小學低年級科學教學思維可視化研究

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【摘要】思維可視化是將隱形的思維用顯性的方式展現出來。在小學科學教學中，著眼于學生思維能力的培養是毋庸置疑的。基于低段小學生的思維特點，教師可以通過圖形直觀顯現學生的思維，通過情境生動呈現學生的思維，通過操作動態復現學生的思維，通過思維導圖完整展現學生的思維。這些學與教的思維可視化策略，將學生看不見的思維過程、不可言說的思考方法和思考路徑等清晰地呈現出來，從而促進學生科學思維能力的養成，不斷提升他們的科學素養。

【關鍵詞】思維可視化；科學教學；應用策略

小學科學是一門以探究為主的課程。探究活動不僅要讓學生學會基本的科學知識，掌握一定的操作技能，更要讓學生的科學思維得到進一步的發展。低年級的科學課作為科學教育的啟蒙課，早期的思維習慣影響著他們今后的科學學習，也影響著他們科學素養的形成。因此，低年級科學教學的重點應該放在促進學生科學思維的發展和科學探究能力的養成上。在實際教學中，我們發現低年級學生的思維主要有以下四個特點：一是單向思維占主導，只有直觀的現象才能引起他們的注意；二是感知思維占主導，思維的發展受限于生活經驗，對于生活經驗以外的知識難以理解；三是呈現出開拓性和跳躍性的思維特點，再加上抽象概括和語言能力較弱，表達常常雜亂無章；四是具有片段化和模糊化的思維特點，思考難以全面、深入。因此，學生的思維猶如“黑匣子”般不可見。針對以上問題，教師可以借助“可視化”方式，如利用圖形、情境、實驗以及思維導圖，直觀、生動、動態、完整地表征學生的思維，將隱形的思維顯現出來，從而促進科學探究活動有效開展，培養學生的科學思維能力，提升學生的科學思維品質。[1]

一、“可視化”圖形，直觀顯現學生的思維

小學低年級科學教材具有圖多、字少的編寫特點，這是基于學生有限的識字量、有限的生活經驗和有限的理解能力的現狀。圖形作為一種直觀、形象的表達方式，有助于學生呈現清晰的思維過程，有助于學生建構正確的科學概念。（一）巧用動圖，讓思維有序。剛接觸科學實驗的低年級學生，往往是行動力先于思考力。在思維層面，他們不懂得有目的、有步驟地進行科學探究，尤其難以理解科學實驗中的“操作規范”，但對圖形、視頻、實物等形象的東西更感興趣，更容易理解。若能讓圖形“動”起來，利用“動圖”逐一呈現思維的過程，便能將科學實驗中的“操作規范”形象化、具體化，使操作由難變易。如一年級下冊《它們去哪里了》一課的課堂活動是：將食鹽、紅糖、小石子分別放入水中，觀察并記錄現象。為了指導學生更好地觀察現象，教材用圖提示了操作步驟：放入前的觀察—放入水中的觀察—攪拌—再觀察（見圖1）。圖1教材要求將食鹽、紅糖、小石子分別按照四個步驟逐一進行實驗，這對于操作能力較弱的一年級學生來說，容易顧此失彼，造成思維混亂。教師有必要分解實驗步驟，降低思維難度，可將觀察記錄分成“放入前”和“放入后”兩個部分，再用四個動圖分解物體放入水中后的操作步驟（見圖2）。借助動圖的形式有效地指導學生完成活動，在學生掌握“放入鹽后的觀察”實驗步驟后，再通過小組合作分別進行紅糖和小石子放入水中后的實驗。以動圖的形式將片段化的思維按一定的順序串聯起來，思維因此變得井然有序。（二）圖形記錄，讓思維外顯。由于低年級學生年齡小，還處于形象思維階段，往往不能用準確的語言描述自己的發現或事物的特征。而“圖形記錄”有助于學生將隱性的思維顯性化，把學生的思維過程一層層地暴露和展現出來。[2]因此，引導學生在探究活動中借助圖形進行思考，并將自己所觀察到的、所想到的用圖形記錄下來，是處于具體運算階段的兒童最常用的思維可視化策略，尤其適用于小學低年級科學教學。比起文字的書寫，低年級學生更喜歡不受拘束的繪畫，無論是簡單的畫圖，還是涂色，他們都樂此不疲。同時，他們也喜歡展示自己的作品，并用作品進行交流。如在二年級上冊“我們的地球家園”單元的活動手冊中有一個活動：將一張白紙分成四個區域，分別標上“春、夏、秋、冬”四個季節，將描寫季節特點的詞語剪下并貼在相應的區域中。這是一項很簡單的活動，但學生卻把半節課甚至更多的時間花在了剪貼詞語等對思維發展意義不大的活動上，況且詞語還在一定程度上限制了學生的表達能力、想象能力，實在是得不償失（見圖3）。既然如此，不如將作業改成繪制季節變化圖，并根據這些有事實依據的“圖畫”進行交流（圖4）。事實證明，學生基本能在教師的指導下用簡單的符號、圖畫進行描述和交流。比起詞不達意的描述，這種方式更有趣味性，更容易讓孩子們接受。更重要的是，學生在圖形記錄的過程中，其思維軌跡一目了然，并隨著科學探究活動貫穿于課堂始終。圖3圖4用動圖、圖形的方式直觀展現學生的思維過程，表現他們的思維軌跡，更有利于師生、生生之間的交流。教師因勢利導提升學生用科學的詞匯進行表達的能力，從而培養學生的科學意識和科學思維。

二、“可視化”情境，生動呈現學生的思維

低年級學生的思維水平受限于自身的認知水平，他們的思維更傾向基于生活經驗的感知思維的運用，對于生活經驗以外的思維理解能力不強，對于知識的應用能力也較弱。因此，教師應根據教學實際，借助一些教學道具，創設形象的“可視化”情境，生動呈現學生的思維過程。如二年級上冊《書的歷史》一課，旨在通過介紹書的演化歷史，讓學生了解并對比泥板、竹簡和紙的書寫感受、裝訂感受和便攜程度，體會做書的材料是隨時代演變而革新的過程。對于歷史上不同時代的書，學生并沒有直接的生活經驗，只有來自其他學科教學或者課外閱讀的模糊認識。這就需要教師創設一定的情境，讓學生親身體驗材料的演變史，并在體驗中進行思考。于是，教師以學生喜聞樂見的動畫角色——哆啦A夢來創設情境，讓他們的思維隨著歷史的演變而生動展現。教學過程如下。師：古時候的書是用什么材料做的呢？讓我們乘坐哆啦A夢的時光機一起去看看吧！（用微視頻呈現書的演化歷史）師：在時光機里你們看到了什么？生1：遠古時候，人們用樹枝在泥板上寫字。生2：在烏龜殼上寫字。生3：到戰國時期，人們用毛筆在竹簡上寫字。師：（響起電話鈴聲）誰來電話了？（屏幕上呈現哆啦A夢的形象）聽聽哆啦A夢要跟我們說什么。（畫外音：小朋友們好！我是哆啦A夢，今天我要帶領你們一起游覽書的歷史博物館，讓我們一起來體驗一下吧！）教師將“歷史博物館”中的體驗活動設計成三張廣告牌（見圖5），要求學生完成相應的任務，并將自己的作品貼在本小組一欄中。在情境中融入便于學生接受的動畫角色，再加上道具的輔助，使學生身臨其境，愿意主動學習，主動探究，思維也在有趣的情境中自然而然打開了。第一組第二組第三組第四組第五組第六組第一站：遠古時期體驗1：用在上，寫下“自己的名字”。第三站：現代體驗3：用在上，寫下“自己的名字”。第一組第二組第三組第四組第五組第六組第二站：戰國時期體驗2：用在上，寫下“自己的名字”。

三、“可視化”操作，動態復現學生的思維

“可視化”操作，是指學生在任務的指引下，利用教師提供的實驗材料進行實驗操作，并通過操作材料的過程來實現思維的外化，復現思維的過程。“可視化”操作能將抽象的、靜態的科學問題轉變為直觀的、動態的操作，使學生內隱的思維活動通過外顯的動手體現出來。“可視化”操作對具有開拓性和跳躍性思維特點的低年級學生而言，可以有效幫助他們將思考過程、思維路徑通過操作、試錯，得以驗證，從而獲得基本活動經驗，并實現思維的外化。例如在一年級上冊《做一個測量紙帶》一課中，要求學生在教師指導下，依照制作步驟制作一個測量紙帶，用于測量桶圍。“畫、剪、貼、標數字”，這看似簡單的四個制作步驟，在實際教學過程中卻困難重重。一年級學生對科學活動充滿好奇，但好動、注意力難以持久集中，所以教師用講授法指導四個步驟的效果不佳。教師是否可以換一種方法，讓學生以自己的方法用紙帶測量桶圍（見圖6）。圖6學生測量后發現，每個小組的測量結果大相徑庭，由此激活了學生的思維：為什么會出現這種情況呢？通過觀察測量過程的圖片，學生很容易發現：兩個紙帶中間出現了空隙，這是造成每個小組測量結果出現偏差的原因。同樣，在“標數字”的時候，教師也給予學生“試錯”的機會，并在每次“試錯”后用事實來證明自己的想法，直到找到正確的方法。雖然低年級學生的認知能力是有限的，但他們的思維又是無限的，因為創造力是無限的。因此，在課堂教學中，教師盡量不要限制學生的思維，采用先學后教的方式，給他們“試錯”的機會，暴露他們的思維過程。教師只有清楚“看見”學生出現偏差的思維過程，再進行適當有效的指導，才能點亮學生的思維火花，實現真正意義上的科學探究。

四、“可視化”導圖，完整展現學生的思維

思維導圖作為一種知識可視化的工具，能將知識以圖解的方式表示出來，從而大大降低了語言通道的認知負荷，加速了思維的發生。[3]思維導圖作為學生梳理思維的工具，能夠完整地將思維、想法呈現出來。如在二年級上冊《不同材料的餐具》一課中，需要學生運用眼、耳、手、鼻等多種感官觀察材料的特點。經過一年的科學學習，學生能正確指認出金屬、陶瓷、塑料、木頭四種常見材料，也能運用多種感官對材料進行觀察。在觀察活動中，學生能有意識地說出這些觀察方法，但是不能進行有效的全面觀察，如用眼睛看什么，用手摸什么等。因此，全面觀察并用科學詞匯對材料的特點進行完整的描述是本節課的難點。教師借助梳理思維的工具——思維導圖來呈現各種感官觀察的重點內容及方法，使學生片段化、模糊化的思維向全面、深入發展（見圖7）。圖7低年級科學課作為啟蒙課程，科學學習剛剛起步，關注學生的思維發展至關重要。教師要結合低年級學生的思維特點，運用“可視化”策略將學生潛在的思維挖掘出來，讓教師看得見學生的思維，跟進學生的思維，與學生一起思考，進行思維的碰撞，產生思維的火花，學生的思維能力在師生互動及生生互動中持續地、系統地得到鍛煉與發展。學生通過“可視化”學習，將抽象的科學概念，不可言說的想法直觀展現出來，并且主動參與、樂于參與科學探究活動，從而培養學生的科學素養、思維能力。

參考文獻：

[1]季榮臻.基于“思維可視化”的小學科學探究教學策略[J].江蘇教育研究，2018（2）.

[2]呂文煥.運用“圖示記錄”促使學生隱性思維顯性化[J].教學月刊•小學版（綜合），2013（5）.

[3]劉陽丹，高翔.思維導圖在小學科學教學中的應用研究[J].教育與裝備研究，2017（9）.

作者:盛佳穎 單位:浙江省臺州市溫嶺市澤國鎮中心小學