还用吸管做了个支撑。在动手过程中学生会发现问题并尝试解决问题，这种在探究中寻找答案的方法比老师直接告诉他们答案要好得多。

在《八颗行星》这节课上，学生们的动手环节不是做制作实物，而是计算和画图。教师给每个小组发了一张行星数据卡片，上面写着每颗行星到太阳的真实距离。学生们开始算比例。他们先确定一个基准，比如把地球放在离太阳1米远的地方，然后算海王星应该放在多远的地方。算出来的结果是30米。30米是什么概念？差不多是学校教学楼的长度。学生们一边计算一边讨论，有的小组算错了，又重算。这个过程里，他们真的在用数学，在用比例思维，把“太阳系很大”这个抽象概念，变成了一个具体的数字。

（四）第四步：全班分享阐释——让学生把自己的想法说出来，听别人的想法

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。这一步的意义是促进学生之间的思维交流。我们自己的体会也是这样。有时候一个小组自己闷头做，发现不了问题。但其中一个小组分享自己的想法后，其他的小组一看，马上就能指出存在的问题。

在《点亮小灯泡》这节课上，教师让几个小组把他们画的图贴到黑板上。大家对比发现，所有能亮的接法，都满足一个条件：从电池正极出来，经过小灯泡的两个连接点，再回到电池负极，形成一个闭合的圈。有的学生把闭合回路比喻成绕着操场跑一圈，必须回到起点才算完成一圈。这个比喻特别好，能把抽象的闭合回路概念用学生熟悉的事情说清楚了。其他小组听了，也开始用这个比喻来解释自己的电路。

在《船的研究》这节课上，教师让每个小组展示自己的船模型，并说说他们是怎么设计的、遇到了什么问题、怎么解决的。有的小组发现船底如果太平，放硬币的时候容易翻。后来他们把船底做成弧形，发现稳多了。另一个小组一开始用了很多铝箔，船太重了，后来把材料减少了，反而装得更多了。这些分享，让其他小组也学到了经验。有了其他小组的发言引导，让班里一个平时不太爱说话的学生，在分享自己小组的模型的时候说得特别清楚，教师及时组织大家都给他鼓掌，这就是此环节设计的特殊意义，让学生充满表达欲。

在《八颗行星》这节课上，每个小组把自己算出来的数据贴在黑板上。经过比较发现，不同的小组用的基准不一样，所以数据也不一样。但大家最后都明白了一个道理：要想模型科学，就必须用等比例缩放。经过展示交流有的学生发现地球到太阳的距离，比地球到月球的距离大多了，但是他以前觉得地球到太阳和月球的距离差不多。学生能说出这种话，说明他在听别的小组分享的时候，自己在比较、在思考，能够让学生们在思维的碰撞中有新的收获。

（五）第五步：迁移应用解决新问题——让学生用模型去解决新问题

这一步的意义是检验学生建构模型的有效性，实现知识的迁移。如果学生只能用模型解释上课讲过的那一个现象，那说明他还没真懂。只有当他能用模型去解决一个新问题，才说明这个模型真正内化了。

在《点亮小灯泡》这节课上，教师设置了一个“故障电路”的任务。教师故意把导线中间弄了个断开的地方，然后让学生用“闭合回路”的模型去排查故障。他们拿着导线一段一段检查，找到了问题。当学生利用知识发现导线断开了，回路不通，所以灯泡不亮时，他们真的时在用模型解决问题，而不是死记硬背“灯泡不亮是因为没接好”。

在《设计和制作“过山车”》这节课中，教师加了一个新任务：“现在，请你们改造你们的过山车，让小球从起点到终点的时间超过5秒钟。”这个任务更难了，因为要让球慢下来。经过小组讨论有的小组加长了轨道，有的小组降低了落差，有的小组让轨道多绕几个弯。他们用自己在前面模型构建过程中积累的知识去解决新的问题。

在《八颗行星》这节课上，教师又问了一个新问题：“如果我们把地球放在离太阳1米的地方，那海王星应该放在哪里？”学生脱口而出“30米”。教师又追问：“如果我们要在这个模型里看到海王星，人得站在哪里看？”他们说“得站在教学楼的另一头”。这一问，他们真的感觉到太阳系有多“空”了。这个新问题，让他们把自己算出来的数据，变成了一个可以想象的场景。

（六）第六步：反思评价与改进——让学生想一想“哪里还可以更好”

在模型建构过程中，要“启发思考，促进模型建构过程”，让学生“主动分析问题、寻找解决方案”。这一步的意义是发展学生的元认知能力和批判性思维。我们觉得，反思这一步特别重要，因为它让学生从“我做了什么”提升到“我做得怎么样、怎么做得更好”。

在《点亮小灯泡》这节课上，教师让学生用标准的电路符号画电路图。把之前画的实物图，变成符号图。学生发现，用符号画图比画实物简单多了，而且大家都能看懂。在画的过程中学生满满理解原来模型不一定要做成真的东西，画出来也是一种模型。此环节让学生“模型”的理解更深了一层。

在《船的研究》这节课上，学生通过评价表，给自己的模型打分。评价表上有“科学性”“稳定性”“创造性”几个方面。通过小组内自评和小组间互评学生对自己建造的小船有了一个更深的认知。在其他小组的建议基础上，他们认真反思，在想着怎么做得更好。

在《八颗行星》这节课上，我们给学生看了NASA官网上的标准太阳系比例模型。让他们对照着想一想，我们的模型和标准模型有什么不一样？我们简化了哪些东西？为什么可以简化？有个学生说：“我们的模型没做行星的大小比例，因为如果大小也按比例做，海王星就太小了，根本看不见。”在之后教师引导学生理解模型不用面面俱到，能抓住核心、解决问题就行。模型的本质不是真实的东西，而是为了帮我们理解真实的东西而做的简化的、理想化的事物。

（七）“四阶”与“六步”的关系

需要说明的是，这六个步骤并不是机械地一条线走完。在实际教学过程中，经常会有循环。比如在“反思评价与改进”之后，学生可能会回到“小组合作建构”，重新修改模型。这种循环，正是科学探究的真实样子——不是一次就做对，而是不断试错、不断优化的过程。模型建构需要学生“不断猜想、建立、推翻、再建立”，最后才能成功构建模型。“四阶六步”模型构建教学模式在日常教学应用中，它不是一条直线，按部就班的完成教学任务，而是一个螺旋上升的过程，在不断质疑、修改中提升学生的科学核心素养。

四、教学实践成效与反思

（一）实践成效

1.实现了学生科学核心素养的全面发展

通过“四阶六步”小学科学模型构建教学实践，学生的科学核心素养得到了全面提升，彻底打破了以往学生认为“科学=死记硬背”的认知误区，他们在动手建模的过程中实现了科学概念的深度内化；学生的模型构建能力、逻辑推理能力、系统思维、批判性思维得到了系统性训练，科学思维核心素养得到有效落实；同时，学生的探究实践能力、合作创新能力也得到显著提升，对于学习科学的兴趣与主动性大幅增强。

2.推动了教师教学理念与能力的系统性升级

通过模型构建教学课题的研究与教学实践，教师对新课标核心素养的理解更加深入，彻底打破了“建模=手工制作”的浅层认知，实现了从知识传授者到思维引导者的角色转变；教师们的教学设计、教学实施与课堂管理能力得到了有效提升；在课堂实践中，教师们创设真实情境让学生在真情境中探究真问题，激发学生的学习兴趣和探究欲望，在课后积极反思自己教学过程中的不足之处，在平行班级内再次授课，完善之前课堂教学的不足，提高了他们的教学反思与评价的能力。

3.形成了系统化、可推广的小学科学模型构建教学范式

本研究形成的“四阶六步”教学模式，完全贴合新课标要求与小学生认知规律，适配小学科学全学段、全领域教学，具备极强的可操作性与可推广性，为一线小学科学教师提供了完整的模型构建教学解决方案。

（二）实践反思与优化方向

实践过程中发现，模型构建教学的实施仍存在一些待优化的问题：其一，部分学生的数学基础、动手能力存在差异，建模过程中需要更具针对性的分层支架；其二，跨学科融合的模型构建教学仍处于初步探索阶段，与数学、信息技术等学科的深度融合不足；其三，数字化技术在模型构建教学中的应用有待进一步探索。

后续将从三个方面优化完善：一是设计更具梯度的分层任务与学习支架，满足不同层次学生的学习需求；二是加大跨学科教学案例的开发力度，探索模型构建在STEAM教育中的应用路径；三是引入虚拟仿真、3D设计等数字化工具，丰富模型构建的形式，进一步提升教学效果。

结论

模型构建是落实新课标科学核心素养培养的核心路径，将系统化的模型构建教学融入小学科学课堂，可有效破解抽象科学概念的教学难点，实现学生科学思维与实践能力的协同发展。本研究形成的“四阶六步”模型构建教学模式，将学生的认知发展规律与课堂教学流程深度融合，为小学科学教师在模型构建教学中提供了完整、可操作的实践范式。

未来，我们将进一步扩大研究成果的推广范围，深化跨学科融合与数字化教学的探索，不断完善模型构建教学体系，让模型构建真正成为小学科学课堂中培养学生核心素养的核心载体，为新课标下小学科学教育的改革与发展贡献力量。

参考文献

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