模型建构既是学生科学学习的认识方式，也是学科核心素养科学思维能力的培育目标。科学模型建构教学可使学生思维可视化，有助于教师引导学生形成结构化的学科概念体系。
1 科学思维的内涵——立足学段，分层导向
思维是理性认识与理性认识的过程，是人脑对客观事物能动的、间接的和概括的反映。关于科学思维的定义，有知识化、过程化和综合化等不同形式的解读。《义务教育科学课程课标（2022年版）》（以下简称《课标》）采用综合化的方式，以科学立场和学生立场定义科学思维：是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式
［1］；是基于经验事实建构模型的抽象概括过程；是分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法在科学领域的具体运用；是有依据地质疑观点、进行检验修正和提出创造性建议的能力与品格。科学思维作为核心素养的组成部分，具有显著的学段进阶性——从低阶思维到高阶思维的螺旋提升过程，是从理解掌握到迁移运用的过程，更是从知识到素养的转化历程。这一进阶性的特点决定了科学思维的培养要立足不同学段学生的认知发展水平，设计分层培养目标。低年级侧重引导学生形成初步的科学观察和简单概括能力，为模型建构思维奠基启蒙；中年级聚焦培养基于事实进行简单概括与建模的意识，尝试用模型表达认知；高年级则更强调模型优化、逻辑推理与迁移应用能力，实现科学思维的系统提升。
2 模型建构的意义——锚定学段适配性与策略渗透价值
模型是指对自然世界中现实问题或客观事物、规律和关系进行抽象化以后的表达方式。模型建构即为了更好地认识科学世界、解决现实生活中的实际问题，对事物做出抽象化且易理解的表达或描述，具有简约化、具体化、形象化等特点，并呈现出图示模型、数学模型、物理模型等多样化形态，适配不同学段学生的认知需求
［1］。
《课标》提出，模型建构既是基本的科学思维方法，又是基础的科学思维能力。从学段进阶的角度来讲，模型建构的价值贯穿于各个学段教学法中，低年级通过具象化模型（如图示、简易物理模型）实现思维可视化，帮助学生建立对科学现象的初步认知；中年级借助模型建构过程强化对核心概念的理解，梳理概念间的简单关联；高年级通过复杂模型（如数学模型、系统物理模型）的建构与优化，培养逻辑推理和问题解决能力。在模型建构各学段教学过程中，以事实经验为基础，引导学生探讨、分析、解释，描述科学现象及规律，逐步发展学生的科学思维，形成科学观念
［2］。科学模型建构教学能够帮助学生有效理清科学观念内在的逻辑主线，系统搭建学科核心概念和跨学科概念，对培养学生思维进阶、创新能力与实践能力具有重要意义。需强调的是，三类模型建构策略并非机械对应某一学段，而是可根据各学段培养目标灵活调整、适配应用，实现分层递进的培养效果。
3 当前教学中存在的问题——直击学段分层缺失与策略落地偏差
结合不同学段模型建构的培养要求，审视当前小学科学教学实践，发现其存在如下3个问题，制约着学生科学思维的分层进阶。
第一，学段适配性认知缺失，建模意识渗透不足。当前很多小学科学教师对模型的认识失之偏颇，认为模型是一个复杂的抽象化概念，不适用于中、低段学生，导致缺乏对学生建构模型意识的渗透和引导，模型除了抽象化，还具有多样化的特点，它还包括形象的图示模型、系统的数学模型、具象的物理模型等，是体现思维进阶可视化的重要工具。
第二，教学设计主导失衡，分层实践引导缺位。有的教师仅强调模型表达的科学知识，表现为直接对照模型讲授新课，课堂仍以教师为主导，忽略学生的主体地位，对学生模型建构的亲身探究实践与思维活动引导不足，使建模能力的培养流于形式。教师应指导学生掌握建模方法，引导学生自己动手体验模型建构活动，发挥学生的主体作用，培养学生的建模能力
［2］。
第三，评价导向存在偏差，进阶能力培养不足。在科学模型建构教学中，当学生完成模型后，教师总是急于指出模型缺陷，而忽略培养学生利用模型解释科学现象、解决科学问题的能力，教师可以放慢脚步，对学生建构的模型进行点拨和启发，引导学生回顾模型建构过程，给学生提供调整和改进模型的机会。
4 模型建构教学设计的应用与实践——紧扣学段分层目标，落实进阶培养
“水”是日常生活中常见的物质，更是贯穿义务教育阶段科学学习的重要主题。在不同学段指向不同的学科核心概念，这决定了各学段模型建构思维的培养目标需呈现分层进阶特征。
3~4年级，关于“水”的学习，重点指向科学核心概念“（一）物质的结构与性质”，学习“1.2空气与水是重要的物质”，要求学生观察并描述水沸腾的现象，了解一般状况下水沸腾的温度，知道温度是影响水沸腾的重要因素。对应模型建构培养目标为建模思想启蒙，即通过简单图示将观察到的现象可视化，初步培养用模型表达认知的意识，为后续建模能力发展奠基。
5~6年级，关于“水”的学习，重点指向科学核心概念“（四）能的转化与能量守恒”，学习“4.1能的形式、转移与转化”，要求学生知道热是能的一种形式，知道热从温度高的物体传向温度低的物体，并了解这些能的相互转化现象。对应模型建构培养目标为深化建模意识，即通过数学模型分析数据规律，培养基于数据建构模型、解释科学原理的逻辑思维，强化建模与科学探究的关联意识。
7~9年级，关于“水”的学习，重点指向科学核心概念“（二）物质的变化与化学反应”，学习“2.1物质的三态变化”，要求学生理解物质的三态及其变化特点，并能用图像描述这些特点；用物质粒子模型简要解释物质的三态变化，了解建立模型的思想方法。对应模型建构培养目标为初探建模方法，即能自主完成模型的“建构—验证—优化—应用”全过程，形成系统的建模思维与实践能力，实现从“用模型”到“会建模”的进阶。
尽管3个学段对于“水”的学习重点指向的科学核心概念各不相同，但都有助于学生形成物质与能量、稳定与变化等跨学科核心概念。因此，笔者以不同学段“水”的主题学习为例，结合各学段分层培养目标，采用模型建构的思想进行教学设计，通过图示化、数学化、具象化3种不同类型的模型建构，引导学生经历“知识形成—理解深化—内化整合—迁移拓展”的完整过程，提升学生科学思维进阶与整体学习能力。
4.1 启蒙建模思想，画我所见——小学中段图示化模型建构教学设计
本节课的主要探究活动就是“烧开水”，通过持续给水加热，观察水在加热过程中的各种变化，在观察的基础上用比较科学的词汇、符号、图示等方式全面、准确地描述水沸腾时的现象，能基于观察到的证据分析水沸腾的基本特点——水受热到一定温度（一般为100 ℃）时会沸腾，水在沸腾过程中温度不再变化。尽管水沸腾是生活中常见的现象，三年级学生对此也有一定的感性认识，但全面、准确、有条理地描述水各方面的变化，对于三年级学生来说具有挑战性。因此，教师出示一幅正在沸腾的水的图片，以此唤起学生的生活经验，请学生以图的方式表达出水沸腾时的变化情况，并通过这个环节了解学生对水沸腾的前概念。很多学生能以“⚪”“巛”等简单图示的形式表示出头脑中水沸腾的表象，但表述不出水在加热过程中气泡、热气、温度、水量等方面完整的变化过程，对于水沸腾时的各种变化的认识是零散的、不完整的。
首先，教师肯定了学生能用简单图示进行表达的能力，指出图示表达想法的优点：生动形象、简明易懂，并鼓励学生在接下来的研究中继续用图示表达。接着，教师提出在课堂上现场“烧开水”的探究实践任务，并和学生共同商讨给水加热所用到的仪器及其组装方法、实验过程、实验注意事项等，以实验记录单为脚手架，指导学生从实验记录单中获取实验中需要重点关注的现象和要记录的信息（
图1）。
笔者在巡视学生实验的过程中发现，在教师“图示表达”的暗示下，学生能用不同大小、不同数量、不同位置的“⚪”表示水在加热过程中气泡的变化规律是由小变大、由少变多、从烧杯底部自下而上运动，能用不同长度、不同条数的“巛”表示出水在加热过程中热气的变化规律，以及能采用在烧杯上画“—”的方式记录水量下降的过程等。
在分享实验观察结果阶段，绝大部分学生能借助实验记录单，通过横向图示记录、对比，全面、完整地描述水沸腾现象，基于观察到的事实建构“沸腾”的概念。
作为模型建构的启蒙阶段，图示模型建构教学设计的优点在这节课中显而易见。简单、清晰、明了的模型建构方式为学生节省了大量的记录时间，使学生能专注于多变量的实验观察活动，提高实验探究效率；同时图示模型建构活动能增强直观性，帮助学生更有逻辑地进行科学表达，培养学生的形象思维能力。
最后，教师提出课后研讨任务：用韦恩图的形式表示出水蒸发和水沸腾过程中汽化现象的相同和不同，为学生概念模型建构埋下一颗思维的小种子。
4.2 渗透建模意识，析我所思——小学高段数学化模型建构教学设计
有了三年级的认知基础，五年级学生在学习“水”时，将关注点从“观察水沸腾时的现象变化”转变到“探究水在加热前、加热中和停止加热后的温度变化规律”上来。
因为本节课的重点在探究“温度变化规律”，为了使学生有充分的时间对比、分析加热前、加热中和停止加热后水温的变化数据，将三年级使用烧杯给水加热改成用试管给水加热，以加快水沸腾的时间，将三年级使用的煤油温度计升级为数码显示的温度传感器，以提升数据收集的精确度。
在这节课的教学中，教师中首先带领大家回忆，水只有在受热的情况下才会产生温度的变化，并引导学生利用画折线图的方式对水加热过程前后温度变化的规律进行大胆猜测，大部分学生都知道水在加热过程中温度会不断升高，沸腾以后温度不再继续升高，但在预测停止加热后的温度变化时，有的学生认为水温会迅速且持续下降，有的同学则认为水温会缓慢下降，但下降到什么程度并不明确。
当学生的猜测出现争议以后，教师和学生明确了探究重点，即：对水在停止加热后的温度变化规律的研究。学生设计观察实验，且每隔30 s记录一次水温，并将记录的温度变化数据通过平板上传到教师端，教师利用数学模型将各组的数据生成折线图，并将全班11组折线图进行重叠。教师引导学生借助生成的数学模型进行对比和分析，发现水停止加热后温度变化呈现先快后慢并逐渐趋于室温的规律。通过建立数学模型开展教学，以及对温度的定量描述，建立起“热量变化导致物体温度发生变化，物态变化取决于温度”这一科学概念。
借助数学模型，学生更加容易理解科学现象背后的规律，促进自身逻辑科学思维的形成和发展。在该节课中，教师继续向学生渗透模型建构意识，让学生分析数学模型，综合解释给水加热前、中、后温度变化的规律，并理解热是能量的一种表现形式，推导出是热量变化导致物体温度和形态发生了变化。
最后，教师提出思考题：在冰融化成水的过程中，是否也存在着热量传递？尝试用概念图的形式表达水的三态之间热能是如何转化与传递的。
4.3 初探建模方法，释我所做——初中阶段具象化模型建构教学设计
经过小学阶段模型建构的长期启蒙和渗透后，学生步入初中，需要掌握一些基本的模型建构思想和方法
［2］。对于大多数地区而言，初中的科学学习以分科（物理、化学、生物学、地理等）的形式进行。在物理学习中，要求学生理解物质的三态变化规律；在化学学习中，要求学生能用物质粒子模型解释物质的三态变化；在地理学习中，要求学生知道地球表面海陆面积所占比例，结合示意图，描述地球上的水在陆地、海洋和大气之间的循环过程；在生物学学习中，要求学生认识到水是生物必要的生存条件，是构成生态系统不可或缺的条件。
在该学段下的“水”主题单元学习中，教师主要设计跨学科的物理模型建构教学设计，在深入学习水的相关内容后，教师在课堂上先指导学生了解模型建构的概念、类型以及原则（科学性、准确性、美观性）。安排学生小组活动，利用超轻黏土、卡纸等材料制作水分子、大自然水循环、生态系统等实物模型，体验模型完整的“建构—验证—解释—应用”过程，并引导学生感受运用物理模型将复杂问题简化的过程，提高学生的空间想象能力和思维能力。
综上所述，模型建构的种类不限于笔者提到的3种，每个学段适用的模型建构方式也不是单一一项或一成不变的。模型建构实际就是学生根据知识内容，在大脑中将理想的模型建构出来，动手实践，并根据实际情况加以修改完善的过程。教师注重将建模思想和方法贯穿在教学中，引导学生积极主动建构模型，并适时给予针对性的点拨和帮助，培养学生发现问题、提出问题、分析与解决问题的能力。生活处处皆科学，在课堂上组织模型建构活动有助于学生深刻地认识到现实生活中的科学现象及规律，形成科学观念，并将所学知识应用于解决生活情境中的复杂问题，增强学生的社会责任意识。
把革命文化融入初中化学教学，既是落实立德树人、培育时代新人的重要途径，也是丰富学科育人内涵、破解教学中“重智轻德”困境的关键抓手。在教学中，教师应立足教学实际与学生认知规律，深入挖掘教材及日常生活中的革命文化素材，创新二者融合的具体方式，借助挖掘化学史料中的革命印记、依托化学实验渗透奋斗精神、立足生产实践传承革命基因等举措，让革命文化自然融入教学全过程，坚决摒弃形式化融入的做法。
与此同时，教师还应注重渗透革命文化的核心内涵，着力激发学生的情感共鸣，强化课外实践体验环节。通过知行合一的实践锤炼，促使学生将红色基因内化为精神信仰、外化为自觉行动，让学生在掌握知识、提升实践能力的过程中，深刻领悟革命文化的精髓，传承革命精神、厚植家国情怀，最终成长为兼具科学素养与革命情怀的时代新人，为中华民族伟大复兴夯实人才基础［8］。
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