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(biāo)準(zhǔn)（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(shí)踐以及責(zé)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(shí)踐中得到高度重視。然而，分析當(dāng)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(duì)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(shí)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(wú)法真正落實(shí)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(shí)就是運(yùn)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(jìn)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(shí)更為鮮活生動(dòng)，有助于提高學(xué)生加工信息的能力。基于思維可視化視角進(jìn)行小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，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(wèn)題等綜合能力，讓科學(xué)核心素養(yǎng)得以切實(shí)發(fā)展。基于此，本文立足于思維可視化視角，詳細(xì)論述了其具體的意義價(jià)值與實(shí)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(jià)值

（一）提高教學(xué)反饋的準(zhǔn)確性

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，教學(xué)反饋與評(píng)價(jià)往往很難反映學(xué)生思維發(fā)展的真實(shí)成果，容易導(dǎo)致教師對(duì)學(xué)生認(rèn)知狀況的把握不準(zhǔn)確，從而致使后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)無(wú)法達(dá)到理想的效果。思維看不見(jiàn)也摸不著，因此很難進(jìn)行評(píng)價(jià)與判斷，而思維可視化則能夠?qū)W(xué)生的思維過(guò)程直觀地進(jìn)行呈現(xiàn)，教師可以通過(guò)挖掘?qū)W生的隱性思維、分析學(xué)生的思維痕跡來(lái)判斷學(xué)生的思維發(fā)展?fàn)顩r以及是否正確，從而提高教學(xué)反饋的準(zhǔn)確性，以便更有針對(duì)性地開(kāi)展后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)。以蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)第18課《食物的旅行》為例，完成教學(xué)活動(dòng)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將食物消化的過(guò)程、路徑及需要經(jīng)過(guò)的消化器官用繪圖的方式呈現(xiàn)，這有助于教師直接、精準(zhǔn)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(guò)對(duì)當(dāng)前教學(xué)經(jīng)驗(yàn)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(shí)組成思維網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致知識(shí)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(wèn)題，不斷完善學(xué)生的觀點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)之間聯(lián)系性與結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)化感受，促進(jìn)學(xué)生從全面、多元的角度構(gòu)建知識(shí)體系，感受科學(xué)現(xiàn)象。以蘇教版小學(xué)科學(xué)二年級(jí)下冊(cè)第1課《認(rèn)識(shí)常見(jiàn)材料》的教學(xué)為例，教師可以讓學(xué)生調(diào)動(dòng)多重感官，感受不同材料的具體特點(diǎn)，加深對(duì)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(tīng)到的感受記錄下來(lái)，使其對(duì)不同材料的感受從無(wú)序化、模糊化走向清晰化與可視化，從而進(jìn)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(rèn)識(shí)所學(xué)的常見(jiàn)材料，同時(shí)進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)不同材料的對(duì)比以及對(duì)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(jìn)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(dòng)奠定思維基礎(chǔ)。以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第四單元《簡(jiǎn)單電路》中“點(diǎn)亮小燈泡”的教學(xué)為例，教師可以讓學(xué)生通過(guò)可視化操作，在動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中形成深刻感受。同時(shí)，為了讓學(xué)生從動(dòng)作思維走向抽象思維，教師可以提出核心問(wèn)題：“為什么用燈泡的兩個(gè)觸點(diǎn)與正負(fù)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(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)思維品質(zhì)的飛躍。

（四）符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)

小學(xué)階段的學(xué)生具有強(qiáng)烈的好奇心與求知欲，但是教材枯燥的知識(shí)難以引發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，科學(xué)是一門具有實(shí)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(diǎn)，又能夠在一定程度上充分發(fā)揮學(xué)科特點(diǎn)，在教學(xué)中尊重學(xué)生的個(gè)性理解，注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力與思維能力的培養(yǎng)，以此來(lái)提高教學(xué)效率與成果。以蘇教版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)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(shí)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(rèn)知，找準(zhǔn)教學(xué)起點(diǎn)，實(shí)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。科學(xué)與生活聯(lián)系密切，科學(xué)知識(shí)來(lái)源于生活，又應(yīng)用于生活，可以說(shuō)在進(jìn)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(lái)，在分辨其是否存在偏差的基礎(chǔ)上找準(zhǔn)教學(xué)起點(diǎn)，讓教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)生的認(rèn)知情況與學(xué)習(xí)需求相吻合，同時(shí)引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的主動(dòng)理解。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第四單元《簡(jiǎn)單電路》的教學(xué)活動(dòng)為例，在教學(xué)開(kāi)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(diǎn)亮的方法，并說(shuō)一說(shuō)小燈泡會(huì)亮的原因。通過(guò)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(jí)中的絕大多數(shù)學(xué)生認(rèn)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(duì)這一部分知識(shí)的“前概念”，說(shuō)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(dòng)中，教師就需要強(qiáng)化學(xué)生對(duì)燈泡內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，直接設(shè)問(wèn)：“燈泡燈絲兩端連接的金屬架有什么作用？?jī)啥搜由斓侥睦锶ツ兀俊敝睋魧W(xué)生的根源問(wèn)題，讓探究活動(dòng)更具有針對(duì)性與自主性。

再如，在蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)第4課《植物結(jié)果了》教學(xué)中，教學(xué)開(kāi)始前，教師可以讓學(xué)生將自己所知道的果實(shí)羅列下來(lái)進(jìn)行討論，并利用電子表格制作出“討論結(jié)果表”，在班級(jí)中進(jìn)行展示。根據(jù)表格上的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于蘋果、黃瓜、鴨梨等，學(xué)生都認(rèn)同其屬于果實(shí)，而對(duì)于蘿卜、地瓜等塊根、塊莖類的，學(xué)生則持有不同的意見(jiàn)。這時(shí)，通過(guò)進(jìn)一步詢問(wèn)與討論發(fā)現(xiàn)，班級(jí)學(xué)生對(duì)于果實(shí)的判斷存在兩種意見(jiàn)——一部分學(xué)生認(rèn)為能吃的就屬于果實(shí)，另一部分學(xué)生認(rèn)為有種子的才能稱為果實(shí)。由此可見(jiàn)，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(wèn)題”，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單，實(shí)現(xiàn)隱性思維可視化

在教學(xué)實(shí)踐中，教師需要通過(guò)多種教學(xué)方法挖掘?qū)W生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的隱性思維，實(shí)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(diǎn)，進(jìn)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，教師就需要在教學(xué)實(shí)踐中提煉出具有挑戰(zhàn)性的“大問(wèn)題”，并設(shè)計(jì)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(wèn)題”角度出發(fā)進(jìn)行探討。在提煉“大問(wèn)題”的過(guò)程中，教師需要結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，深度把握教材中的核心知識(shí)點(diǎn)與關(guān)鍵問(wèn)題，還需要從學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況出發(fā)，確保大問(wèn)題與班級(jí)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(dòng)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(shí)落地。以蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)第9課《聲音的產(chǎn)生》的教學(xué)為例，通過(guò)分析，本課具有挑戰(zhàn)性的大問(wèn)題為：“你認(rèn)為聲音是怎樣產(chǎn)生的？”

其次，從設(shè)計(jì)具有思維含量學(xué)習(xí)單的角度出發(fā)進(jìn)行探討。科學(xué)思維可視化的學(xué)習(xí)單，其設(shè)計(jì)不僅要促進(jìn)學(xué)生個(gè)人思考，還要有助于引發(fā)小組交流與班級(jí)匯報(bào)。以《聲音的產(chǎn)生》一課教學(xué)為例，教師需要為學(xué)生個(gè)人與學(xué)習(xí)小組分別準(zhǔn)備不同的學(xué)習(xí)單，其中，個(gè)人學(xué)習(xí)單強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)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(lái)，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(guò)程中實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)小組科學(xué)思維的可視化。

（三）利用視覺(jué)元素，弱化抽象難度，開(kāi)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?cè)趯W(xué)習(xí)活動(dòng)中步履維艱。為了解決這一問(wèn)題，教師可以充分利用圖像、圖表、模型等視覺(jué)元素開(kāi)展視覺(jué)化教學(xué)，從而弱化抽象知識(shí)的難度，輔助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)思維的可視化發(fā)展。

首先，從圖像這一視覺(jué)元素應(yīng)用的角度出發(fā)。教師在講解科學(xué)概念時(shí)，可以用圖像進(jìn)行輔助，讓學(xué)生形成直觀感受，在仔細(xì)觀察與聆聽(tīng)的過(guò)程中，將抽象的概念轉(zhuǎn)變成為具體的形象，以此來(lái)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(jí)下冊(cè)第三單元《地球的運(yùn)動(dòng)》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(jí)下冊(cè)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(zhǎng)的植物圖片，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)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(jué)元素應(yīng)用的角度出發(fā)。對(duì)于小學(xué)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，圖表的設(shè)計(jì)與應(yīng)用在促進(jìn)思維可視化發(fā)展的過(guò)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(shì)，幫助學(xué)生更好地探究規(guī)律、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與判斷。以蘇教版小學(xué)科學(xué)二年級(jí)下冊(cè)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(zhǎng)過(guò)程中不同時(shí)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(jì)圖，直觀地看到小蔥的成長(zhǎng)規(guī)律，實(shí)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(jí)下冊(cè)第二單元《水》與第三單元《空氣》的教學(xué)活動(dòng)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(shí)，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(huì)改變味道，但是空氣不會(huì)，不過(guò)空氣里也會(huì)夾雜別的味道”，并由此抽象出本質(zhì)特征：空氣與水都沒(méi)有味道與氣味，但都會(huì)占據(jù)空間；空氣與水都有流動(dòng)性，但是空氣很輕。學(xué)生在分析討論的過(guò)程中，能夠通過(guò)從相同點(diǎn)中找不同點(diǎn)、于不同點(diǎn)中挖掘相同點(diǎn)的思維完成韋恩圖，進(jìn)一步促進(jìn)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(jué)化教學(xué)方法的設(shè)計(jì)角度出發(fā)。模型構(gòu)建有助于學(xué)生將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)完整的學(xué)習(xí)過(guò)程，優(yōu)化學(xué)生的個(gè)性體驗(yàn)。以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)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(dòng)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(dòng)和蒸發(fā)的過(guò)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(jí)下冊(cè)第7課《做個(gè)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(jìn)行討論，感受生物生存環(huán)境的特點(diǎn)，認(rèn)識(shí)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(jué)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(dòng)學(xué)生的多重感官，幫助學(xué)生更清晰、準(zhǔn)確地掌握所學(xué)知識(shí)，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(jí)上冊(cè)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(tīng)覺(jué)和視覺(jué)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(lái)的影響及其外部表現(xiàn)，為后續(xù)深入地參與教學(xué)活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)語(yǔ)

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(rèn)識(shí)到這一教學(xué)模式的重要性，在教學(xué)實(shí)踐中樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)、運(yùn)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(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

（宋行軍）