初中科学建模教学的策略与路径
摘要：模型是理论和实践的中介，是发展概念、推理和解决问题的基础，而模型建构则是科学思维的重要方式和途径。开展建模教学能让学生亲身经历模型建构、修正和拓展应用的过程，提高建构知识和解决问题的能力，逐步培养高阶思维能力。教师需要依据建模教学的一般路径，利用模型表征与建构培养模型建构能力，利用模型检验修正与迁移应用提高模型认知能力，使学生逐步深入理解知识的形成过程，提升科学核心素养。
关键词：科学思维；建模教学；模型建构；模型认知
模型反映客观事物、现象和过程，是对客观事物或某种过程的表征方式，是认识事物本质属性及其相互关系的一种方法。建模教学通过创设情境帮助学生建构模型，引导其不断检验和修正自己的模型，并将模型迁移运用到新情境新问题中。《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，模型建构是指“以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型；运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程”。由此可见，模型建构是科学思维的重要方式和途径。建模的历程可以让学生亲身经历科学家的主要活动，体会大胆猜想、建立假设对实验结果的重要作用，思考事实证据与科学结论之间关系对科学研究的价值。有效开展建模教学能让学生亲身经历模型建构、修正和拓展应用的过程，从而提高建构知识和解决问题的能力，逐步培养高阶思维能力。
在科学教学中，模型被视为是对真实世界的表征，建模则是对模型的建构，即从复杂的现象中，抽取出能描绘该现象的元素或参数，并找出这些元素或参数之间的正确关系，建构足以正确描述、解释该现象的模型的过程［1］。学生对模型的认识影响学习结果。建模教学可促进学生模型认知能力的发展，培养学生的推理和论证、质疑与创新思维。
一、建模教学的一般路径
模型是将理论和实践有效联结的纽带，开展建模教学需要在一定的情境中，为了解决真实的问题，而进行一系列的模型建构过程，通常包含模型建构（表征模型）、模型检验修正、模型迁移应用等。
学生在面对复杂现象或问题情境时，会运用猜想、类比等方法初步建构模型，并借助文字、符号、数字、图形等进行表征。学生个人表征的方式和过程是否科学合理，需要在师生交流、生生互动中，去评价检验，然后逐步修正和完善，并将修正后的模型迁移应用于新的情境。如果可以初步匹配，接下来可对模型进一步优化、表征，如果发现不合适，需要再次循环建模。建模教学的一般路径如图1所示。
注重建模教学过程设计，不仅能让学生建构的模型更形象和科学，也能在交流互动中培养学生与他人合作以及勇于质疑和思辨的能力。同时，交流互动的过程也为模型的完善搭建了思维进阶的桥梁。
当然，建模教学的过程并不是固定不变的，教师可根据学生的认知基础和思维水平设计学习历程，从而更好地帮助学生在学习过程中发展自己的模型，并使其最终与科学模型达成一致，真正促使学生运用模型推理论证，培养批判性思维能力和创造性思维能力，进而发展核心素养。
二、建模教学的基本策略
初中科学学科中的许多概念比较抽象，教师需要将复杂的科学现象抽丝剥茧，让学生抓住主要的因素，用简洁明了的模型去探究关键的原理。而通过建模活动，引导学生深入理解知识的形成过程，是促进学生科学核心素养，尤其是思维能力提升的重要教学策略。开展建模教学，一定要让学生参与到丰富的建模活动当中。这些建模活动包括对于模型的认识、诠释、建构、应用以及修正。教师要引导学生理解并利用模型来阐释事物的工作原理，解释复杂的科学问题，通常可以从模型建构和模型认知两方面进行设计。
（一）利用模型表征与建构培养模型建构能力
科学家持有的模型与学生理解的模型是不一样的。在教学之前，学生对于世界的理解是零碎且没有条理的，而模型是理论和实践的中介，从实践到理论或从理论到实践，需要通过建构模型等方法来实现。因此，模型是发展概念、推理和解决问题的基础。建构模型是进行科学思考的前提，它让我们能够对想了解的自然现象进行研究。从粗化单一的表层模型到可以迁移运用于新情境的理论模型，是在建模教学中不断引导学生深入学习的结果。模型建构需要经历由简入繁，从单一到复杂的渐进过程，这将使其成为从实践到理论的推手。
1.联系生活情境，建构实物模型
实物模型指依靠物体的基本形态所做的模仿，也可以是根据相似原理，按原系统比例或缩放构成的实物。因其与学生观察到的或了解的实物最接近，学生更容易接受和理解。在建模教学的过程中，教师可以有目的地引入或创设生动形象的生活情境，激发学生学习的兴趣，帮助学生将知识和问题具体化、情境化。
运用生活中的材料制作实物模型是培养学生建模思维的一种重要方法。教师要引导学生发现科学与生活的紧密联系，让学生以生活化的材料建构实物模型，并在这一活动中习得知识，提升建模能力。例如，为了研究流体流速与压强的关系及其在生活中的应用，教师可先让学生进行