幫助小學生建構宇宙空間概念

■王忠軍 李紅

空間，英文名Space，與時間相對的一種物質存在形式，表現為長度、寬度和高度。空間有宇宙空間、網絡空間、思想空間、數學上的空間等。對小學生來講，宇宙空間是一個宏觀抽象的概念，他們往往只專注于現實情境的觀察，很難在頭腦中建立宇宙空間及天體運行的立體形象，這是學生的年齡、身心特點和認知水平所決定的。幫助小學生有效地建構宇宙空間概念，真正理解“地球與宇宙”單元的知識，是小學科學教學值得思索的問題。

1 對小學生宇宙空間概念建構前概念的分析

地球、宇宙飛船、星球等詞匯學生通過各種途徑已經熟知；無邊的宇宙、閃亮的星星是兒童文學作品中永恒的主題，但是兒童的宏觀空間想象能力有限，使得其理解星球空間位置關系也有一定的困難。

1.1 空間概念認識的模糊性

學生生活在地球上，感受著地球上各種事物的變化，也感受著天體系統的變化。地球與宇宙方面的內容對學生來說是神秘的，他們好奇地想弄個明白、探個究竟。在日常生活中，學生雖然通過各種途徑已經獲得了一些相關的知識，但很少有人能夠說出各種現象產生的原因。曾就“地球上晝夜交替現象的解釋”這一知識做過調查，學生大都會說是地球的自轉和公轉造成了這個現象，而對自轉的方向、公轉的方向卻知之甚少。至于空間方位的變化規律、宇宙空間的層次建構更是缺少系統性。

1.2 空間概念缺少認識的實證性

現在學生通過各種渠道，知道了地球的運動方式，但是對地球運動的證據和運動的方向缺少實證意識。他們不知道傅科擺是怎么證明地球運動的，更不知道地球四季的形成為什么會和公轉有關系。雖然知道有一定的關聯，但是不知道所以然。

1.3 空間概念構建的不規范性

學生對日月地的認識缺少整體的空間建構。他們大多數只知道太陽最大，地球繞著太陽轉，月球繞著地球轉，對整個宇宙空間的建構模式比較模糊，甚至有錯誤的概念（如太陽最大），整個知識框架具有很大的不規范性。

2 學生空間概念構建特點分析

在方位知覺方面，由于方位本身具有相對性，兒童從具體的方位知覺上升到方位概念要經過較長時間的指導。兒童左右概念的發展和思維發展的一般趨勢相符合，都有一個從直觀到抽象的過渡過程。這個過渡的困難在于，在感性水平上，空間方位比較固定；而在理性水平上，空間方位比較靈活多變，有較大的相對性。學生在三年級數學和科學中已有了簡單的平面方位（東西南北）的知識接觸，能夠大致利用太陽或指南針知道實際方向，而當實際方向和地圖方位混合在一起的時候，他們還是需要借助一定的轉換，立體空間想象力還有待建構。

鑒于以上分析，“地球宇宙”知識模塊對小學生來說是神秘而有吸引力的，他們內心有著強烈的認知渴望。同時整個宇宙空間概念的合理建構又需要教師去幫助健全完善。有效實施教學，讓學生在該知識模塊的學習中初步建構起合理科學的宇宙空間概念，需要教師的巧妙引 領和指導。

3 幫助小學生建構宇宙空間概念教學策略

策略一：多媒體再現，化抽象為具體

對于小學生，主要還是以具體形象思維為主，逐漸向抽象邏輯思維過渡，抽象思維的展開還是以具體形象為基礎的。地球宇宙主題學習內容都是不易見到的一些事物，許多運動無法通過常規操作來展示與描述，在學習中學生會比較費解，因此，教師在教學時須大力加強直感性。其中，利用多媒體技術可以有效地突破教學中的重點和難點，收到事半功倍的效果。在一堂課開始時放映一些與新課的學習內容相關的片斷，或者難理解的內容，讓學生在視聽結合、欣賞討論的過程中對課文內容有一個初步印象，從而激發學習“內驅力”，順利進入教學情境。如“北極星的秘密”一課，可導入觀察星座的變化。現在的學生很少對星座有所觀察，更不用說星辰的運行特點。星辰到底如何在天空中發生位置變化？北極星如何不動？對他們來說可謂紙上談兵，這些現象都需要教師在課堂上來呈現。

借助多媒體可以播放一段星辰圖片和動畫，讓學生了解一些主要星辰的特點，如啟明星、織女星、牛郎星等。用這些耳熟能詳的星辰，激發學習興趣，進而引導學生觀察這些星辰在空中位置不是一成不變的，而是有規律地變化著。通過思考其中的原因，喚起學生的前概念（地球自轉引起星辰變化）。

還可以組織學生觀看“斗轉星移”，演示星空軟件等，播放日、月、地的運動狀態、八大行星的運動軌跡、四季星座等這些形象化、生動化的多媒體，把抽象復雜的事物形象簡單化，能夠給學生留下深刻的印象，比教師苦口婆心說上幾十遍要有效得多。

策略二：建立宇宙空間模型，化宏觀為可見

空間概念的形成只靠觀察是不夠的，從教學內容來看，雖然人們生活在宇宙中，但是宇宙的時空是宏觀的、抽象的，而生活的時空是微觀的、具體的。

很多知識光靠灌輸，只能讓學生了解情況而不能激發求知欲、感受浩瀚無窮的魅力。教師應嘗試通過多種手段、途徑幫助學生建立宇宙空間模型，從而理解宇宙運行變化規律，建立空間概念。

如教學“太陽系”，筆者用一幅常見的太陽系示意圖投石問路：這是不是真正的太陽系的照片？然后組織學生在百米操場上，根據書本提供的有關太陽系各大行星的數據，用身邊大小不同的球體，一起動手建立太陽系模型，讓學生親身感受到：太陽系有八大行星，它們若按書本提供的真實比例排列的話，至少需要幾百米的距離；太陽系行星間的距離分布不均；行星有大有小，差別很大；太陽系還有矮行星、小天體……最后得出書中那張圖只是太陽系的示意圖，而不是真正的照片，糾正并梳理了學生關于太陽系的很多錯誤的前概念。

另有一些抽象復雜的概念，如果只采用看視頻或圖畫的方式，對學生來說還是一知半解的，不如也通過建模的方式來完成教學。如“在星空中（一）”一課要讓學生明白一個概念：星座是遠近不同、沒有聯系的恒星在天空中的視覺圖像，從不同角度觀察，其圖形不同。為此，筆者在教學時，先引導學生把七個乒乓球用線先后垂掛在教室里，再用幻燈機的光從側面照射，旁邊白墻上就出現了一個北斗七星的模型，學生一下子驚呆了。趁熱打鐵，筆者轉動模型，觀察并記錄星座在白墻上的投射效果。學生自然而然地明白了：星座中的恒星之間其實距離相去甚遠，只是由于離我們地球太遙遠了，我們看過去才會覺得是在同一平面上，而且從宇宙的不同角度去觀察，它們之間的組合圖形其實并不相同。這樣的教學才能讓學生客觀真實地去認識和了解星座，建立起正確的有關星座的概念。

在科學教學過程中有一些現象也必須通過建模的方式在課堂上“重現”。如在教學“月相”時，讓學生在實際中去觀察月相是有一定難度的，時間上也不允許（下半月的月相在下半夜才出現）。于是，筆者利用幻燈投影，外罩一個星空鏤空燈罩，就在課堂上建立起了一個完整且能運動的月相模型，讓學生了解月相變化的規律，從而幫助學生形成正確的關于月相的空間概念。

幫助學生建模的方法可謂多種多樣，哪一種更能說明事實，學生自有自己的選擇，讓他們用自己最擅長的方式去理解、去解釋、去思考，把抽象的空間概念具體化，這不正是科學課堂上所需要的、所追求的嗎？

策略三：關注人類探索宇宙的歷史，循序漸進建構空間概念

從天圓地方說到地球中心說，從一年四季的形成和太陽的遠近關系假說，錯誤的理論，曾經也在人類認識地球學說中占據過非常重要的位置。有很多人追捧、信奉，因為它太貼近人的感覺認識了。這些現象也很容易被小學生接受，或者質疑。學生的諸多認識，和早期人類對地球及其運動的認識十分相似。

深入地了解人類認識地球與宇宙空間的歷史和過程，可以讓學生重演人類對地球運動的探究過程。基于可觀察到的現象和事實，運用相對運動、參照物、模擬再現等原理和方法進行推理、論證，最終認識地球是如何運動的。在這一過程中，需要引導學生多角度地、持續地收集地球運動的證據，如資料、理論、模擬實驗的結果等，需要提醒學生對證據進行批判性的邏輯加工，還需要訓練學生一定的空間想象力。

如筆者在教學“晝夜交替現象”時，發現學生都知道“晝夜交替現象是由于地球自轉引起的”，在表揚了他們科學知識豐富后，話鋒一轉，創設了這樣一個場景：“假如你是生活在古代的一位古人，只知道日出而作，日落而息。請從這樣的認識出發，試著推理：太陽和地球兩者做怎樣的運動才會出現地球上‘晝夜交替’這種現象。把自己的想象用圖畫出來。”一石激起千層浪，各種模擬圖頃刻間展示在了黑板上。在引導學生對上述模擬運動進行歸類后，以組為單位，用手電筒和小地球儀模擬日地各種運動，推測哪幾種運動形式可以形成“地球上的晝夜交替現象”。這樣的教學不僅僅是為了讓學生尋找一個正確的答案，更關注學生對這個現象能否展開更多的空間想象力，希望學生能踏著古人探索的足跡，通過猜測、想象，在頭腦中建構地球和太陽相對圓周運動的空間模式和知識概念，從而形成更加清晰的日地運動的方位和空間。

當然，幫助學生建構宇宙空間概念僅僅通過課堂教學是遠遠不夠的，教師還應適當地組織學生進行課外觀察和積累，培養他們持續的探究能力，拓展認識空間，幫助學生融會貫通，學以致用，逐步建立完善的宇宙空間概念，養成正確的思維習慣，提高科學素養。