小學科學“人體板塊”認知盲點的突破策略

【摘 要】學生在學習小學科學“人體板塊”時，容易出現推理與實證不清晰、結構與功能不匹配、局部與整體不協同等認知盲點，影響其構建正確的概念體系。本研究嘗試優化模擬實驗，以區分“人體板塊”的推理與實證;嵌入擬真App，匹配“人體板塊”的結構與功能;繪制注釋圖示，疏通“人體板塊”的局部與整體，幫助學生突破認知盲點，構建思維模型，發展抽象能力。

【關鍵詞】小學科學 人體板塊 認知盲點

小學科學課程包含物質科學、生命科學、地球與宇宙、技術與工程四大領域，“人體板塊”是生命科學領域的重要組成部分，該板塊重點研究人體器官的結構和功能，多途徑探索人體奧秘，幫助學生形成健康生活的意識，養成良好的生活習慣。在教學中我們發現學生構建“人體板塊”的概念體系時存在以下認知盲點。

推理與實證不清晰。人體器官屬于“暗箱”組織，其內部結構大多無法直接進行觀察，需要進行模擬實驗并輔之推論，但學生卻容易混淆推理和實證之間的關系。由于缺乏邏輯依據，難以構建系統的概念體系，造成錯誤認知。

結構與功能不匹配。人體結構決定其功能，功能需求又影響人體的結構變化，兩者密不可分，共同構成生物之“美”、人體之“美”。學生對人體結構與功能之間的關聯缺乏整體認知，不能有效地將二者進行合理匹配，難以建立器官結構與功能的關聯性，對人體器官神奇而精妙的生理體系理解不深。

局部與整體不協同。人體組織結構復雜，器官之間聯系緊密，各器官需要互相配合、互相協同，共同完成復雜的任務。學生容易將注意力聚焦在某個器官上，不能以整體視角探索各個器官之間的聯系，導致難以理解人體組織局部與整體之間的關系。

針對以上盲點，本研究從求真、求美、求順三個角度入手，以2017年教科版教材為例，探索“人體板塊”的具體教學策略。

一、求真：優化模擬實驗，區分推理與實證

由于人體的“暗箱”結構，學生無法直接對器官內部進行觀察，采用模擬實驗是必然選擇。如教科版教材用塑料袋來模擬胃，探究胃的蠕動對食物消化的影響。學生對人體器官的認知處于朦朧狀態，有所了解卻理解不深。課堂上的探索活動更多是在教師的帶領下進行，糊里糊涂實驗，按部就班操作，真正的邏輯思考和概念建構卻不到位。學生對于為什么要進行模擬實驗、模擬實驗模擬什么、怎樣去推進模擬實驗等問題缺乏清晰認識。

1. 結構驗證，功能式實物模擬

實物觀察是“人體板塊”教學的常用方法，如通過鏡子觀察自己的牙齒和舌頭，摸一摸，感知呼吸時胸腔的變化。人體“暗箱”中的器官很難直接觀察，教師可以用功能性相似的其他實物替代。在進行四年級上冊“食物在身體里的旅行”教學時，教師將動物胃（豬胃的切片）提供給學生，讓學生解剖觀察動物器官，通過視覺、觸覺、嗅覺等感官系統，了解胃的結構和功能。學生發現胃富有彈性且柔韌性很強，胃壁多層交錯且表面覆蓋黏膜，這些體驗只有通過實物觀察才能得到。學生感知胃的彈性后，容易理解饑餓和吃飽狀態下胃體積的變化;感知胃的黏膜后，可以分析胃酸在食物消化中的作用，體會胃蠕動的形式和胃蠕動時產生的擠壓力。在這個過程中，學生對于胃的結構和功能，以及食物在胃里發生的變化有了立體認知。學生通過研究動物的消化器官，深度建構動物消化器官的認知模型，采用結構驗證的方式，最終正確建立人體器官的認知模型。實物模擬旨在通過直接觀察了解器官的構造和形態，幫助學生理解什么是推理、什么是事實。基于實證的推理，更能說明問題，學生也更容易接受。

2. 模型驗證，仿生式物品模擬

模型是小學科學輔助教學的重要工具。在口腔的立體模型中，學生可以清楚看到各類牙齒的形狀及位置排列，清楚口腔內部器官的構造。通過觀察食物在口腔里的變化，進而推測口腔中各個器官的功能。除靜態模型外，仿生式模型在教學中也經常被用到。如在進行四年級上冊“食物在身體里的旅行”教學時，教師擠壓塑料袋來模擬胃的蠕動，研究胃如何將食物轉變為容易消化的食糜;將一粒大米從細吸管中擠壓前進，來模擬食物在小腸中的運動。在進行五年級上冊“心臟和血液”教學中，教師通過擠壓心臟模擬器將水流從塑料管中擠出，來模擬心臟對血液的推動作用。塑料袋和吸管等物品與人體器官差異很大，需要幫助學生厘清兩者之間的關系，構建正確的認知模型。模型驗證是思維遷移和投射，學生在對人體器官有所了解的基礎上，通過模擬實驗進行深度加工，以獲得整體認知。在這個過程中，學生對真實事物（原型）進行抽象，提煉出核心要素，組建與真實事物（原型）高度相似的認知系統。

3. 情境驗證，沉浸式系統模擬

情境驗證旨在采用沉浸式表演，將人體各個器官以游戲的方式進行模擬。對于小學生而言，情境表演比其他模擬形式更受歡迎。沉浸式表演看似游戲，其內在是學生認知的呈現，也是學生科學概念體系的自我檢驗，有助于學生厘清推理和實證。表演道具表示器官造型，隊列站位代表器官位置，人員移動模擬器官運作。在沉浸式表演中，學生通過對比整合實證與推論，形成整體認知。在進行四年級上冊“食物在口腔里的變化”教學時，教師通過沉浸式表演讓學生感受食物在口腔里的變化。每個學生都有任務，“牙齒”們有序排列，“舌頭”負責將“食物”送到口腔的各個部位，最后完成在口腔中的初步“消化”。在進行四年級上冊“食物在身體里的旅行”教學時，學生模擬“大腸”粗而短，“小腸”細而長，進而理解大腸的主要功能是吸收水分、儲存食物殘渣，而小腸的主要功能是吸收營養。通過模擬表演將結構相似、功能相近的器官進行對比，學生對口腔中各個器官的結構和功能有了更深的認知[1]。

二、求美：嵌入擬真App，匹配結構與功能

人體之美在其結構和功能的互相匹配上表現得淋漓盡致，小學生卻難以理解人體結構的巧妙精致與器官之間的協同配合。教師嘗試將擬真App與課堂教學手段有機結合，突破結構與功能相匹配的認知難點，幫助學生構建準確的“人體板塊”概念體系。擬真App是指借助現代教育技術對人體器官進行模擬的應用軟件，它將人體器官以可視化的形式呈現出來，通過動畫交互式展示人體結構。

1. 強化因果，追求互動性

可視化和形象化是App的最大優勢。它在課堂中將不可見的人體“暗箱”以動畫方式進行呈現，將抽象的科學概念以具象的方式進行表達。擬真App具有互動性，可以研究不同狀況下人體器官的不同表現，將靜態的模擬實驗向動態轉變。在進行四年級上冊“食物在身體里的旅行教學時，模擬實驗用塑料管來模擬小腸，學生對于為什么塑料管可以模擬小腸卻不甚理解，小腸的蠕動是絨毛緩慢推動，與用手擠壓塑料管有所不同。擬真App在模擬實驗的基礎上，幫助學生“真實觀察”到小腸內部的狀況，了解小腸蠕動的特點以及小腸絨毛的運動方式。當“食物”經過小腸時，小腸絨毛緩慢推進“食物”向前蠕動，腸壁吸收“食物”中的營養成分，并輸送到全身各處。在App的支持下，學生容易理解“吸管中的米粒運動”模擬實驗的真實用意。擬真App在直觀展示器官構造的基礎上，強化器官的結構、功能之間的因果關系，幫助學生理解模擬實驗展開的內在緣由，使得學生體驗更有指向性，提升了探究效率。

2. 聚焦細節，追求精確度

擬真App依托現代教育技術，將原本細微的變化，通過放大處理，讓學生觀察得更為清晰到位。App對人體器官細節的放大，有助于學生理解器官的功能，感受人體的奧秘，彌補了常規模型難以呈現人體細節的缺憾。如在進行四年級上冊“食物在身體里的旅行”教學時，教師利用塑料袋來模擬胃，用手揉捏袋子來模擬胃的蠕動。對于容易碾碎的食物，揉捏袋子的模擬效果比較明顯，但那些韌性強的肉類，很難通過揉捏進行“消化”。胃極具彈性，其體積能擴大十多倍，胃內部有腐蝕性很強的胃酸，胃的多層結構以及胃黏膜等對食物的消化起到關鍵作用，模擬實驗卻很難體現。利用擬真App將各種“食物”點擊放入胃中，感受胃對不同食物的反應情況，利用交互功能，感知胃的體積在饑餓、吃飽、吃撐等狀態下的變化，直觀感受胃部各個細節。在此基礎上，學生更容易理解為什么需要細嚼慢咽，為什么一日三餐要定時定量，不宜暴飲暴食。

3. 整體推進，追求協同性

人體器官之間的合作與協同，是認知器官結構與功能的重點，也是學生系統化構建“人體板塊”概念體系的難點。人體的消化系統、血液循環系統、呼吸系統和運動系統，彼此互相獨立，卻有著密切的聯系。而“人體板塊”的教學往往圍繞單個系統展開，各類模擬實驗也是對人體系統的局部模擬。以消化系統為例，用硬紙板和毛巾模擬牙齒和舌頭、塑料袋模擬胃、塑料管模擬小腸，都是對人體器官的局部模擬，而系統之間的分工與合作很難展現。擬真App強化食物在身體內的“旅行”，“食物”從口腔開始，經歷食道、胃、小腸、大腸等消化器官，最終把殘渣排出體外，完成食物消化與吸收的全過程。而“營養”卻通過血液輸送到人體各個部分，與氧氣一起支撐著人體各器官的運作。學生感受營養“旅行”的過程，進一步明確消化系統、血液循環系統、呼吸系統和運動系統之間的分工與合作，形成“人體板塊”的整體性認知。

三、求順：繪制注釋圖示，疏通局部與整體

人體組織由復雜的八大系統組成，每個系統內部還有更小的系統，所有的系統都有局部與整體的關系。理解局部與整體，有助于學生真正內化科學概念，構建思維模型，形成系統認知。以圖文結合的方式將思維模型繪制出來，在圖上進行注釋，被稱為“注釋圖示”。“注釋圖示”既是思維模型在紙上的投射，也是思維模型構建的腳手架。學生在“注釋圖示”的支持下，可以完成難度較高的挑戰，也容易厘清復雜的邏輯關系[2]。

1. 求精確，完善手繪圖

手繪圖旨在將人體器官以圖畫的方式繪制出來，并配以說明。手繪既是記錄的過程，也是理解和鞏固的過程。手繪圖需要精準，基于器官造型和比例進行繪制，越接近實際情況，繪制附帶的思維效果越好。可以參考靜態模型或者文本資料，深度了解人體器官的特點，在繪制過程中完成立體思維模型的構建。在進行四年級上冊“呼吸與消化”單元教學時，學生繪制單個器官的難度不大，卻對各器官之間的連接容易產生偏差。如胃、小腸等，學生大都能繪制正確，但容易出現胃和腸位置失調、消化道連接不到位等科學性問題。“人體板塊”的手繪圖，求對不求美，教師需要放慢節奏，組織學生對口腔、食道、胃、小腸和大腸進行逐一梳理，了解各個器官的造型和特點，關注各個器官之間的連接，聚焦器官特征和細節，確保繪制的準確性。

2. 求系統，疏通關系圖

借助思維導圖等工具繪制邏輯關系圖，以呈現系統內各個器官的層級和關系。關系圖使用顏色、線條、符號、詞匯和圖像，遵循基本的規則，向外發散開來，呈樹狀、網狀或放射狀。“人體板塊”由更小的思維模型或一個個概念點組成，將整個體系分解成各個模塊，并用線條進行連接，配上文字說明連接的緣由。根據激活擴散理論，概念點之間的聯系越多，互相之間激活的可能性越大，提取的速度和準確性也越高[3]。將復雜的關系用清晰的繪圖進行表達，梳理相關概念之間的連接點，為后續整體建構“人體板塊”的認知模型打基礎。在進行“呼吸與消化”單元教學時，先繪制單一系統中的局部模型，如血液循環系統包括血管和心臟，血管可分為動脈、靜脈和毛細血管。牙齒有門齒、臼齒和犬齒三種，不同類型的牙齒自身的功能也不同。從牙齒到口腔，口腔里除了牙齒還有舌頭和唾液，從口腔再到消化系統的食道、胃、小腸、大腸等。再通過圖示將相關概念串聯起來，將人體各大系統進行排列，學生通過連接感受人體系統各個層級之間的關系。在邏輯關系圖的支持下，學生的思維經歷從局部到整體，再由整體到局部的過程，在繪制的過程中深度建構“人體板塊”概念體系。

3. 求匹配，強化協同圖

相對于單個器官的形狀和功能，器官間的關系和協同更需要表達清楚。協同圖以簡潔的方式，將復雜的原理表達出來，使得表述更符合學生的認知特點。學生容易構建單個器官的認知模型，對于單一系統之間各個器官的結構與功能，有一定的認知基礎。但對于不同系統之間的協作，理解起來就非常困難。如呼吸系統獲得的氧氣交換到肺泡，通過肺泡進入血液，與消化系統獲得的營養一起，被血液循環系統輸送到全身各處，營養和氧氣共同為人體活動提供能量。該過程涉及消化、呼吸、血液循環、運動等多個系統，學生容易混淆，造成認知誤差。可嘗試通過分步走的方法降低邏輯原理注釋的難度，先繪制人體器官，再整理系統模塊，最后完成關系協同和功能匹配，以能量作為主線，通過協同圖來強化人體器官之間的功能協同。也可以嘗試倒推，尋找能量的來源，能量需要氧氣和營養，氧氣和營養又從哪里來？由淺入深，由簡單到復雜，邊繪制邊強化，梳理“人體板塊”的邏輯關系。

學習是一個漫長的過程，“人體板塊”概念體系的構建也非一朝一夕就能完成。教師要正視認知盲點，著力突破認知盲點，開展有針對性的教學，讓學生有更直觀的感悟，給學生展示自我的機會，在思考和討論中檢驗思維模型，著力讓學生對人體器官的結構和功能有更深層次的認知，同時滲透保護人體器官、養成良好生活習慣的思想。

參考文獻

[1] 李婷婷.小學物質科學概念教學中圖形表征的運用策略—以教科版《科學》為例[J].教學月刊小學版（綜合），2020（10）：33-36.

[2] 柯毅妹.小學數學教學中形象思維向抽象思維的過程性研究[J].考試周刊，2020（11）：75-76.

[3] 舒俊波.小學科學探究“熱身活動”的設計與實施[J].中國教師，2021（7）：63-66.

（作者單位：浙江省杭州市競舟小學）

責任編輯：趙繼瑩