技術與工程領域建模教學探索

徐亮

摘? 要? 為在技術與工程領域旨里更好地培養學生實踐創新，以《耳的結構建?！芬徽n為例，分析建模課例教學環節的設計與實施建議。

關鍵詞? 建模教學? 耳的結構? 實施建議

中圖分類號：G424??????????????? 文獻標識碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.022

Exploration of Modeling Teaching in

Technology and Engineering Field

——Take the lesson "modeling of ear structure" as an example

XU Liang

（The Second Experimental Primary School of North District， Qingdao， Shandong 266035）

Abstract： In order to train students' practical innovation in the field of technology and engineering， taking the "ear structure modeling" as an example， the paper analyzes the design and implementation suggestions of the teaching link of modeling class.

Keywords： modeling teaching; ear structure; implementation suggestions

技術與工程領域旨在更好地培養學生實踐創新等核心素養?；谀Ｐ徒⒌恼n例能夠依據現實情境，解析原型特征、創建實體模型、解決特定問題、生成科學概念?，F以《耳的結構建?！芬徽n為例，分析建模課例教學環節的設計與實施建議。

建模教學的實踐價值

國內外的研究者普遍認為，基于模型的學習能夠在促進學習者對概念深入理解的同時，發展科學思維。建立模型已成為小學科學教學中探究科學現象、發現科學規律的重要方式。

當前在小學科學技術與工程領域，不少教師嘗試運用建模教學方式，但學生的建模實踐往往缺少對原型和模型間內在關系的探究，只是進行表象的模仿，難以促成對科學概念的理解，也就無法有效培養學生的科學思維素養。

建模教學注重依據現實情境、解析原型特征、創建實體模型，從而在表征現象的過程中，引導學生發現并解釋其內在的聯系，形成相關的概念，最終促成科學精神、實踐創新等素養發展。

《耳的結構建?！芬徽n建模教學主要由觀察、設計、物化、測評、遷移五個環節組成。在學習實踐中，學生在教師的引導下，成為每一個環節的實踐主體，從而實現科學學習目標的達成。

建模教學的課例解析

依據新課程標準，教師將原本屬于生命科學領域的耳朵結構與功能的課程，改造成為工程技術與科學探究融合、工程意識與科學思維共生的建模創新課，重點從建模探究外耳道、鼓膜、聽小骨的結構與功能等內容。

1.觀察解析原型，生成問題情境

教師先引導學生觀察3D激光內雕水晶耳朵模型。此模型按照人耳的結構比例將外耳、中耳和內耳的基本構造立體地呈現出來，并配有文字說明，能讓學生從全方位明晰感知，形成對外耳道、鼓膜、聽小骨等外形結構特征的形象認知。

通過觀察分析，學生聚焦前概念中的矛盾點和感興趣的問題，對外耳道、鼓膜、聽小骨結構與功能的關聯形成初步認知和猜想。

教師提問：“耳郭收集的聲音傳到哪里去了？”學生有回答傳到大腦的，也有回答傳到內耳的，這反映出學生的前概念不夠科學完整。教師進一步提問：“請同學們仔細觀察3D模型，思考聲音如何在耳內傳遞？”小組觀察討論后，有的學生回答：“經過外耳道傳到鼓膜，再通過聽小骨傳到耳蝸，最后從聽神經傳進大腦?！边€有的學生回答：“從外耳經過中耳，傳到內耳，最后到大腦?！苯處熇^續提問：“聲音通過外耳道傳到鼓膜，同學們猜想這層有彈性的、薄薄的鼓膜會怎么樣？”學生：“可能會振動?！苯處煟骸奥犘」怯謺鯓幽?？”學生再次觀察模型推測：“也會被帶著振動起來?！?/p>

2.設計建立聯系，討論明確任務

學生根據自己的猜想，建立模型驗證的初步設想。再通過團隊交流探討原型和模型間的有效關聯，綜合可用材料、工具等因素，設計出建立實物模型的具體目標、方法和步驟。

教學中，學生先自由表達利用模型驗證的設想，畫出設計圖，寫出所需材料工具和制作步驟，并在小組和全班進行交流、討論。接下來教師出示課堂上可選用的材料工具，供各小組參考討論，調整并確定建模方案，然后各小組闡述設計方案，說明其模型的選材和結構與原型的相關性。例如選用有彈性的、較薄的橡膠膜模擬鼓膜，用外形結構相似的硬紙筒模擬外耳道等。教師適時引導學生討論明確細節。例如怎樣使泡沫小球靠在橡膠膜上，來模擬驗證鼓膜振動能引起聽小骨的振動;如何將橡膠膜繃緊固定在紙筒的一端，能模擬出鼓膜的彈性振動，以促進學生形成原型和模型間的思維鏈接。

3.物化形成實體，團隊合作建模

將模型設計實物化是建模教學的核心之一，這是將設計思維、成本意識與操作能力融合、貫通的關鍵環節。為降低實體建模的難度，教師須做好跟進指導，可以采取“制作—分析—調整設計—再制作”的循環模式，讓小組分工合作。

教學中，教師在小組活動時適時引導，啟發、示范、協助學生逐步掌握工具使用、選材制作的方法，幫助他們提高物化意識與能力，獲得更多的成功體驗。例如怎樣用橡皮筋將橡膠膜固定在紙筒上，怎樣用線穿起泡沫小球，并使其接觸到橡膠膜等。

4.測試驗證效果，評價完善優化

通過模擬實驗對實體模型進行測試，收集統一證據，驗證是否與原型特征相符，是否能夠解釋現象，揭示規律，并引導學生對各組的模型效果和合作過程開展自評、互評，提出改進建議和依據，促成建?；顒拥牟粩嗤晟?、優化。

教學中，教師引導學生測試并觀察記錄現象，分析其能否作為有說服力的證據。例如觀察橡膠膜和泡沫小球是否會在有聲音傳入紙筒時發生振動時，如何讓振動現象更加明顯等。同時注意引導學生排除干擾，例如測試說話的聲音是否能引起振動時，要避免從口中噴出的氣流進入紙筒，造成無法判斷是氣流還是聲音引起振動的問題。

本課可以設計為大課時或連堂課，為學生提供更多的時間對自己或他人建模的全過程進行反思和評價，課上或課下進一步完善建?；顒?。

5.生成科學概念，拓展遷移應用

教師引導學生完成實體模型修正后，可以提出新的情境促進學生模型遷移和創新的概念養成。學生通過對比觀察新舊原型特征，提出假想，嘗試自主建立新模型。伴隨著建模過程，學生的前概念不斷向科學概念轉變，通過實踐逐步學會拓展應用科學概念，解決現實中的問題。

教學中，學生通過微視頻學習內耳的結構和功能后，先思考討論得出：強烈的聲波通過耳蝸里的液體不斷刺激纖毛和聽神經，會使纖毛和聽神經疲勞，使聽力受損。教師再提出建模測試持續壓力對纖毛影響的新任務，引導并協助學生在課后嘗試提出問題、作出假設、自主設計、選材建模、測試評價，從而實現建模意識與能力的拓展提升，形成科學概念的生成與遷移應用。

建模教學的實施建議

1.建模教學一般需要利用大課時或連堂課，保障觀察、設計、物化、測評、遷移五個環節活動的充分開展

根據具體內容與學情特點，教師可以在第一課時中引導學生聚焦現象與問題，提出假設與主張，重點設計建模方案。然后用第二課時建立模型并進行驗證、評價和改進，還可以拓展延伸到課后的研究性學習活動。例如本課中學生當堂完成了外耳道、鼓膜、聽小骨組合建模的學習實踐。遷移拓展的內耳建?；顒咏ㄗh利用第二課時或二課活動時間，由科學教師或科技輔導員引導、協助學生完成。

2.建模探究活動注重引發學生的主動學習和建構，力求運用建模的方式促成學生思維的轉變與生成

教師要引導學生將自己的猜測、設想和主張在建立原型和模型關聯時充分表述交流。模型建成后要引導學生細致充分地進行驗證、分析和評價，以激活學生的元認知來改善科學思維，生成科學概念。例如本文課例中通過觀察3D模型引導學生產生問題與建模設想。在設計與選材時通過反復交流討論，促成學生對原型與建模間的關聯思考。在建立模型過程中通過測試與評價實現完善與優化。

3.應提供適合學生建模的材料，確保使用的安全性和可操作性，同時兼顧多樣性

各具特點的多樣材料可以有效激發學生的興趣，為建模提供更多的可能和更大的保障。教師可以依據學情對原材料進行一定程度的加工，以降低操作難度，提高學生建?；顒拥捏w驗感，這對于啟發和培養學生的建模意識與能力具有重要的作用。例如本文課例中教師準備了紙筒、剪掉兩段的塑料瓶、橡膠手套、氣球、泡沫小球、牙簽剪成的小木棒等多樣材料，有效提供了學生設計、選材和制作的需要，保障了建模任務目標的達成。