《声音的产生》课堂的模型教学法.pdf

案例设计ANLI SHEJI一、模型教学法学习科学模型的性质和实用性，并在创建和测试模型的过程中积极参与，应该是科学教育的重点。为了实现这一愿景，在科学课堂上使用模型教学法就显得尤为重要。在本文中，我们广义地将科学模型定义为一组表示、规则和推理结构，使人们能够生成预测和解释。科学模型的形式多种多样，常见的模型主要有物理模型（一些实物或示意图）、数学模型（通常为数学公式）、概念模型（通常为相关理论）等。然而，研究表明，尽管学生可以成功地将科学定律和模型作为探究型科学课程的一部分，但并不总是理解在以模型为中心的课程中参与建模过程的意义，且大多数科学教师缺乏相应的建模知识，因此笔者认为，鉴于模型教学法在科学探究课程中的重要地位以及国内对这一部分的研究空白，有必要对此进行深入研究及调查，使学生完全理解科学探究的本质，提升他们使用和开发科学模型的能力。二、中国科学探究与美国NGSS科学与工程实践的区别2013年美国制定了 新一代科学教育标准 英文简写（NGSS），包含了三个维度：科学和工程实践、核心概念、跨学科概念。这一改革的核心是科学探究向科学和工程实践的转变。其中科学和工程实践又包括了8种应该在科学课堂上使用的部分，本文所探讨的模型教学法对应其中的开发与使用模型。同时我国在2022年出台了 义务教育科学课程标准（以下简称 课程标准），包含了13个学科核心概念和4个跨学科概念，与NGSS具有较强的可比性。首先，NGSS 中对 K-5 年级科学与工程实践标准的表述，包含诸多由行为动词和名词组成的短语如“描述问题”“搜集数据”“解释现象”等。而分析 课程标准 的学习目标后发现，几类最常见的行为动词，例如：“说出”“知道”“描述”“举例”，其中前三类表述基本上是直接交代某种科学事实、科学规律或科学概念；“开发与利用模型”和“获得、评估与交流信息”，在学习目标中出现得较少且基本只存在于“技术与工程领域”；“提出问题与定义问题”则几乎没有被提及。由此看来，我国课标一定程度上反映着“科学实践”思想，但没有在内容标准中将其明确表述，学习目标中的“知道”“描述”“说出”等行为动词仅仅规定了学生应达到的水平，而没有给出具体的认知实践途径。其次，我国的 课程标准 强调科学探究的重要性，要求学生具备提出问题、做出假设、制订计划、声音的产生 课堂的模型教学法许新宇 柏毅（江苏：东南大学儿童发展与教育研究室 儿童发展与学习科学教育部重点实验室）摘要 目前，小学科学教学中关于模型方法教学的理论或实践研究极少。其原因一是小学科学教师队伍缺乏研究意识与研究动力；二是学者与教育专家对小学科学这一学科领域重视程度不够，远远不及对中学物理、化学等具体自然科学学科的关注度。且模型方法的教学研究在国内主要集中在中小学阶段的学科教学中，从论文统计情况来看，大多是数学、物理、化学等中学理科学科中运用概念模型、问题模型、过程模型等手段给学生讲授解题的方法与技巧。基于此，本研究试图构建基于美国NGSS的小学科学模型教学法，结合苏教版小学科学一年级的 声音的产生 进行具体分析，并进一步展示“模型教学法”在教学过程中的运用，总结我国小学科学教师面临的困难与挑战，为小学科学教育工作者提供一定的参考和借鉴。关键词 小学科学；NGSS；模型教学法中图分类号 G424文献标识码 A文章编号 1674-6317（2023）20-0037-0337S小学科学cience2023.20搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价的能力，在探究教学中要注重培养学生的思维技能和能力。而 NGSS 强调实践，即学生自己设计方案、构建模型并应用，更加有利于学生的创造力发展和提高自主解决问题的能力。三、以 声音的产生 课教学为例建模实践带给课堂教学的最大变化是期望学生在学习和使用核心概念的情境下，能够基于新的证据建构和修正模型，预测和解释现象，测试各种设计难题的解决方案。或许这样说会有点抽象，下文通过一节课加以例证。（一）NGSS一年级：声音与振动1.观察并描述教师带着学生在校园散步，要求学生用图画和文字的形式记录下他们观察到的结果。回到教室后，请学生分享“你是用什么感官进行感知的？”用一个句子框架来进行汇报，即“我用我的（听觉）来感知（一只鸟）”。接着教师开始询问学生听到的声音，让学生过渡到思考全班听到或讨论过的声音有什么相似或不同之处。引入这节课的主角“警报器”，询问学生何时何地为何听到警报器，是什么导致警报器的声音，引导全班讨论。提问：大家想想对警报器能提出什么样的问题。回顾这些问题，确定哪些可以在课堂上进行研究。在这次体验中我们选择问题“什么导致警报器发出声音”作为重点。教师可以这样说：“今天我们将从这一个问题开始，这个问题将帮助我们解决一个坏掉的救护车报警器，这个问题就是”告诉学生将学习警报器是如何工作的以及它的用途。对学生的挑战是设计出一个能发出响亮声音的装置，可以在模拟的救护车上使用。2.计划并进行调查，以提供振动物体产生声音的证据本节课试图回答的问题（什么产生了声音），教师展示并让学生辨认这节课将使用的材料，即卡林巴琴、勺子锣、鞋盒吉他、门上的提琴、音叉、鱼线乐器，这些乐器代表着6个站点，将学生分为4个人为一组进行调查。设置一个10分钟计时器，指导学生尝试发出声音，然后找到导致声音的原因，如敲打一个锅或是鼓。这时，学生还没有正式接受过关于振动发声的教学指导，教师希望他们做的就是绘制一个可行的模型，用来表示物体为何会发声。在每个站点，学生都需要画出物体，并标明是什么在发声。接下来，学生将完成一个调查活动，在这段时间内他们会在各个站点之间循环，10分钟后归还材料并轮流到他们的第二个站点。在所有的站点中，学生应该清楚地看到一个正在发声的物体在振动。3.构建一个解释说明振动的物质如何引起声音教师给每个小组分配一个声音站，通过这些声音站的调查学生再次面对挑战，建立一个有关物体为何会发声的新模型。再次思考是什么导致这种声音的产生。在一张大白纸上让每组学生为指定的物体画图，用标签和颜色来显示是什么导致声音的产生。这里的科学模型就是通过箭头显示变化或运动，给各个部分贴上标签，清楚地画出来。各个小组轮流介绍他们被分配到的站点，介绍时展示他们的模型，用实际物体来证明是什么导致声音的产生。这样做的目的是让学生在每一个站点都能观察到有一个物体在来回移动，产生了他们所听到的声音。教师通过对学生的绘画提出问题，引导学生对数据进行更深入的思考。此时，他们的模型必须和已有的、与振动产生声音相关的证据相一致。4.构建一个解释说明振动的物质如何引起声音课程的结尾，所有的小组都做了介绍，教师向学生提出本节课开始时的问题：是什么产生了声音？学生分享他们对振动与声音之间关系的看法。反思这些调查是如何帮助他们理解声音产生的原因的。贯穿整个单元，学生一直都在搜集更多关于振动产生声音这个性质的证据。学生应该开始发现振动的物体会产生声音，并且这种模式在任何一个声音站中都有重复。回到警报器视频，要求学生利用调查数据，预测是什么原因使警报器发出了声音。学生一旦构建出他们自己的模型，这个模型就会成为一个得到全班一致认同的模型。在本节课结束时，大多数学生已经能够建立起更加科学的模型。在这堂课中，教师没有直接讲授振动发声模型的特征，而是通过精心设计的建模活动，让学生基于证据自己建构出了模型。这正是建模实践活动的重要特征：构建和修正模型。（二）苏教版三年级下册 声音的产生1.听声音，感知声音38案例设计ANLI SHEJI教师播放一段音频并提问：你听到了什么声音，这些声音告诉了你什么？接着让学生根据这段音频对声音进行分类，包括雷电声、鞭炮声等。谈话：不管是自然的声音还是人造的声音，都能够提供信息。刚才是听声音，接下来我们来制造声音。2.让物体发声，引发探究问题本次活动需要学生解决的问题是“如何让塑料袋发出声音”，学生做出猜想，进行尝试。教师出示塑料袋，提问：你能让塑料袋发出声音吗？学生进行第一次尝试：用不同方法使塑料袋发出声音。第二次发声尝试：让你的身体发出声音。教师提问：通过两个制造声音的活动，你发现了什么？讨论：想要制造声音，需要运用弹、搓、拍等动作。教师提问：那么声音是怎样产生的呢？3.探究声音产生的原因体验不同物体发生时的状态，并总结归纳。首先，引导学生做出预测：刚才我们听了声音，还制造了声音，那么你觉得声音是怎么产生的？学生把自己的预测写在记录单上，交流预测结果。其次，探究尺子发声时的状态（出示常见的尺子，把尺子放在桌边，一只手压住尺子，另一手弹拨），提问：尺子被弹拨后会出现什么现象呢？如何观察和描述这种现象？探究：运用多种感官接收信息，记录尺子发声时的状态。接着探究发声物体的特征。讨论：刚才我们通过眼睛看到了尺子发声时的状态，但有的物体发声时观察不到现象，我们可以借助其他物体来观察（出示放有小米的鼓、装有泡沫的试管），提问：借助小米和泡沫，鼓和试管发出声音时会有什么现象？探究：分组实验，记录观察到的现象。小组交流：刚刚两个实验你观察到了什么现象？师生谈话：眼睛看到小米的振动，证明鼓在振动；向试管中吹气，空气的振动带动了泡沫振动，所以试管也在振动。对声音的产生，你有何想法？四、案例比较探析通过对“声音是如何产生”的这一问题的科学探究，发现国内课堂上存在以下几个问题。（一）学生对课堂导入内容没有探究欲望NGSS 声音与振动 的导入是由一段真实情境引起，即医院救护车上的警报器。且课堂探究的问题是由学生根据真实情境中警报器的工作提出的，再由教师从这些问题中选择本节课需要研究的核心问题。由此可以使学生真正投入进情境状态，主动寻找证据调查研究，激发他们的探究欲望和学习兴趣。而苏教版 声音的产生 导入直接由教师下达任务，我们要解决的问题是“如何让塑料袋发出声音”，类似这样的问题其实稍微有些生活经验的学生对结论是心知肚明的，并且会产生“我为什么要解决这个问题，这跟我有什么关系”的想法，使后面的学习较为被动。在更多的国内科学课堂上，类似于这样的问题还有很多，在实际教学中，教师还是习惯于按照科学探究的固定步骤，让学生观察一些非常浅显的科学现象，让原本对科学课程充满兴趣的学生对研究这些现象失去了热情。（二）科学探究形式单一化NGSS的计划并进行调查部分，让学生通过六个声音站点，绘制自己的模型，用来表示物体为何会发声。在这节课中，学生没有被直接教授振动发声模型的特征，而是通过精心设计的建模活动，基于证据自己建构出了模型。这正是建模实践活动的重要特征：构建和修正模型。而国内的科学课堂大多数在教师的指导下通过观察和交流来进行核心概念的学习，在一堂课中动手探究实践、自主搭建模型的部分很少。科学课堂上的探究应与科学家的研究活动相类似，但在科学教育领域中，科学探究活动似乎已经被理解成了学习某种科学方法，应该被重视的实践活动在课堂上却被忽略，使“探究”在无形中变了味。程式化的探究并不是真正意义上的自主学习，科学课也并不是让学生按照预先设计好的探究步骤，围绕某一内容按此路线亦步亦趋地操作。（三）实践权重低，学科联系不强新一代的科学教育标准呈现一种更为清晰且明确的科学教育观点：鼓励学生动手参与科学研究的过程。我国的科学教学过程，倾向于向学生传授科学概念等科学知识，评价时也主要通过提问或测验的形式，注重对概念本身的理解，而忽略了科学知识在生活中的应用。参考文献1中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准M.北京：北京师范大学出版社，2022.2中华人民共和国教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见S北京：教基 2019 16号，2019.11.39