小学低年级科学教学思维可视化研究

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【摘要】思维可视化是将隐形的思维用显性的方式展现出来。在小学科学教学中，着眼于学生思维能力的培养是毋庸置疑的。基于低段小学生的思维特点，教师可以通过图形直观显现学生的思维，通过情境生动呈现学生的思维，通过操作动态复现学生的思维，通过思维导图完整展现学生的思维。这些学与教的思维可视化策略，将学生看不见的思维过程、不可言说的思考方法和思考路径等清晰地呈现出来，从而促进学生科学思维能力的养成，不断提升他们的科学素养。

【关键词】思维可视化；科学教学；应用策略

小学科学是一门以探究为主的课程。探究活动不仅要让学生学会基本的科学知识，掌握一定的操作技能，更要让学生的科学思维得到进一步的发展。低年级的科学课作为科学教育的启蒙课，早期的思维习惯影响着他们今后的科学学习，也影响着他们科学素养的形成。因此，低年级科学教学的重点应该放在促进学生科学思维的发展和科学探究能力的养成上。在实际教学中，我们发现低年级学生的思维主要有以下四个特点：一是单向思维占主导，只有直观的现象才能引起他们的注意；二是感知思维占主导，思维的发展受限于生活经验，对于生活经验以外的知识难以理解；三是呈现出开拓性和跳跃性的思维特点，再加上抽象概括和语言能力较弱，表达常常杂乱无章；四是具有片段化和模糊化的思维特点，思考难以全面、深入。因此，学生的思维犹如“黑匣子”般不可见。针对以上问题，教师可以借助“可视化”方式，如利用图形、情境、实验以及思维导图，直观、生动、动态、完整地表征学生的思维，将隐形的思维显现出来，从而促进科学探究活动有效开展，培养学生的科学思维能力，提升学生的科学思维品质。[1]

一、“可视化”图形，直观显现学生的思维

小学低年级科学教材具有图多、字少的编写特点，这是基于学生有限的识字量、有限的生活经验和有限的理解能力的现状。图形作为一种直观、形象的表达方式，有助于学生呈现清晰的思维过程，有助于学生建构正确的科学概念。（一）巧用动图，让思维有序。刚接触科学实验的低年级学生，往往是行动力先于思考力。在思维层面，他们不懂得有目的、有步骤地进行科学探究，尤其难以理解科学实验中的“操作规范”，但对图形、视频、实物等形象的东西更感兴趣，更容易理解。若能让图形“动”起来，利用“动图”逐一呈现思维的过程，便能将科学实验中的“操作规范”形象化、具体化，使操作由难变易。如一年级下册《它们去哪里了》一课的课堂活动是：将食盐、红糖、小石子分别放入水中，观察并记录现象。为了指导学生更好地观察现象，教材用图提示了操作步骤：放入前的观察—放入水中的观察—搅拌—再观察（见图1）。图1教材要求将食盐、红糖、小石子分别按照四个步骤逐一进行实验，这对于操作能力较弱的一年级学生来说，容易顾此失彼，造成思维混乱。教师有必要分解实验步骤，降低思维难度，可将观察记录分成“放入前”和“放入后”两个部分，再用四个动图分解物体放入水中后的操作步骤（见图2）。借助动图的形式有效地指导学生完成活动，在学生掌握“放入盐后的观察”实验步骤后，再通过小组合作分别进行红糖和小石子放入水中后的实验。以动图的形式将片段化的思维按一定的顺序串联起来，思维因此变得井然有序。（二）图形记录，让思维外显。由于低年级学生年龄小，还处于形象思维阶段，往往不能用准确的语言描述自己的发现或事物的特征。而“图形记录”有助于学生将隐性的思维显性化，把学生的思维过程一层层地暴露和展现出来。[2]因此，引导学生在探究活动中借助图形进行思考，并将自己所观察到的、所想到的用图形记录下来，是处于具体运算阶段的儿童最常用的思维可视化策略，尤其适用于小学低年级科学教学。比起文字的书写，低年级学生更喜欢不受拘束的绘画，无论是简单的画图，还是涂色，他们都乐此不疲。同时，他们也喜欢展示自己的作品，并用作品进行交流。如在二年级上册“我们的地球家园”单元的活动手册中有一个活动：将一张白纸分成四个区域，分别标上“春、夏、秋、冬”四个季节，将描写季节特点的词语剪下并贴在相应的区域中。这是一项很简单的活动，但学生却把半节课甚至更多的时间花在了剪贴词语等对思维发展意义不大的活动上，况且词语还在一定程度上限制了学生的表达能力、想象能力，实在是得不偿失（见图3）。既然如此，不如将作业改成绘制季节变化图，并根据这些有事实依据的“图画”进行交流（图4）。事实证明，学生基本能在教师的指导下用简单的符号、图画进行描述和交流。比起词不达意的描述，这种方式更有趣味性，更容易让孩子们接受。更重要的是，学生在图形记录的过程中，其思维轨迹一目了然，并随着科学探究活动贯穿于课堂始终。图3图4用动图、图形的方式直观展现学生的思维过程，表现他们的思维轨迹，更有利于师生、生生之间的交流。教师因势利导提升学生用科学的词汇进行表达的能力，从而培养学生的科学意识和科学思维。

二、“可视化”情境，生动呈现学生的思维

低年级学生的思维水平受限于自身的认知水平，他们的思维更倾向基于生活经验的感知思维的运用，对于生活经验以外的思维理解能力不强，对于知识的应用能力也较弱。因此，教师应根据教学实际，借助一些教学道具，创设形象的“可视化”情境，生动呈现学生的思维过程。如二年级上册《书的历史》一课，旨在通过介绍书的演化历史，让学生了解并对比泥板、竹简和纸的书写感受、装订感受和便携程度，体会做书的材料是随时代演变而革新的过程。对于历史上不同时代的书，学生并没有直接的生活经验，只有来自其他学科教学或者课外阅读的模糊认识。这就需要教师创设一定的情境，让学生亲身体验材料的演变史，并在体验中进行思考。于是，教师以学生喜闻乐见的动画角色——哆啦A梦来创设情境，让他们的思维随着历史的演变而生动展现。教学过程如下。师：古时候的书是用什么材料做的呢？让我们乘坐哆啦A梦的时光机一起去看看吧！（用微视频呈现书的演化历史）师：在时光机里你们看到了什么？生1：远古时候，人们用树枝在泥板上写字。生2：在乌龟壳上写字。生3：到战国时期，人们用毛笔在竹简上写字。师：（响起电话铃声）谁来电话了？（屏幕上呈现哆啦A梦的形象）听听哆啦A梦要跟我们说什么。（画外音：小朋友们好！我是哆啦A梦，今天我要带领你们一起游览书的历史博物馆，让我们一起来体验一下吧！）教师将“历史博物馆”中的体验活动设计成三张广告牌（见图5），要求学生完成相应的任务，并将自己的作品贴在本小组一栏中。在情境中融入便于学生接受的动画角色，再加上道具的辅助，使学生身临其境，愿意主动学习，主动探究，思维也在有趣的情境中自然而然打开了。第一组第二组第三组第四组第五组第六组第一站：远古时期体验1：用在上，写下“自己的名字”。第三站：现代体验3：用在上，写下“自己的名字”。第一组第二组第三组第四组第五组第六组第二站：战国时期体验2：用在上，写下“自己的名字”。

三、“可视化”操作，动态复现学生的思维

“可视化”操作，是指学生在任务的指引下，利用教师提供的实验材料进行实验操作，并通过操作材料的过程来实现思维的外化，复现思维的过程。“可视化”操作能将抽象的、静态的科学问题转变为直观的、动态的操作，使学生内隐的思维活动通过外显的动手体现出来。“可视化”操作对具有开拓性和跳跃性思维特点的低年级学生而言，可以有效帮助他们将思考过程、思维路径通过操作、试错，得以验证，从而获得基本活动经验，并实现思维的外化。例如在一年级上册《做一个测量纸带》一课中，要求学生在教师指导下，依照制作步骤制作一个测量纸带，用于测量桶围。“画、剪、贴、标数字”，这看似简单的四个制作步骤，在实际教学过程中却困难重重。一年级学生对科学活动充满好奇，但好动、注意力难以持久集中，所以教师用讲授法指导四个步骤的效果不佳。教师是否可以换一种方法，让学生以自己的方法用纸带测量桶围（见图6）。图6学生测量后发现，每个小组的测量结果大相径庭，由此激活了学生的思维：为什么会出现这种情况呢？通过观察测量过程的图片，学生很容易发现：两个纸带中间出现了空隙，这是造成每个小组测量结果出现偏差的原因。同样，在“标数字”的时候，教师也给予学生“试错”的机会，并在每次“试错”后用事实来证明自己的想法，直到找到正确的方法。虽然低年级学生的认知能力是有限的，但他们的思维又是无限的，因为创造力是无限的。因此，在课堂教学中，教师尽量不要限制学生的思维，采用先学后教的方式，给他们“试错”的机会，暴露他们的思维过程。教师只有清楚“看见”学生出现偏差的思维过程，再进行适当有效的指导，才能点亮学生的思维火花，实现真正意义上的科学探究。

四、“可视化”导图，完整展现学生的思维

思维导图作为一种知识可视化的工具，能将知识以图解的方式表示出来，从而大大降低了语言通道的认知负荷，加速了思维的发生。[3]思维导图作为学生梳理思维的工具，能够完整地将思维、想法呈现出来。如在二年级上册《不同材料的餐具》一课中，需要学生运用眼、耳、手、鼻等多种感官观察材料的特点。经过一年的科学学习，学生能正确指认出金属、陶瓷、塑料、木头四种常见材料，也能运用多种感官对材料进行观察。在观察活动中，学生能有意识地说出这些观察方法，但是不能进行有效的全面观察，如用眼睛看什么，用手摸什么等。因此，全面观察并用科学词汇对材料的特点进行完整的描述是本节课的难点。教师借助梳理思维的工具——思维导图来呈现各种感官观察的重点内容及方法，使学生片段化、模糊化的思维向全面、深入发展（见图7）。图7低年级科学课作为启蒙课程，科学学习刚刚起步，关注学生的思维发展至关重要。教师要结合低年级学生的思维特点，运用“可视化”策略将学生潜在的思维挖掘出来，让教师看得见学生的思维，跟进学生的思维，与学生一起思考，进行思维的碰撞，产生思维的火花，学生的思维能力在师生互动及生生互动中持续地、系统地得到锻炼与发展。学生通过“可视化”学习，将抽象的科学概念，不可言说的想法直观展现出来，并且主动参与、乐于参与科学探究活动，从而培养学生的科学素养、思维能力。

参考文献：

[1]季荣臻.基于“思维可视化”的小学科学探究教学策略[J].江苏教育研究，2018（2）.

[2]吕文焕.运用“图示记录”促使学生隐性思维显性化[J].教学月刊•小学版（综合），2013（5）.

[3]刘阳丹，高翔.思维导图在小学科学教学中的应用研究[J].教育与装备研究，2017（9）.

作者:盛佳颖 单位:浙江省台州市温岭市泽国镇中心小学