教育教学中的
问题与困惑
小学科学课程内容由“生命世界”、“物质世界”、“地球与宇宙”三大领域组成。在这三大领域中，“地球与宇宙”部分内容的教学相对较难，特别是教科版《科学》六年级下册的《宇宙》单元，是小学生初次接触天体星空的内容，由于宇宙天体与小学生的生活所处空间较远，加之小学生的抽象思维和空间想象能力受限等原因，学习理解时往往比较困难，故本单元教学难点多，学习效果差。对教师而言，由于教师对宇宙天体教学缺乏专业知识储备与支撑，教师对本单元教学内容的本身也同样面临着较大的挑战。然受现行教学评价影响，本单元需要学生掌握的知识点较多，故在教学中普遍存在以教师灌输代替学生自主探究和为“考”而“教”、为“考”而“学”的现象，这不仅不能让学生充分理解掌握宇宙天体知识，感受到浩瀚宇宙无穷的魅力，而且易让学生产生厌倦怕学情绪，继而影响到学生对探究宇宙的兴趣，与科学教学的根本目标相背离。如何改变这一教师怕教、学生怕学的“双怕”困局，是摆在我们一线教师面前的一个现实的课题。
产生该问题的原因分析
分析这一“双怕”局面，主要有以下几方面的原因：
从教学内容看：虽然我们生活在宇宙之中，但其与我们的生活时空差距大（相对而言，宇宙中的时空是宏观的、抽象的，而我们生活的时空是微观的、具体的），对其中的现象缺乏具体的生活经验与感受，从而影响了对知识的理解与掌握。虽然本单元教学仅是宇宙知识的起始内容，但需掌握的知识仍然不少，如月相变化、日食和月食的形成、太阳系组成、星座等，这些知识远离学生的生活与经历，故对知识的理解是一种“嵌入式”的，而非在原有知识与生活经历的基础上的一种演绎、归纳与提升，教学很难达到让学生知其然且知其所以然。
从学生思维能力看：小学生的抽象思维和空间想象能力较差，对形象直观的事物比较容易接受，抽象的事物往往束手无策，认识事物的本质、规律有相当大的难度。因此，学生对浩瀚宇宙中天体之间的相对运动造成的月相、日食、月食等现象，难以在脑海中予以想象，造成理解困难，许多学生只能靠死记硬背。
从教师自身看：小学科学是一门综合性、专业性很强的学科，而小学科学教师大都以培养能胜任小学各科教学的“通才”为目标的师范毕业生，教师本身缺乏专业知识支撑，面对宇宙天体知识，老师很难驾驭课堂。
采取的
措施与行动
基于对上述问题的研究与分析，结合自身的教学实践与学生认知规律和思维特点，我们提出“建模教学法”，以期帮助学生理解掌握知识。
建立模型，简言之为“建模”。这一理论在数学界研究运用较为广泛，指通过运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并“解决”实际问题的一种强有力的数学手段。本课题中的建模仅指通过运用多手段、多途径，帮助学生建立宇宙空间模型，从而理解宇宙运行变化的规律。所谓模型是以某种形式对一个系统的本质属性的描述，以揭示系统的功能、行为及其变化规律。当然，模型不仅仅是一种将实际物体小型化或大型化的实体，科学课的模型既可以是一个装置、一个计划、一份草图，甚至也可以是一种想象。本课题所指的宇宙空间模型不仅指将宇宙空间小型化的模型，而是帮助学生建立一种合理的想象，让宇宙中各种天体不断运动变化及产生的现象在学生的头脑中展现并组合，形成大脑中的宇宙空间模型。本课题尝试利用资料、形象、实验、图形、活动等途径帮助学生建立宇宙模型，让学生学会运用模型来理解知识、掌握知识、运用知识，具体做法如下：
采取的
措施与行动
一、资料建模
良好的教育是建立在学生已有的认知水平基础上的再提升。课堂学习是学生认识宇宙世界的一个组成部分，而非学生认识与学习的全部。在教学时，我们可以能通过运用书籍、影视、网络等资料资源，让学生在收集资料、积累资料的过程中不断完善、充实已有知识。毫无疑问学生平时通过许多途径也了解了一些有关宇宙的知识，但都是零星的、独立的、不完整的，有的甚至是错误的。这时学生大脑中的宇宙是朦胧的、模糊的，课前可以布置查找资料，帮助学生把那些不完整、错误的知识及时的替补，使学生在大脑中初步形成宇宙空间模型，为后续的建模做准备。本单元资料的收集贯穿于学生整个单元的学习过程中，课前为学生开出相关的书目，如《十万个为什么》、《少年科普世界》、《小学生自然百科》、《科学探索者》丛书中的《天文学》、《中国少年科学（6—9岁）》丛书中的《太空邻居》等，还鼓励学生浏览中国月球科普网、星空天文网、梦幻星缘天文网等天文网站，让学生把得到的第一手文本资料按教材的内容分类，通过整理分析学生们对宇宙单元的大部分内容都有了一个初步的认识，形成初步的宇宙空间模型。
二、形象建模
小学生思维以形象思维为主，抽象思维和空间想象能力相对较差。《宇宙》单元学习的内容离学生很近又很远，“近”是因为我们生活在宇宙的天体——地球上，时刻都能看到昼夜的日月星辰等变化，都能感受到四季冷暖交替等变化；“远”是因为宇宙浩瀚无边，而我们肉眼可视的范围又是如此的狭窄，遥远的宇宙太空还有多少陌生领域需要我们去探索。对于人类已知的宇宙领域也是让许多人为之“着迷”。教学过程中，如果教师只按课本言传口授，用具体的、庞大的数据描述、介绍天体，学生听了往往惊叹不已，只知道很大，但到底大到怎样的程度、天体之间的大小关系怎么样，仍然一知半解。实践表明，通过强化式的记忆，虽然能记住相关知识，但在学生头脑中知识间往往“支离破瘁”，无法在大脑中形成完整的形象，也就体会不到宇宙的浩瀚，更加不能激起学生学习天文的兴趣。教学中，我们利用比喻，把学生实际能观察的事物、现象与遥远的宇宙空间事物、现象联系起来，沟通起来，化抽象为具体，帮助学生形成宇宙空间模型，真正体会宇宙的浩瀚无边。如把宇宙比喻为一片汪洋大海，我们人类所认识的那一部分时空——总星系，就是大海中的一处岛屿，银河系只是小岛上的一个小石块，太阳系是粘附在这块小石块上的一颗沙粒，地球就更渺小；把恒星比喻为一台功率强大的探照灯，那么行星就只是站在探照灯边缘的一只小小萤火虫；如果站在远太空遥望银河系,侧看它像体育运动中抛掷出的铁饼,瞰视则像急流中的大旋涡。还利用图片、录象，把天体大小对比的图片、天体运动的录象展示给学生，如《太阳系》一课中可以给学生展示太阳系天体大小真实比较图，让他们直观形象的感知，从而在头脑中建立太阳系模型。
三、实验建模
实验在科学教学过程中具有重要的地位。模型的建立也可以通过模拟实验的手段来进行。模拟实验可以比较直观的再现宇宙天体的运动变化，帮助学生在大脑中形成比较完整的天体运动的模型。本单元教学中，关于太阳——地球——月球“三球”运行所引起的月相的变化，是本单元教学的一大重点，也是学生理解的难点，更是知识测试的重点。在教学时，如果仅通过一般的讲解与演示，学生的认识仍然普遍停留在“识记”的层面上，而且很容易忘记相关知识，表现在考试中，往往错误率较高。虽然我们的教学不是仅为了考试，但这一失分现象表现出来的是学生对知识不理解而造成的。教学时，我们通过模拟实验来帮助学生建立模型：用篮球代表月球（一半用白色粉笔涂白代表太阳照亮的一半），黑板代表太阳，学生围坐在中间代表地球上的观察者。月球围绕着地球逆时针运动，让学生记录月相的形状。这个模拟实验打破了时空的界限，把遥远的宇宙空间发生的，需要一个月甚至几个月连续观察才能观察到的完整现象展示了出来，使学生在大脑中形成了完整的月球运转的空间模型，从而让学生知道了月相变化的规律。
四、图形建模
教学示意图是化抽象为形象的常用方法，由于其具有明显的简洁性、方便性、灵活性特点，普遍为教师教学所接受。画示意图也是帮助学生建立宇宙空间模型的一个很好的方法。如在日食和月食的模拟实验的同时，让学生用示意图（见下图）把日、地、月三者的位置表示出来，不仅可以帮助学生做好模拟实验，更重要的是还可以帮助学生在头脑中建立月相变化及日食、月食成因的模型。《太阳系》一课中，在学生交流太阳系八大行星资料的基础上画出八大行星排列顺序示意图帮助学生初步建立太阳系的模型，然后再让学生根据书本提供的数据表来画太阳系的模型图，从而让学生在绘画的过程中发现八大行星大小、距离太阳的远近差异是非常大的，从而使学生在头脑中真正建立太阳系的模型，为后期的学习打下基础。








五、活动建模
活动教学模式具有开放性、趣味性等特点，符合小学生的求知欲强、好参与、善于想象的特点，是小学阶段教学的重要形式。宇宙浩瀚无边、奥秘无穷，要使学生真正认识宇宙，光靠课堂的时间是远远不够的。课外我们让学生经历一次次有趣而且有价值的实践活动，帮助学生形成有一定解释力的宇宙结构模型。本单元典型的实践活动是制作月球卡、观察白天月相、制作太阳系模型和北斗七星模型、观察星座等，如制作月球卡，让学生课外用电脑幻灯片、word文档或文字等形式制作月球卡，并对优秀作品进行展览，孩子们积极性很高，都很认真的完成了，其实制作的过程也是他们建模的过程。
成效
通过一轮次的课堂教学实践与研究，学生对本单元知识的理解掌握明显得到加强，特别是通过举办小报展览、宇宙影像资料展播等形式，学生对宇宙知识的学习兴趣得到了普遍的提高，对空间问题的分析和解决能力也有所增强，有的班级还掀起了探索宇宙奥秘的热潮，自发组织宇宙探秘小分队，利用晚间或周末时间到乡下观察月相及星空，形成的观察报告参加市国际天文年评比活动、区小学生科学观察日记比赛，有7人次获奖。
通过研究提高了教师的教学水平和研究能力。主要体现在：教师通过阅读查阅大量的相关资料，积累丰厚的教育信息；教师通过课堂实践，教学效率提高；教师学会了课题研究的方法，获得一些成绩，如：总结撰写的《利用多种途径帮助学生建立模型——关于<宇宙>单元教学过程中的几点建议》获区科学教学论文评比一等奖、市二等奖， 2篇论文在省级刊物发表等。
反思及后续研究
在实践和探索的过程中，我们也发现了一些值得注意和深思的问题：
1、研究工作缺乏持续性。《宇宙》单元的教学内容只有短短的一个月时间，也就是说课题的具体实施只有一个月时间，在实施过程中，有许多新产生的问题来不及解决，新的想法又只能在下一轮的教学中再作提升。
2、研究成果推广普及面不广。由于本次研究研究十分注意课题的实践性与针对性，选择的课题也十分单一，参与研究个体也仅是六年级的教师（实际只有1人），教师参与面不广，受益面也不广，成果的运用也难以得到推广。
3、观察（观测）缺乏统盘考虑与安排。观察（观测）仍是建模的有效途径发，也是探究科学的重要方法。由于教学时间相对集中，在安排的天体星空观察（观测）中，往往受天气等因素影响，很难实现观察（观测）目标。
因此，在下步的研究中，一方面，要吸收更多的教师参与其中，以增强研究的持续性，增强研究成果运用；另一方面，要对学生的观察有个统盘的考虑，特别是在适合学生观察（观测）星相天体景观的节点上，要及时发布消息，引导或组织学生观察，增强学生对宇宙天体的兴趣，寓抽象的知识于平时的观察观测之中。