“抽象概念”是指现实中无具体对应事物，仅以事物的性质、事物间的关系为其反映对象的概念，与“具体概念”相对
［1］。在小学阶段，学生的思维方式以形象思维为主，对概念的理解以具体事物为依据，学习的大部分内容是具体概念。然而，抽象概念如能量、热传递、物质微粒等，对思维要求较高，成为小学科学教学的一个难点。
模型建构，是帮助学生理解抽象概念的重要方法。在义务教育阶段，学生的模型建构要“以经验事实为基础，对客观事物进行概括和抽象”
［2］。图示建模作为以经验为抽象起点的建模方法，有其具体可操作的步骤与方法，能更好地助力科学教师有针对性地解决教学难题。
1 图示建模对抽象概念教学的意义
伊布拉罕·哈伦（Ibrahim Halloun ）提出了图示建模的科学建模方法。他继承了海斯特斯的观点，在可视化建模的基础上，将科学模型横向展开为包含要素、结构、域和组织的有机体，纵向分为5个步骤，分别是模型选择、模型建立、模型验证、模型分析与模型应用
［3］。在小学阶段的抽象概念教学中，运用图示建模有以下优势：通过图形、符号、示意图等可视化工具，将抽象的科学概念转化为具体可感的模型，降低了抽象概念的理解门槛，适配小学生的认知发展阶段；5个步骤和模型要素的结合，对应小学生抽象概念发展的阶段性普遍难点。
以教科版科学五年级下册“热在金属中的传递”一课的抽象概念“热传递”为例，在学习的不同阶段，学生存在以下典型的学习障碍：①在情境环节，难以从实体中抽象，无法区分实体与抽象主体；②在聚焦环节，难以定位思考点，无法对抽象问题展开分析；③在探索研讨环节，主要困难在于观察到的实验现象与抽象的结论之间存在脱节，无法相互印证；④在拓展环节，既难以实现抽象层面的思维跃迁，也无法从已有概念中发现新问题。
在基于图示建模的教学过程中，模型选择阶段重在引导学生识别系统结构、明确关键要素与研究主体，从而初步区分实体与抽象；模型建构阶段通过描绘要素间关系、建构模型框架并提取关键变量，帮助学生将研究问题转化为具体可分析的模型表达；模型验证阶段通过检验模型的内在一致性与合理性，促使学生将事实证据与抽象结论相联系；模型分析与应用阶段则通过界定模型的适用范围，推动学生实现概念的深化与迁移（
图1）。
2 以图示建模助力抽象概念教学的策略
通过分阶策略展开图示建模，可深化抽象概念教学。笔者以教科版科学五年级下册“热在金属中的传递”一课为例，通过图示建模将抽象的热传递过程可视化，帮助学生克服因空间想象能力不足而产生的学习障碍，从而有效促进学生对热传递概念的深度理解。
2.1 创建角色模型，区分实体与抽象
结合图示建模，抽象概念教学需要先识别系统，选择合适的模型，明确要素，创建合理的角色模型。在学习时，学生将实体与抽象事物混为一体，是因为所处的环境都以实体存在。要发展抽象概念，就要将抽象对象与实体对象加以区分。为此，通过分析系统分离角色，并借助特征相似的事物建构抽象角色模型，既可以是独立的全抽象角色，也可以是实体基础上的半抽象角色。
以“热量在金属中的传递”一课为例，教科版教材的聚焦环节的描述
［4］未抽象出热量的角色，学生就很难将热量与热水、热汤、热牛奶、热勺柄等实体角色进行分离。
采用图示建模后，教师直接在情境之中，引导学生识别热传递系统是由热量和热传递的物体构成的，即可将热作为单独的研究对象与金属等物质进行区分。教师在PPT上展示一张图片中的人正用圆形金属签在炭火上烤肉，并据此提出问题：“圆形金属签是怎样把热传到肉上的？”当学生边猜测边用手指比画时，无法清楚表达。教师顺势拿出一根圆形金属签（立体放大）的实体模型，让学生对着实体模型表达。紧接着，全班学生分析出还需要一个能移动的且代表热的模型角色。教师拿出红色的贴纸，代表“热”的角色，让学生用演示的方法继续表达热在圆形金属签上是怎样传递的猜测。
从情境环节就开始识别系统，将热从火苗等具体事物中分离，让其成为相对独立的角色，学生据此明确——聚焦后的主要研究对象是能量而不是物质。通过分析形成的抽象角色，并用圆点等图示符号进行表征，则抽象概念的建构完成了第一步。
2.2 构建应用场景，聚焦问题与思考
有了模型角色，就需要创设能产生冲突的场景，即将模型角色与其性质特点相关联，进而描绘模型结构。当学生用模型角色解释场景时，能够使前概念得以暴露。当出现多个变量并被提取时，认知冲突产生，问题也顺势被聚焦。模型角色在应用场景中的演示与解释，能让学生的思维活跃起来。应用场景可以是真实的实验材料、真实的生活运用，也可以是模拟的真实场景。
在聚焦“热是在金属上是怎样传递”的问题环节时，教师将“热”模型角色与在金属棒内传递的场景建立了联系。场景依旧是模拟的立体金属棒，且在圆棒的中间部分，画出了可以展示的剖面。在猜测环节，教师出示立体金属棒模型，学生用热的角色模型（红贴纸）演示自己的想法。当一名学生演示热在金属棒上沿线性方向传递时，其他学生无异议，因为系统中只有热和直的金属棒两个变量。当演示热在圆截面上的传递时，由于有多个变量，有的学生认为热是绕圆周传递的，也有学生认为热是从内部直接传递的。不同的变量被识别出来，引发了问题的聚焦：热在金属棒上究竟是怎样传递的（
图2）。
立体模型的再现，优化了实际场景，将热在线性方向和圆截面上传递的两种不同方式全部展示出来。应用场景在保证真实的基础上，让学生有针对性地识别更多变量，从而聚焦问题并展开思考。当抽象角色与实际问题产生关联时，问题的解决过程便推动了抽象概念的发展。
2.3 重演观察事实，关联现象和结论
当实验现象发生时，学生观察到的是实体物质的变化，则事实证据与抽象结论之间缺少关联。此时，教师要让学生通过描绘抽象角色之间的关系，强调实验目的是通过看得见的物质变化检验模型组织。通过演示等再现方法，能重演所观察到的事实，从而将推测与实验现象进行更一致的表达。
当问题聚焦后，学生开始实验。实验内容为观察热在金属线和在金属圆片上的传递，分别对应金属棒的线状和面状两种实际形态。当在不同点加热时，学生观察到涂了感温涂料的金属线和金属片出现颜色变化，进一步分析并推理出热的传递过程，再用模型材料将热的传递过程演示出来。如
图3所示，“酒精灯”里的红色盖子表示“热量”，贴纸上的蓝色小球表示“金属”物质微粒，“热量”可移动，则“热”传到哪里就将红色盖子移到该处。
在学生完成小组内的模型演示后，教师组织学生展开研讨活动。例如，教师可指名一组学生演示观察到的热传递过程，即将红色盖子从酒精灯模型中取出后，直接贴在离热源最近的金属微粒上。随即，教师强调学生用语言进行描述。学生介绍：“热沿热源位置传到了离金属比较近的位置，然后再继续传到稍微远的位置，一直这样传过去。”同时，学生还演示热沿着物体传递的动作。
客观上，动态演示的过程，除了能将现象与抽象结论相关联外，还能将过程中的关系与特点等模型组织着重描绘。学生通过演示，将热传递的几个关键特征（如沿着物体传递、以辐射状方式进行、从高温处传向低温处等）清晰地表达了出来，而这些正是他们先前所忽略的。
2.4 提供失真模型，突破局限与发展
图示建模通过形象化的方式，能有效帮助学生理解抽象概念。然而，若设计或使用时过度简化，也可能导致学生对真实系统形成不完整的认识。因此，在教学中须注意把握简化的程度，并说明模型的适用范围。在建模过程中，学生需要明确模型的域，通过观察模型从保真到失真的变化，走向更高层次的发展。当我们将失真的模型与学生当下发展的抽象模型进行对比和关联时，便能自然而然地引发出新的问题与启发。当学生完成对热在金属中传递的模型认知后，就能对“热在金属中从温度高的部分，沿着物体同时向温度低的部分传递”的抽象概念进行充分建构。此时，教师出示另一个分子通过运动传递热的动图模型，并提出问题：“其他人建构的热传递模型和我们的热传递模型有什么相同和不同之处？”（
图4）
学生比较了两个模型的共同点，发现热都是从温度高的地方传递到温度低的地方，都是沿着物体传递的；两个模型的不同之处为：自己的模型物体得到热，是用盖上红盖子表示的，而该模型得到热是用运动表示的。教师进而追问：“物体得到热为什么用运动来表示呢？用红盖子表示和运动表示，哪种更符合事实呢？”从而引发学生的讨论与思考。分子得到热量后，运动加速。这一结论虽然是事实，但是学生的抽象认知仍然没有达到这一步。因此，在学生理解的范围内，用红盖子表示“热”，有保真性。“红”色且能移动的盖子，作为脚手架，表达热传递过程完全符合小学生的建模需求。在学生研究完之后，教师借助更符合概念的模型来刺激，可达成让保真模型失真的效果，即只留下核心的抽象部分，能让学生的抽象概念真正抽象，则其思维就能得到进一步发展。
3 结语
运用图示建模的方法帮助学生发展抽象概念，每一步都有对应的目的与策略。对应抽象模型发展的逻辑，从抽象的点角色到抽象的线特点，再到抽象的形概括，再到脱开抽象的形，就只剩下真正的抽象概念。借助图示建模，在真实世界和抽象概念中找到脚手架，能为学生展开自主抽象思维搭建好桥梁。图示建模能让学生的抽象概念实实在在、有的放矢地发展，具有推广价值。
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