具象圖式：消解兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)中“三化”現(xiàn)象的有效教學(xué)工具

江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)分校 陳 沖

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出：“科學(xué)課程設(shè)置13個(gè)學(xué)科核心概念，是所有學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握的科學(xué)課程的核心內(nèi)容。” 科學(xué)概念的學(xué)習(xí)是科學(xué)認(rèn)識活動(dòng)的基礎(chǔ)。我國科學(xué)教育的當(dāng)務(wù)之急是不斷改善以及加強(qiáng)對小學(xué)科學(xué)概念的教學(xué)工作，這也成為我國當(dāng)代科學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展趨勢。科學(xué)概念的特征之一是抽象性，皮亞杰指出兒童對外界的認(rèn)識過程是分階段的，而小學(xué)生對事物的認(rèn)知處于簡單運(yùn)算階段，大腦只具有簡單的抽象思維。具象圖式可以借助各種各樣的圖表形式把科學(xué)概念學(xué)習(xí)的內(nèi)縮過程展開，讓學(xué)生更加直觀地對科學(xué)概念進(jìn)行理解和學(xué)習(xí)。

一、兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)中的“三化”現(xiàn)象

（一）科學(xué)概念學(xué)習(xí)的淺表化

中國工程院院士韋鈺認(rèn)為，科學(xué)概念是科學(xué)研究的成果之一，由知識性的定義和一般的科學(xué)事實(shí)組成。在科學(xué)課堂上，部分教師和學(xué)生認(rèn)為教材上的黑體字就是本節(jié)課的概念知識，忽視了在科學(xué)探究的過程中形成的生成性科學(xué)概念；還有部分學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的結(jié)論就是科學(xué)概念。這說明科學(xué)概念的學(xué)習(xí)囿于形式，也就是科學(xué)概念學(xué)習(xí)呈現(xiàn)淺表化。

（二）科學(xué)概念學(xué)習(xí)的離散化

目前我國小學(xué)科學(xué)教材的編寫都是圍繞單元主題設(shè)置課程，在相同主題的內(nèi)容上從低年級到中年級再到高年級不斷螺旋上升，但是我們仔細(xì)翻閱教材會(huì)發(fā)現(xiàn)，單元主題之間往往并無明顯的關(guān)聯(lián)，這就導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)概念學(xué)習(xí)的離散化。同時(shí)，縱觀我國小學(xué)科學(xué)教學(xué)近二十年的教學(xué)發(fā)展過程，在一定程度上存在過度重視學(xué)生親身經(jīng)歷和活動(dòng)而忽視概念教學(xué)的情況。

（三）科學(xué)概念學(xué)習(xí)的抽象化

通常組織起來構(gòu)成的以及系統(tǒng)的科學(xué)知識稱之為科學(xué)概念，它來源于全世界的科研學(xué)者對世間萬物的認(rèn)識。也就是說科學(xué)概念是以成人的視角和社會(huì)實(shí)踐過程歸納、演繹、推理而形成的，但是根據(jù)心理學(xué)家的研究和教師的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)，與成年人的認(rèn)知發(fā)展階段相比，未成年人的認(rèn)知發(fā)展與成年人存在極大差距，這說明科學(xué)概念對于學(xué)齡期兒童的認(rèn)知發(fā)展階段而言，存在抽象化現(xiàn)象。

二、具象圖式對消解兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)中“三化”現(xiàn)象的價(jià)值

具象是用畫圖的方式來表達(dá)認(rèn)知的過程。歐美的研究學(xué)者普遍認(rèn)為，圖式是對知識以及生活常識進(jìn)行編輯概括以及總結(jié)的生命樹或者流程圖。一些學(xué)者表示形成概念的組成部分是隨時(shí)代的發(fā)展更替變化的，這些變化的因素正是圖式的基本構(gòu)造。鑒于以上理論，本文界定具象圖式為用圖文結(jié)合的方式表示認(rèn)知學(xué)習(xí)過程的工具，在這個(gè)過程中具象圖式把抽象的科學(xué)概念學(xué)習(xí)過程直觀化，幫助兒童明確科學(xué)概念，加快兒童對科學(xué)概念的認(rèn)識和消化。

（一）有效促進(jìn)兒童科學(xué)知識從“課本”走向“生活”

科學(xué)教材中的科學(xué)概念都是以文字形式呈現(xiàn)出來的，而科學(xué)知識是根據(jù)生活現(xiàn)象和人們的生活經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)出來的，具象圖式就為文字中蘊(yùn)含的科學(xué)知識原理和真實(shí)的生活之間架起聯(lián)系的橋梁，它借助圖文結(jié)合的方式把科學(xué)知識和生活實(shí)際中的事物聯(lián)系起來，讓兒童感受到科學(xué)概念源于生活，從而有效促進(jìn)科學(xué)知識從“課本”走向“生活”。

（二）有效達(dá)成兒童學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)從“表面”走向“深刻”

兒童對科學(xué)概念的學(xué)習(xí)有些僅停留在文字層面，不能深刻領(lǐng)會(huì)其內(nèi)涵，具象圖式可以整合課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容、大單元學(xué)習(xí)內(nèi)容、不同學(xué)科交叉融合內(nèi)容和不同年級同主題學(xué)習(xí)內(nèi)容等，這就使得兒童自我建構(gòu)的科學(xué)概念知識變得條理化以及系統(tǒng)化，兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)的深度也得到升華，有效達(dá)成兒童學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)從“表面”走向“深刻”。

（三）有效順應(yīng)兒童科學(xué)思維從“抽象”走向“具象”

科學(xué)教材中的概念知識是從成人的視角高度概括定義的，具有很強(qiáng)的理論性，其抽象程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于兒童當(dāng)前的認(rèn)知水平，而各種鮮艷多彩的圖形、形象多變的圖表更易于吸引兒童的注意力，更容易幫助兒童呈現(xiàn)他們探究學(xué)習(xí)的思維過程。借助圖文結(jié)合的形式，可以使兒童直觀地對科學(xué)概念進(jìn)行理解，有效促進(jìn)兒童科學(xué)思維從“抽象”走向“具象”。

三、以具象圖式消解兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)中“三化”現(xiàn)象的教學(xué)路徑

（一）具身實(shí)驗(yàn)：讓兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)從“表層”走向“內(nèi)涵”

1.課堂實(shí)驗(yàn)，玩中學(xué)

在小學(xué)科學(xué)的教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生融入科學(xué)探究活動(dòng)中。學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的主要途徑之一就是課堂中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。教師要盡可能地因地制宜，創(chuàng)造條件讓學(xué)生親自動(dòng)手參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

以蘇教版科學(xué)四年級上冊“彈力”為例，在玩彈簧、皮筋、海綿等的過程中，教師可以請學(xué)生畫出物體受力前后及撤去外力后的形態(tài)變化，然后再引導(dǎo)學(xué)生分析在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中物體的哪個(gè)部位發(fā)生了哪些變化，自己的感受是什么，以及物體為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化。在具體體驗(yàn)過程中，通過具象圖式的幫助，學(xué)生自然而然明確了“彈力”的概念。

2.家庭實(shí)驗(yàn)，學(xué)中玩

家庭實(shí)驗(yàn)是兒童十分喜愛的一項(xiàng)科學(xué)活動(dòng)，尤其是自線上學(xué)習(xí)出現(xiàn)，家庭實(shí)驗(yàn)就成為開展科學(xué)教學(xué)的主要形式之一。“雙減”政策推出后，家庭實(shí)驗(yàn)也成為科學(xué)作業(yè)的一種形式。

在三年級下冊“植物的一生”中，家庭實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生尋找一種日常生活中常見的植物種子，播種并記錄它的成長變化過程，這是一個(gè)長期的家庭觀察實(shí)驗(yàn)。在父母的幫助下，從挖土到播種、施肥、開花、結(jié)果等的過程記錄中，學(xué)生對植物的六大器官及其作用等科學(xué)知識有更直觀全面的認(rèn)識。以六年級上冊“自制汽水”實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生利用家里的檸檬汁和小蘇打就可以輕松完成實(shí)驗(yàn)，加深了對化學(xué)變化現(xiàn)象及概念的認(rèn)識。

（二）思維導(dǎo)圖：讓兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)從“散點(diǎn)”走向“結(jié)構(gòu)”

1.創(chuàng)意板書把兒童科學(xué)概念建構(gòu)過程直觀化

板書在兒童科學(xué)課堂學(xué)習(xí)中意義重大，很多教師也會(huì)把課中的主要科學(xué)概念呈現(xiàn)在板書上，因此教師的板書設(shè)計(jì)對于兒童科學(xué)概念知識的建構(gòu)尤為重要。簡筆畫和流程圖是教師們最喜歡使用的板書方式,利用好這兩種簡潔有效的板書方式,會(huì)使教學(xué)效果事半功倍。

以一年級上冊中的“認(rèn)識感官”為例，簡筆畫可以幫助學(xué)生克服識字水平有限的問題，同時(shí)能直觀地展示課堂科學(xué)概念知識。再以六年級上冊“蠟燭的變化”為例，在教師的巧妙引導(dǎo)下，學(xué)生自主探究，逐漸明確自然界的物質(zhì)變化有兩種不同的方式，同時(shí)完成物理變化和化學(xué)變化科學(xué)概念的建構(gòu)。板書如圖1。

圖1

2.氣泡圖把散點(diǎn)科學(xué)概念學(xué)習(xí)顯性化

在平時(shí)的課堂中，學(xué)生的科學(xué)概念知識都是以散點(diǎn)形式存在的，即便是有單元主題概念的學(xué)習(xí)，但是囿于目前科學(xué)教材編寫設(shè)置的客觀原因，學(xué)生對科學(xué)概念的學(xué)習(xí)依然分為低、中、高三個(gè)階段，即科學(xué)概念學(xué)習(xí)呈現(xiàn)散點(diǎn)化。具象圖式中的一種氣泡圖就可以幫助中、高年級學(xué)生把散點(diǎn)化的科學(xué)概念學(xué)習(xí)系統(tǒng)化和顯性化。

以三年級上冊“認(rèn)識空氣”為例，在此之前，學(xué)生已經(jīng)有一年級下冊“空氣”單元學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，教師可以在教學(xué)伊始給學(xué)生出示氣泡圖，讓他們根據(jù)自己對空氣的已有認(rèn)識進(jìn)行填充，在完成“認(rèn)識空氣”的探究學(xué)習(xí)后，教師再次讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識完善氣泡圖，學(xué)生科學(xué)概念的學(xué)習(xí)從散點(diǎn)狀態(tài)被直觀、系統(tǒng)地呈現(xiàn)出來（如圖2）。

圖2

（三）沉浸式學(xué)習(xí)：讓兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)從“抽象”走向“具身”

沉浸式學(xué)習(xí)，是指使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給學(xué)生提供一個(gè)與現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境高度相似的場景。讓兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)從“抽象”走向“具身”，有以下兩種沉浸式學(xué)習(xí)方式：

1.信息技術(shù)融合，讓科學(xué)概念學(xué)習(xí)形象

現(xiàn)代信息技術(shù)能夠把各種形式的教學(xué)內(nèi)容共同呈現(xiàn)出來，如圖像、動(dòng)畫、音頻等，而且能夠打破時(shí)間、空間和距離的約束。在這個(gè)過程中，把抽象的科學(xué)知識直觀化，學(xué)生能夠更真切地感知科學(xué)探究的過程。同時(shí)，提升了學(xué)生的科學(xué)探究熱情。

在四年級上冊第四單元“簡單電路”的教學(xué)中，現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，可以直觀地呈現(xiàn)電流的流動(dòng)方向，讓學(xué)生對通路、短路和斷路的概念有更具體的認(rèn)知。以六年級上冊第四單元“探索宇宙”為例，教師可以借助現(xiàn)代信息技術(shù)模擬展示太陽系大家族的情況，學(xué)生直觀感受后比直接閱讀的印象更深刻。

2.3D體驗(yàn)引入，讓科學(xué)概念學(xué)習(xí)深刻

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，3D科技館、3D眼鏡和網(wǎng)絡(luò)3D體驗(yàn)系統(tǒng)的出現(xiàn)，為兒童創(chuàng)設(shè)、提供了更加便捷智能的學(xué)習(xí)環(huán)境，更好地激發(fā)了兒童對科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。以虛擬科技館為例，它是一種全新的使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高科技虛擬科技館技術(shù)，使得開放時(shí)間和地理位置都不再是限制，學(xué)生在家中就可身臨其境地對科技館進(jìn)行參觀游覽。

以五年級上冊“地球的表面和內(nèi)部”為例，沉浸式裸眼3D技術(shù)可以幫助學(xué)生近距離觀看地球的表面，理解地球上五種常見地形的特征。VR安全體驗(yàn)館可以讓學(xué)生感受火山和地震災(zāi)害發(fā)生的原理和后果，感知浩瀚的宇宙和太陽系，探索食物在人體內(nèi)的旅行，以及探秘地心等。在這些3D技術(shù)的輔助下，在趣味體驗(yàn)的過程中，科學(xué)概念知識已經(jīng)潛移默化地深入到學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中。

關(guān)于有效建構(gòu)兒童科學(xué)概念的學(xué)習(xí)方式，近些年已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了多個(gè)方面的探索，比如表征與小學(xué)科學(xué)概念教學(xué)的研究，元認(rèn)知與小學(xué)科學(xué)概念教學(xué)的研究，以及論證與小學(xué)科學(xué)概念教學(xué)的探索研究等，但無論是哪方面的探索研究都無法脫離具象圖式，這說明具象圖式是一種有效、易操作的形式。針對目前兒童科學(xué)概念學(xué)習(xí)中存在的淺表化、離散化、抽象化的現(xiàn)象，筆者認(rèn)為可以借助具象圖式中的簡筆畫板書、具身實(shí)驗(yàn)、思維導(dǎo)圖和現(xiàn)代信息技術(shù)等不同的方式來解決。