指向科學思維的可視化教學策略

摘 要：科學探究是一門讓學生接觸、了解并探索自然現(xiàn)象與規(guī)律的課程。小學階段學生在實踐探究中主要以形象、直觀思維理解知識，為了解決學生思維特點與科學知識抽象性之間的矛盾，教師要優(yōu)化課程教學，促進科學思維的可視化，推動學生成長發(fā)展。文章對指向科學思維的可視化教學策略進行了探究和論述，旨在讓學生在科學實踐學習中深入思考，實現(xiàn)科學思維從低階向高階的轉(zhuǎn)化。

關鍵詞：小學科學；科學思維；可視化教學

作者簡介：李宇（1988—），女，山東省棗莊市實驗小學。

實現(xiàn)指向科學思維的可視化教學，要求小學科學教師嘗試從多個方面、不同角度著手，將教學內(nèi)容以更為直觀、形象的方式呈現(xiàn)，讓學生在科學實驗探究中實現(xiàn)多元體驗、多元思考、多元表達，增強學生的參與感，提高學生學習的實效性，培養(yǎng)學生的學習興趣［1］。

一、指向科學思維的可視化教學價值

（一）有利于激發(fā)學生學習興趣

實施可視化教學，能夠讓學生立足于自身的觀察及探究參與知識生成的整個過程，也能將科學的重點與難點知識清晰地展現(xiàn)在學生面前，使得整個教學更具魅力與風采，從而有效激發(fā)學生的學習興趣，提升學生的學習積極性，促進學生的綜合性發(fā)展［2］。

（二）有利于增強學生科學能力

實施可視化教學，能夠讓學生的科學思維生成過程更加系統(tǒng)、科學，有助于讓學生以科學化的思維去發(fā)展自身各方面的科學能力。可視化教學關注學生實驗操作的細節(jié)，能使學生更加深刻地認識所學知識內(nèi)容，深度分析實驗操作的結(jié)果，整體提升學生的實驗操作水平，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)處理能力及操作能力，讓學生更為直觀地解析相關的科學事實與科學概念，發(fā)展空間想象能力及邏輯思維能力，以此使學生實現(xiàn)更為高效的科學學習及科學操作［3］。

（三）有利于培養(yǎng)學生科學思維

小學科學教師實施可視化教學能夠打破傳統(tǒng)的課程教學模式，讓課堂的教學朝著縱深的方向發(fā)展。教師將一些有難度的關鍵知識以可視化的方式呈現(xiàn)，輔助學生思考并完成一系列的實踐探究，能夠讓學生在整個學習過程直視自身的所思、所想、所感、所悟，激發(fā)并調(diào)動自身的內(nèi)在驅(qū)動力，主動發(fā)現(xiàn)問題并展開深入的思考，建構(gòu)科學知識體系，在后續(xù)的實踐操作中對知識加以應用，實現(xiàn)科學思維的拓展及延伸。

（四）有利于優(yōu)化教師教學方法

在實施指向科學思維實現(xiàn)可視化教學的整個過程中，教師會專注于學生高階思維能力的發(fā)展及培養(yǎng)，積極轉(zhuǎn)變自身的教學模式，以“思維可視化”為抓手，從可視化的角度設計一系列的教學活動，引領學生展開實驗探究，組織研討，從而全過程、多方位、高力度地打造高質(zhì)量的科學課堂。這樣不僅有助于全方面地激發(fā)學生的思維潛能，帶動引領學生在實踐操作中挖掘知識，實現(xiàn)深度學習，達成對相關科學知識的綜合性探索，還能夠使教師不斷完善教學方法，提升專業(yè)能力，從而提升課堂教學質(zhì)量。

二、指向科學思維的可視化教學策略

（一）教學設計可視化

小學科學教師在實施科學教學之前，要優(yōu)化課程教學的設計，以可視化的教學設計引領學生將科學思維外顯，強化他們的實踐探究能力，使學生實現(xiàn)綜合性的實踐與探索。

以青島版小學科學六年級下冊《小帆船》一課為例，教師在實施教學活動之前，應明確本課教學重點在于引導學生觀察、認識風的特點。為此，教師可以開展“制作帆船模型”的活動，讓學生初步認知帆船的特點，了解帆的承受力、穩(wěn)定程度等內(nèi)容；隨后借助“帆船是怎樣利用風的力量航行”的實驗，讓學生理解帆船的航行方向與風之間的關系。基于此，教師要明確每一個教學環(huán)節(jié)的可視化操作。比如，在“帆船是怎樣利用風的力量航行”這一實驗活動中，教師就可以讓學生結(jié)合已有認知，討論應該如何展開實驗，并將自己的想法通過表格的方式展示出來（如表1）。

學生結(jié)合自己的思考，設計不同的放置方案，以書面的方式記錄下來，并通過畫圖的方式來展現(xiàn)自己實驗操作的過程，由此實現(xiàn)了思維過程的可視化。學生借助直觀的記錄內(nèi)容，能夠發(fā)現(xiàn)帆船的載重與貨物放置位置之間的關系，最后總結(jié)得出最佳的放置方式——對稱。整個教學活動的設計充分彰顯了學生的主體性，學生能夠自主地參與到整個實驗活動的可操作過程中，也能夠?qū)⒖茖W思維以可視化的方式呈現(xiàn)，并深入體會預測的意義，這能促使他們在后續(xù)的科學實踐探究活動中主動預測，在腦海中生成相應的實驗活動內(nèi)容，并在實驗操作過程中，參照自己預設的內(nèi)容展開進一步思考。

（二）教學過程可視化

1.關鍵問題可視化

在小學科學的教學過程中，關鍵問題的設計必不可少。學生借助關鍵問題，能夠通過多種方式來認知，在一系列的探究中獲得科學思維的綜合性發(fā)展，并朝著外顯的方向推進。因此，科學教師要結(jié)合關鍵問題引領學生探究，將學生的科學思維可視化。

以青島版小學科學五年級下冊《電磁鐵》一課為例，其中涉及對電磁鐵磁性強弱因素實驗的探究。為了讓學生全面地理解電磁鐵磁性強弱與線圈匝數(shù)、電流大小相關，教師可以設計一系列的關鍵問題引導學生討論，使學生的探究思維變得可視化。關鍵問題如下：

（1）如果要你來探究電磁鐵磁性強弱與哪些因素相關，你會選擇哪幾種情況來研究和分析呢？

（2）我們在纏繞導線的時候應該怎樣做呢？

（3）我們在實驗過程中吸大頭針的時候，應該注意的地方有哪些？

（4）整個實驗的結(jié)果是怎樣的？

聚焦這些問題，學生展開了多元化的討論及交流。比如，第一個問題指向了學生的判斷科學思維，他們想到磁性可能與電有關，便會選擇與電相關的材料，如電池、線圈等，隨后展開實驗。學生結(jié)合自己的認知進行交流與互動，在實踐操作過程中不斷地思考、推理、分析、概括，激活科學思維，在一系列的實驗操作中解答問題，獲得良好的課程學習效果。

2.主題探究可視化

各種主題探究活動是學生科學思維發(fā)展的有效載體，教師應該結(jié)合具體的教學內(nèi)容，積極地設計主題探究活動，并且在整個主題探究活動的操作過程中，讓學生呈現(xiàn)真實完整的思維過程和探究路徑，讓他們的科學思維變得可視化。

以青島版小學科學三年級上冊《土壤與巖石》一課為例，本課要求學生了解花崗巖、砂巖、大理巖等幾種常見巖石的不同特征，能夠?qū)@些特征進行細致、科學的觀察，并如實記錄自己的觀察結(jié)果。對此，教師可以給學生設計“景區(qū)觀賞石”主題探究活動，為學生創(chuàng)設情境：某旅游景區(qū)想要購買一塊大型的石頭作為觀賞石，同學們覺得這塊石頭需要滿足哪些要求呢？借助這一特定的情境，引導學生展開小組合作，完成主題探究。教師可以給學生提供各種各樣的巖石樣本，讓學生明確這些巖石的名稱，研究這些巖石的特征，最后確定觀賞石的選擇。學生在探索過程中會仔細觀察巖石樣本，通過摸一摸、敲一敲的方式來感受巖石的質(zhì)地，隨后借助放大鏡展開進一步的觀察，獲得對巖石的具象化認知。同時，教師可要求各個小組在研究的過程中詳細記錄觀察結(jié)果，最后全班交流研討，推選出最佳的方案。這樣的方式，能夠讓學生的思維變得動態(tài)可視。

3.數(shù)據(jù)分析可視化

學生對實驗數(shù)據(jù)的分析是科學活動中必不可少的一環(huán)。在實施課程教學時，教師有必要結(jié)合具體的教學內(nèi)容，引領學生展開數(shù)據(jù)分析，以促進他們拓展科學思維，并在數(shù)據(jù)分析中實現(xiàn)思維的可視化，提升他們的綜合學習能力。

以青島版小學科學四年級上冊《冷與熱》一課為例，本課要求學生通過測量獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度變化的記錄來制作折線圖，并仔細觀察實驗現(xiàn)象，運用分析、比較、概括等方法得出自己的科學探究結(jié)論。這一過程必定涉及相關數(shù)據(jù)的記錄與分析，教師應該幫助學生完善數(shù)據(jù)分析操作的整個過程。例如，教師可以在每一個小組的實驗桌上放置一杯涼水、一杯熱水，然后在兩杯水下都用恒溫加熱墊加熱，溫度設置為55℃。讓學生在15分鐘之內(nèi)的不同時間刻度完成對水溫度的記錄（如表2）。

當學生完成記錄之后，教師還要引導學生繪制折線圖（如圖1），讓學生將數(shù)據(jù)處理成可視化的圖表，并對這些圖表進行觀察、分析及討論，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的可視化，使他們在繪圖、讀圖的過程中升華理性思維。學生能夠從折線圖曲線的變化中探究得出：在最開始的幾分鐘，兩杯水的溫度變化是十分明顯的；在8分鐘之后，兩杯水的溫度差開始逐漸縮小。學生結(jié)合相應的圖表，自覺地總結(jié)出科學結(jié)論，也是學生科學思維的外顯表現(xiàn)，能幫助他們實現(xiàn)高質(zhì)量的課程學習。

（三）教學結(jié)果可視化

在學生完成一系列的科學探究活動之后，教師應該借助思維圖表，引領學生將自身的學習成果可視化。教師可以應用思維導圖等形式，幫助學生構(gòu)建知識框架，使科學知識內(nèi)容更容易被理解、被遷移，以此來提升學生的綜合學習能力。教師還可以根據(jù)學生反饋的信息調(diào)整教學的內(nèi)容，根據(jù)學生掌握知識的不同情況調(diào)整教學的側(cè)重點，讓學生能夠全方位地學習知識。

例如，教師在引導學生完成“認識巖石”這一節(jié)的知識內(nèi)容探究后，就可以讓學生通過繪制思維導圖的方式來總結(jié)花崗巖、砂巖、大理巖這三種巖石的外部特征，將它們的顏色、堅硬程度、顆粒粗細等以圖表的方式呈現(xiàn)，外顯自己的學習成果。學生在完成這一系列知識網(wǎng)絡建構(gòu)的過程中，便能夠充分發(fā)揮自身的歸納、概括、推理、分析及綜合等高階思維能力，在可視化的范圍內(nèi)獲得思維的縱深拓展。

結(jié)語

綜上所述，在新時代的教育背景下，小學科學教師在實施課程教學時，應該專注于學生的綜合性探索。教師要以指向科學思維的可視化教學，引領學生完成可視化的操作，使得他們的學習過程更為豐富、多彩，體現(xiàn)動態(tài)、可視的特征。這一教學過程不僅能提升學生的學習積極性，也能夠有效培育其綜合素養(yǎng)。

［參考文獻］

[1]葉蕾.思維可視化：小學科學深度學習的探索［J］.教育與裝備研究，2022，38（9）：38-42.

[2]王舒涵.思維導圖在小學低年級語文識字教學中的應用研究［D］.南昌：南昌大學，2022.

[3]張菁.基于“思維可視化”的小學科學探究教學策略［J］.科學咨詢（教育科研），2022（5）：254-256.