運用圖示表征 助力科學(xué)學(xué)習(xí)

李佳濤

[摘 要]圖示表征運用于小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)，既有利于學(xué)生挖掘前科學(xué)概念，突破學(xué)習(xí)難點，促進(jìn)科學(xué)探究，形成學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)，又有助于學(xué)生實現(xiàn)思維的可視化，提升科學(xué)學(xué)習(xí)效率。

[關(guān)鍵詞]圖示表征；科學(xué)學(xué)習(xí)；前概念；學(xué)習(xí)難點；思維可視；知識網(wǎng)絡(luò)

[中圖分類號] G623.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-9068（2019）12-0056-02

圖示表征是指人們對概念知識的獲得、提取及輸出，是知識在人大腦中的圖示表現(xiàn)。通過圖示的形式表征知識，可以讓知識外化，更形象、直觀、簡練且內(nèi)涵豐富，直指概念的內(nèi)涵及本質(zhì)。在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中，有結(jié)構(gòu)圖、示意圖、氣泡圖、維恩圖、概念圖、思維導(dǎo)圖及各種圖表。從知識表達(dá)的角度，圖示表征符合小學(xué)生直觀形象的思維特點，可以降低知識表達(dá)的難度，深受小學(xué)生歡迎。因此，在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中運用圖示表征，有利于學(xué)生挖掘前概念，用于記錄科學(xué)發(fā)現(xiàn)或者設(shè)計實驗方案，進(jìn)而突破學(xué)習(xí)難點，提高科學(xué)學(xué)習(xí)效率。

一、圖示信息豐富直觀，挖掘科學(xué)前概念

學(xué)習(xí)進(jìn)階是描述學(xué)生在學(xué)習(xí)和探索某一主題時，表現(xiàn)出來的知識、技能和能力的發(fā)展序列。學(xué)習(xí)進(jìn)階是實現(xiàn)課程、教學(xué)與評價統(tǒng)一的重要載體。尤其是當(dāng)下在基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論指導(dǎo)下的科學(xué)教學(xué)設(shè)計，需要根據(jù)學(xué)生已有的經(jīng)驗和知識來設(shè)計教學(xué)。因此，利用圖示表征來挖掘?qū)W生的科學(xué)前概念是設(shè)計學(xué)習(xí)問題的重要來源。心理學(xué)研究表明，兒童喜歡用圖示的方式來表征知識，也樂于用圖示來表達(dá)自己知道和理解的知識。此外，了解學(xué)科前概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點。圖示作為收集前概念的做法具有趣味性，可以讓學(xué)生自由表達(dá)自己的想法，也可以給那些不愿意、不能或者不高興用文字表達(dá)的學(xué)生更多表達(dá)知識的機(jī)會。所以，在設(shè)計教學(xué)前，教師可以利用圖示表征的方式，挖掘?qū)W生頭腦中的想法。

例如，在《點亮小燈泡》這一內(nèi)容教學(xué)前，我對班上38名學(xué)生進(jìn)行了圖示調(diào)查（調(diào)查結(jié)果詳見表1）。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對能讓小燈泡亮起來存在9種看法。值得注意的是，有近50%的學(xué)生認(rèn)為只要燈泡的一個連接點與電池的正極相連，小燈泡就能亮起來，原因是看到用電器都是一端插在電源上就可以正常工作了，但在實際操作中，只有2.6%的學(xué)生連接正確。通過進(jìn)一步訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生連接正確的原因是認(rèn)為燈泡有兩個連接點，電池也有兩極，應(yīng)該要都連上才能亮，卻無法說出燈泡能亮的科學(xué)原理。這些都是教師設(shè)計教學(xué)時需要考慮的問題，也是教學(xué)的起點。在教學(xué)過程中，教師就可以利用這些前概念，有針對性地進(jìn)行概念轉(zhuǎn)變教學(xué)。

二、圖示搭建學(xué)習(xí)支架，突破學(xué)習(xí)難點

科學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)常會遇到一些抽象或時空跨度較大的難點問題或原理，圖示表征可以為這類知識的學(xué)習(xí)搭建支架，從而突破思維難點。一方面，圖示可以將抽象問題具體化，降低思維抽象度，主要體現(xiàn)在不可見的科學(xué)問題上，如摩擦起電現(xiàn)象、熱傳導(dǎo)和物體的熱脹冷縮等。另一方面，圖示表征可以縮小時空跨度大的科學(xué)問題，減小思維的時空跨度。例如，教學(xué)《鳳仙花的一生》時，鳳仙花從一粒種子先向下長出根，接著莖慢慢向上伸長，長出子葉，后來長出真葉，再后來葉子長大、長茂密，開花、結(jié)果直至死亡。學(xué)生將這個過程用圖示表征出來（如下圖1），從圖中可以看出，學(xué)生在表征鳳仙花的生命周期時還畫出了鳳仙花生長的土壤環(huán)境及周圍的螞蟻、蝸牛等動物。可見，通過圖示表征知識的訓(xùn)練，學(xué)生的科學(xué)整體觀念有了提高。

三、圖示表征學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)思維可視

由于小學(xué)生的心理發(fā)展水平較低，很多學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)經(jīng)驗常處于不能表達(dá)或無法自由表達(dá)的狀態(tài)，而圖示表征可以幫助學(xué)生走出“口欲言而未能”的困境，實現(xiàn)思維的可視化。

例如，教學(xué)《花、果實和種子》這一內(nèi)容時，我發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難建立起花、果實和種子之間的聯(lián)系，尤其是花完成傳粉后是如何進(jìn)行受精、子房這一結(jié)構(gòu)又是怎樣發(fā)育成果實的，這一抽象過程很難通過觀察實驗建立科學(xué)概念。因此，我運用圖示表征設(shè)計以下教學(xué)流程：（1）觀察油菜花、桃花和百合花的雄蕊結(jié)構(gòu)，找出共同點并畫出雄蕊的結(jié)構(gòu)；觀察油菜花、桃花和百合花的雌蕊結(jié)構(gòu)，找出共同點并畫出雌蕊的結(jié)構(gòu)。（2）在圖2的基礎(chǔ)上補(bǔ)充完整雄蕊和雌蕊的結(jié)構(gòu)。（3）學(xué)習(xí)傳粉的過程和體驗人工傳粉。（4）視頻觀看受精過程后進(jìn)行描述，并在記錄單上完成傳粉受精過程的表征。學(xué)生經(jīng)歷觀察和圖示記錄的整個流程，就是一個比較、抽象和概括的思維與表達(dá)過程。（5）讓學(xué)生說出植物從開花到果實形成的過程，同時師用板書的形式將整個學(xué)習(xí)過程記錄下來（如圖3），從而通過可視化的圖示實現(xiàn)了學(xué)生對知識的直觀表達(dá)和再次建構(gòu)。

花、果實和種子觀察記錄表]

通過梳理發(fā)現(xiàn)，涉及物體和生物結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，比較適合用記錄表或教師板書的方式呈現(xiàn)教學(xué)過程。

四、圖示整理知識網(wǎng)絡(luò)，聯(lián)系不同概念

科學(xué)教學(xué)要幫助學(xué)生從整體上形成對科學(xué)的認(rèn)識，使學(xué)生正確建構(gòu)學(xué)科知識結(jié)構(gòu)。在教學(xué)過程中，教師可以單元內(nèi)容或?qū)W習(xí)主題，引導(dǎo)學(xué)生逐步建構(gòu)指向核心概念或大概念的學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，也可以引導(dǎo)學(xué)生用圖示整理單元或跨單元的學(xué)習(xí)內(nèi)容，形式包括科學(xué)概念圖、思維導(dǎo)圖或場景畫等。繪制指向核心概念的概念圖，既有利于學(xué)生形成學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，又有利于減輕學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)和培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，實現(xiàn)知識的有意義編碼和提取。

例如，教學(xué)《植物和動物》后，教師讓學(xué)生用科學(xué)場景圖的方式表達(dá)總結(jié)兩個單元的科學(xué)概念。一學(xué)生作品（圖4）如下：水葫蘆憑借自身膨大的氣囊浮在水面上，金魚藻根生長在水底，魚依靠鰭游來游去；水池邊有大樹，大樹底下有小草，草叢中有蝸牛，蝸牛在樹下依靠腹足爬行……從圖中可以看出，學(xué)生畫的科學(xué)場景圖既清楚描述了學(xué)習(xí)過的動植物的根、莖、葉等結(jié)構(gòu)的特征及其生活環(huán)境，又表達(dá)出了這些生物間及生物與環(huán)境間的聯(lián)系。這里，學(xué)生用韋恩圖比較不同動植物的相同點和不同點，甚至連生物的能量來源——太陽這個元素也包含在內(nèi)，從情境圖示的整體來看，直接指向“生物與環(huán)境”這個核心概念。

總之，圖示表征可以提高學(xué)生的科學(xué)表達(dá)能力，減輕記憶負(fù)擔(dān)，使學(xué)生形成對科學(xué)的整體認(rèn)識。為了讓學(xué)生有更強(qiáng)的圖示表征能力，教師還需要多創(chuàng)造學(xué)生運用圖示表征的機(jī)會，設(shè)計有圖示的板書，為學(xué)生用圖示表征知識起示范和導(dǎo)向作用，使學(xué)生真正理解和掌握所學(xué)的科學(xué)知識。