思維可視化視角下的小學(xué)科學(xué)教學(xué)

《義務(wù)教育科學(xué)課程標準（2022年版）》明確指出，科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐以及責任態(tài)度等方面。其中，科學(xué)思維更是“核心素養(yǎng)之核心”，應(yīng)該在教學(xué)實踐中得到高度重視。然而，分析當前小學(xué)科學(xué)的課堂教學(xué)現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，科學(xué)思維的培養(yǎng)依然困難重重，對于小學(xué)階段的學(xué)生而言，他們難以在課堂學(xué)習(xí)中實現(xiàn)由非本質(zhì)到本質(zhì)、由具體到抽象、由相關(guān)到因果關(guān)聯(lián)以及由碎片化到結(jié)構(gòu)化的思維發(fā)展，這阻礙了其科學(xué)思維的發(fā)展，也讓核心素養(yǎng)無法真正落實于小學(xué)科學(xué)課堂。在這一背景下，可視化思維的重要性得以凸顯。

所謂可視化思維，其實就是運用一系列的技術(shù)手段，將思想方法、思想路徑等原本不可視的思維清晰、具體地進行呈現(xiàn)，不僅降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，還能夠讓教材上的知識更為鮮活生動，有助于提高學(xué)生加工信息的能力?；谒季S可視化視角進行小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計，有助于學(xué)生深刻地理解科學(xué)概念、全面掌握科學(xué)方法，提高自身的觀察能力、分析能力、思考能力以及解決問題等綜合能力，讓科學(xué)核心素養(yǎng)得以切實發(fā)展。基于此，本文立足于思維可視化視角，詳細論述了其具體的意義價值與實踐路徑，以期讓思維之花在小學(xué)科學(xué)課堂上盛放。

一、思維可視化視角下小學(xué)科學(xué)課堂的構(gòu)建價值

（一）提高教學(xué)反饋的準確性

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，教學(xué)反饋與評價往往很難反映學(xué)生思維發(fā)展的真實成果，容易導(dǎo)致教師對學(xué)生認知狀況的把握不準確，從而致使后續(xù)教學(xué)設(shè)計無法達到理想的效果。思維看不見也摸不著，因此很難進行評價與判斷，而思維可視化則能夠?qū)W(xué)生的思維過程直觀地進行呈現(xiàn)，教師可以通過挖掘?qū)W生的隱性思維、分析學(xué)生的思維痕跡來判斷學(xué)生的思維發(fā)展狀況以及是否正確，從而提高教學(xué)反饋的準確性，以便更有針對性地開展后續(xù)的教學(xué)活動。以蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級上冊第18課《食物的旅行》為例，完成教學(xué)活動后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將食物消化的過程、路徑及需要經(jīng)過的消化器官用繪圖的方式呈現(xiàn)，這有助于教師直接、精準地把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，做好課后反饋，調(diào)整后續(xù)的教學(xué)安排，真正做到以學(xué)定教。

（二）幫助學(xué)生構(gòu)建思維體系

通過對當前教學(xué)經(jīng)驗的總結(jié)與整理可以發(fā)現(xiàn)，小學(xué)階段的學(xué)生難以構(gòu)建起結(jié)構(gòu)化的科學(xué)思維體系，也難以將所學(xué)知識組成思維網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致知識內(nèi)化與應(yīng)用效果不佳。而基于思維可視化構(gòu)建小學(xué)課堂則能夠在很大程度上解決這一問題，不斷完善學(xué)生的觀點，引發(fā)學(xué)生對知識之間聯(lián)系性與結(jié)構(gòu)性的強化感受，促進學(xué)生從全面、多元的角度構(gòu)建知識體系，感受科學(xué)現(xiàn)象。以蘇教版小學(xué)科學(xué)二年級下冊第1課《認識常見材料》的教學(xué)為例，教師可以讓學(xué)生調(diào)動多重感官，感受不同材料的具體特點，加深對不同材料的感受。在此基礎(chǔ)上，教師可以讓學(xué)生采用思維導(dǎo)圖的方式，將觀察、觸摸、嗅聞、聆聽到的感受記錄下來，使其對不同材料的感受從無序化、模糊化走向清晰化與可視化，從而進一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生從全方位、多角度認識所學(xué)的常見材料，同時進一步強化學(xué)生對不同材料的對比以及對不同材料用途的思考與探究。

（三）引發(fā)學(xué)生思維深化發(fā)展

基于思維可視化構(gòu)建小學(xué)科學(xué)課堂，有助于學(xué)生的思維由淺層走向深層，學(xué)生的理解由具象走向抽象，最大限度地促進學(xué)生的思維縱深發(fā)展，為后續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動奠定思維基礎(chǔ)。以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊第四單元《簡單電路》中“點亮小燈泡”的教學(xué)為例，教師可以讓學(xué)生通過可視化操作，在動手實踐的過程中形成深刻感受。同時，為了讓學(xué)生從動作思維走向抽象思維，教師可以提出核心問題：“為什么用燈泡的兩個觸點與正負極相聯(lián)系，燈泡就能發(fā)亮？”引發(fā)學(xué)生的深入思考，讓學(xué)生邊操作邊分析，實現(xiàn)思維的可視化發(fā)展。在這樣的課堂教學(xué)中，學(xué)生并非機械地吸收、模仿與重復(fù)，而是能夠自主思考、探索與嘗試，從而實現(xiàn)思維品質(zhì)的飛躍。

（四）符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點

小學(xué)階段的學(xué)生具有強烈的好奇心與求知欲，但是教材枯燥的知識難以引發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。同時，科學(xué)是一門具有實踐性特征的學(xué)科，因此科學(xué)教學(xué)不能一味地“紙上談兵”。基于思維可視化的科學(xué)課堂構(gòu)建既符合小學(xué)階段學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，又能夠在一定程度上充分發(fā)揮學(xué)科特點，在教學(xué)中尊重學(xué)生的個性理解，注重對學(xué)生動手能力與思維能力的培養(yǎng)，以此來提高教學(xué)效率與成果。以蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級下冊第3課《能量的轉(zhuǎn)換》教學(xué)為例，教師可以用信息化手段，將微觀世界直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，并及時分析學(xué)生的學(xué)習(xí)感受，調(diào)整教學(xué)方案，構(gòu)建高效課堂。

二、思維可視化視角下小學(xué)科學(xué)課堂的構(gòu)建路徑

（一）基于原有認知，找準教學(xué)起點，實現(xiàn)前概念可視化

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，要想優(yōu)化學(xué)生的科學(xué)思維，發(fā)展其核心素養(yǎng)，教師就要充分體現(xiàn)“以生為本”的教學(xué)理念?？茖W(xué)與生活聯(lián)系密切，科學(xué)知識來源于生活，又應(yīng)用于生活，可以說在進行系統(tǒng)化的科學(xué)學(xué)習(xí)前，學(xué)生的腦海里已然具備了前概念，而教師所需要做的就是引導(dǎo)學(xué)生將前概念充分展示出來，在分辨其是否存在偏差的基礎(chǔ)上找準教學(xué)起點，讓教學(xué)設(shè)計與學(xué)生的認知情況與學(xué)習(xí)需求相吻合，同時引發(fā)學(xué)生對科學(xué)概念的主動理解。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊第四單元《簡單電路》的教學(xué)活動為例，在教學(xué)開始前，教師可以讓學(xué)生畫出利用電池與導(dǎo)線將小燈泡點亮的方法，并說一說小燈泡會亮的原因。通過觀察學(xué)生的作品可以發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生都采用了“單線連接”的思路，有的學(xué)生直接用導(dǎo)線連接電池與燈泡底部，有的學(xué)生直接將燈泡底部連接電池的正極，這兩種操作共同反映了班級中的絕大多數(shù)學(xué)生認為“將電池里的電能與燈泡連接在一起，燈泡自然就亮了”，而這也就是學(xué)生對這一部分知識的“前概念”，說明學(xué)生并不了解燈泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，在教學(xué)活動中，教師就需要強化學(xué)生對燈泡內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識，直接設(shè)問：“燈泡燈絲兩端連接的金屬架有什么作用？兩端延伸到哪里去呢？”直擊學(xué)生的根源問題，讓探究活動更具有針對性與自主性。

再如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級下冊第4課《植物結(jié)果了》教學(xué)中，教學(xué)開始前，教師可以讓學(xué)生將自己所知道的果實羅列下來進行討論，并利用電子表格制作出“討論結(jié)果表”，在班級中進行展示。根據(jù)表格上的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，對于蘋果、黃瓜、鴨梨等，學(xué)生都認同其屬于果實，而對于蘿卜、地瓜等塊根、塊莖類的，學(xué)生則持有不同的意見。這時，通過進一步詢問與討論發(fā)現(xiàn)，班級學(xué)生對于果實的判斷存在兩種意見——一部分學(xué)生認為能吃的就屬于果實，另一部分學(xué)生認為有種子的才能稱為果實。由此可見，不同的前概念引發(fā)了學(xué)生的思維沖突，而這更能夠激發(fā)學(xué)生的探究精神，為其后續(xù)的學(xué)習(xí)與探索提供方向。

（二）提煉“大問題”，設(shè)計學(xué)習(xí)單，實現(xiàn)隱性思維可視化

在教學(xué)實踐中，教師需要通過多種教學(xué)方法挖掘?qū)W生在學(xué)習(xí)過程中的隱性思維，實現(xiàn)隱性思維的可視化，以便分析學(xué)生的思維痕跡，從學(xué)生的思維變化與狀態(tài)出發(fā)，深度把握學(xué)生的思維特點，進一步調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生的科學(xué)思維高效、積極地發(fā)展。而要想實現(xiàn)這一目標，教師就需要在教學(xué)實踐中提煉出具有挑戰(zhàn)性的“大問題”，并設(shè)計出具有思維含量的學(xué)習(xí)單。

首先，從提煉具有挑戰(zhàn)性的“大問題”角度出發(fā)進行探討。在提煉“大問題”的過程中，教師需要結(jié)合新課程標準的具體要求，深度把握教材中的核心知識點與關(guān)鍵問題，還需要從學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況出發(fā)，確保大問題與班級整體的“最近發(fā)展區(qū)”相匹配，這樣既具有一定的難度與挑戰(zhàn)性，又有助于學(xué)生不斷地探究，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓科學(xué)思維真正發(fā)生，也讓核心素養(yǎng)切實落地。以蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級下冊第9課《聲音的產(chǎn)生》的教學(xué)為例，通過分析，本課具有挑戰(zhàn)性的大問題為：“你認為聲音是怎樣產(chǎn)生的？”

其次，從設(shè)計具有思維含量學(xué)習(xí)單的角度出發(fā)進行探討。科學(xué)思維可視化的學(xué)習(xí)單，其設(shè)計不僅要促進學(xué)生個人思考，還要有助于引發(fā)小組交流與班級匯報。以《聲音的產(chǎn)生》一課教學(xué)為例，教師需要為學(xué)生個人與學(xué)習(xí)小組分別準備不同的學(xué)習(xí)單，其中，個人學(xué)習(xí)單強調(diào)學(xué)生對鋼尺、橡皮筋發(fā)生現(xiàn)象的觀察，要求學(xué)生將所觀察的現(xiàn)象用圖文的方式呈現(xiàn)出來，而小組學(xué)習(xí)單則需要能夠引發(fā)小組討論，并在討論過程中實現(xiàn)學(xué)習(xí)小組科學(xué)思維的可視化。

（三）利用視覺元素，弱化抽象難度，開展可視化教學(xué)

小學(xué)階段，學(xué)生以直觀形象思維為主，正因如此，科學(xué)概念的抽象性讓他們在學(xué)習(xí)活動中步履維艱。為了解決這一問題，教師可以充分利用圖像、圖表、模型等視覺元素開展視覺化教學(xué)，從而弱化抽象知識的難度，輔助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識，實現(xiàn)思維的可視化發(fā)展。

首先，從圖像這一視覺元素應(yīng)用的角度出發(fā)。教師在講解科學(xué)概念時，可以用圖像進行輔助，讓學(xué)生形成直觀感受，在仔細觀察與聆聽的過程中，將抽象的概念轉(zhuǎn)變成為具體的形象，以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級下冊第三單元《地球的運動》為例，教師就可以引入地球圖片、地球儀等工具，讓學(xué)生從原理出發(fā)，更好地理解地球自轉(zhuǎn)；在蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級下冊第5課《不同環(huán)境里的植物》教學(xué)中，教師可以引入高山、沙漠、熱帶草原、熱帶沿海等地區(qū)的圖像以及該地區(qū)生長的植物圖片，讓學(xué)生通過對比觀察引發(fā)思考，獲得直觀的印象與感受。

其次，從圖表這一視覺元素應(yīng)用的角度出發(fā)。對于小學(xué)科學(xué)的實驗探究活動，圖表的設(shè)計與應(yīng)用在促進思維可視化發(fā)展的過程中發(fā)揮著重要作用，能夠清晰地展示數(shù)據(jù)，反應(yīng)變化趨勢，幫助學(xué)生更好地探究規(guī)律、進行數(shù)據(jù)分析與判斷。以蘇教版小學(xué)科學(xué)二年級下冊第7課《栽小蔥》的教學(xué)為例，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生記錄小蔥生長過程中不同時間的高度、每天“喝水”的數(shù)量等，并將數(shù)據(jù)制作成折線統(tǒng)計圖，直觀地看到小蔥的成長規(guī)律，實現(xiàn)思維的可視化，提高核心素養(yǎng)。再如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)一年級下冊第二單元《水》與第三單元《空氣》的教學(xué)活動中，為了引導(dǎo)學(xué)生初步構(gòu)建起液態(tài)、氣態(tài)的概念，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用韋恩圖歸納并比較水與空氣的特征。在比較水與空氣的特征時，學(xué)生先想到的是“水可以喝，空氣不可以”，但是隨著教師的引導(dǎo)，學(xué)生能夠結(jié)合《鹽和糖哪兒去了》的學(xué)習(xí)，分析出“水里放糖或者鹽會改變味道，但是空氣不會，不過空氣里也會夾雜別的味道”，并由此抽象出本質(zhì)特征：空氣與水都沒有味道與氣味，但都會占據(jù)空間；空氣與水都有流動性，但是空氣很輕。學(xué)生在分析討論的過程中，能夠通過從相同點中找不同點、于不同點中挖掘相同點的思維完成韋恩圖，進一步促進了科學(xué)高階思維的發(fā)展與優(yōu)化。

再次，從模型構(gòu)建這一視覺化教學(xué)方法的設(shè)計角度出發(fā)。模型構(gòu)建有助于學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實驗操作，讓學(xué)生經(jīng)歷一個完整的學(xué)習(xí)過程，優(yōu)化學(xué)生的個性體驗。以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級上冊第四單元《水在自然界的循環(huán)》教學(xué)為例，教師就可以在完成教學(xué)活動后，讓學(xué)生以小組為單位制作水循環(huán)模型，直接觀察水流動和蒸發(fā)的過程，深入了解水循環(huán)的具體原理，發(fā)展可視化思維。再如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級下冊第7課《做個生態(tài)瓶》的教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生在完成作品后用模型進行討論，感受生物生存環(huán)境的特點，認識到生物與非生物之間相互依存、密不可分的聯(lián)系。

最后，在視覺化教學(xué)中，信息技術(shù)發(fā)揮著不可忽視的作用，有助于豐富教學(xué)資源，調(diào)動學(xué)生的多重感官，幫助學(xué)生更清晰、準確地掌握所學(xué)知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級上冊第10課《火山和地震》的教學(xué)為例，在這一課中，學(xué)生學(xué)習(xí)了火山噴發(fā)的成因與作用，教師就可以利用多媒體技術(shù)制作相關(guān)課件，從聽覺和視覺角度帶給學(xué)生直觀感受，讓學(xué)生感受到火山噴發(fā)給地表帶來的影響及其外部表現(xiàn)，為后續(xù)深入地參與教學(xué)活動奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

總而言之，在新課程改革的背景下，基于思維可視化構(gòu)建小學(xué)科學(xué)課堂已然成為優(yōu)化教學(xué)成果的重要路徑。作為小學(xué)科學(xué)教師，要充分認識到這一教學(xué)模式的重要性，在教學(xué)實踐中樹立創(chuàng)新意識、運用科學(xué)手段，豐富思維可視化教學(xué)在科學(xué)課堂中的應(yīng)用前景，讓小學(xué)科學(xué)教學(xué)迎來新的發(fā)展機遇。

（宋行軍）