建構可視化科學課堂

沈丹

在教學科學這門學科時，讓學生有效掌握相關概念和知識是我們的教學工作正常開展的前提和基礎。針對這個問題，教育家張俊提出了兩種做法：第一種是直接進行概念教學，但是眾所周知，小學生的思維水平受到認知能力的限制，所以這種方法的教學效果并不明顯;第二種方式是讓學生在自己認知能力的基礎上去認識相關概念。

一、問題來源：一個難以建構的科學概念

一天，一位科學老師執教公開課《地球的形狀》，教學中有一環節是根據資料，認識古人對地球形狀的探索過程，其中一個是亞里士多德對地球形狀的推測，以下是教學片段。

亞里士多德：根據月相的變化，推斷地球的形狀。

師：（操作電腦，顯示圖片）你看到了什么？

學生1：我看到了各種不同形狀的月亮。

學生2：這是一張月相圖片。

師：這是一個月中月相的變化。古希臘學者亞里士多德根據月食的景象分析認為，月球被地影遮住部分的邊緣是圓弧形的，所以地球是球體或近似球體。

小結：這也是古代人根據生活經驗進行的有根據的猜想。

現階段，對學生核心素養的培養，主要表現在通過系統化和科學化的教育教學方法，使學生具備能夠適應終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。基于這個前提，老師開展的小學科學教學活動更多應當是傾向于培養和發展學生的綜合素質和能力，而不能夠只是片面地追求教學效益。

二、問題調查：探視科學概念教學存在問題

經過一段時間的調查研究，我發現在現階段小學科學學科的概念教學中主要存在以下三個問題。

（一）以傳統教學為主，機械記憶

有些老師是為了“教學”而“教學”，在教學中對于一些抽象的概念性問題大多采取比較傳統的教學方法，強調對概念的機械記憶。但是這種教學效果并不理想，長此以往，學生對于相關學科的學習興趣也會大大減退，是一種得不償失的做法。

例如，水的表面張力的概念，老師試圖通過一些實驗讓學生認識水的表面張力，有硬幣滴水，讓回形針“漂”在水面上，觀察水黽在水面上行走的圖片，等等。學生體驗了，也看到了，但是什么是水的表面張力？或許還是沒有概念。再如，晝夜交替、四季的成因，宇宙這些抽象概念的教學，老師更多的還是采用傳統的知識講授方式，學生機械記憶居多。

（二）追求深層次的原理分析

老師為了讓學生深入理解相關概念，會講解一些基于概念原理的更深層次的知識，但是這種方法的效果往往也不太理想。因為小學生的知識水平和認知水平都處于較低的層次，很難將這種深層次的原理理解透徹。

就比如我們對于“地球圍繞太陽轉”這個問題的教學，老師其實完全沒有必要講解萬有引力公式等;在《遺傳和變異》一課的教學中，也沒有必要去計算遺傳概率問題。這些都是超出學生認識水平的內容。

（三）無視細節，概念建構不完善

科學課的一般思路是提出問題—做出假設—實驗驗證—得出結論。老師往往都是嚴格按照這一思路讓學生進行探究的。但問題是，課堂時間有限，學生能力不足，如果某一環節時間過長，為了完成教學任務，其他環節就會被忽視。而根據實驗現象或實驗數據分析結論一塊往往是最容易被老師“扔”掉的，但這一忽視卻恰恰會讓學生的概念建構不完善，甚至是錯誤。

針對上述問題，本文結合自身教育教學經驗，在下文中詳細闡述如何借助科學建模來建構可視化的科學課堂進而進行高效的科學教學。

三、問題解決：建構可視化科學課堂

（一）解讀——知識可視化

知識可視化，即利用一些表征手段將知識表現出來，其外在表現形式能讓人的感官直接接受，促進知識的建構。而知識可視化的教學方法則是利用工具或方法，改進教學過程，讓抽象的概念變得更具體，讓隱藏的概念變得更明顯，讓知識更容易與學前認知相聯系，達到最優的教學效果。

（二）措施——化無形為有形

主題探究，加強概念建模。在引導學生進行科學建模的過程中，老師可以通過引導學生進行主題探究這個活動，來加強對學生概念建模能力的培養。在這個過程中，學生可能會遇到各種困難和障礙，但老師應當引導學生通過高效的思維交流活動有效解決這些迷思和沖突，進而在此基礎上提出自己的想法，全面提升自身的自主創新能力，促進個性鮮明發展。

1.基于迷思，確定方向

以蘇教版五年級下冊第一單元“神奇的機械”中的第三課《斜坡的啟示》的教學為例。對于這一部分的內容，我沒有按照常規方式進行講解，而是采取了主題探究的形式。在探究之前，學生普遍有幾點疑難問題：斜坡的陡峭程度和拉力的大小有什么關系？不同材料的同樣角度的斜坡所需的拉力是否相同？

2.基于沖突，合作交流

在進行主題探究的過程中，很多時候學生在實驗的過程中會產生各種各樣的誤差和沖突等。針對這個問題，一種非常有效的處理方式便是，讓學生通過合作探究的方式來解決這些沖突和問題，使學生的合作探究意識在這個過程中不斷得到加強，并使其思維水平得到更好的培養和鍛煉。

總之，思維建模是一種化抽象為具體、化復雜為簡單的實現思維可視化的非常有效的方法。這種教學方式完全符合現階段小學生的思維認知特點，使其能夠在科學的建模環節中解決在學習過程中遇到的概念迷思，進而建立更加優化的知識網絡結構，為之后高年級更深層次的學習奠定基礎。