具象圖式：消解兒童科學概念學習中“三化”現象的有效教學工具

江蘇省常州市武進區實驗小學分校 陳 沖

《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出：“科學課程設置13個學科核心概念，是所有學生在義務教育階段應該掌握的科學課程的核心內容。” 科學概念的學習是科學認識活動的基礎。我國科學教育的當務之急是不斷改善以及加強對小學科學概念的教學工作，這也成為我國當代科學教學改革的發展趨勢。科學概念的特征之一是抽象性，皮亞杰指出兒童對外界的認識過程是分階段的，而小學生對事物的認知處于簡單運算階段，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概念學習的內縮過程展開，讓學生更加直觀地對科學概念進行理解和學習。

一、兒童科學概念學習中的“三化”現象

（一）科學概念學習的淺表化

中國工程院院士韋鈺認為，科學概念是科學研究的成果之一，由知識性的定義和一般的科學事實組成。在科學課堂上，部分教師和學生認為教材上的黑體字就是本節課的概念知識，忽視了在科學探究的過程中形成的生成性科學概念；還有部分學生認為實驗的結論就是科學概念。這說明科學概念的學習囿于形式，也就是科學概念學習呈現淺表化。

（二）科學概念學習的離散化

目前我國小學科學教材的編寫都是圍繞單元主題設置課程，在相同主題的內容上從低年級到中年級再到高年級不斷螺旋上升，但是我們仔細翻閱教材會發現，單元主題之間往往并無明顯的關聯，這就導致學生科學概念學習的離散化。同時，縱觀我國小學科學教學近二十年的教學發展過程，在一定程度上存在過度重視學生親身經歷和活動而忽視概念教學的情況。

（三）科學概念學習的抽象化

通常組織起來構成的以及系統的科學知識稱之為科學概念，它來源于全世界的科研學者對世間萬物的認識。也就是說科學概念是以成人的視角和社會實踐過程歸納、演繹、推理而形成的，但是根據心理學家的研究和教師的教學實踐，我們發現，與成年人的認知發展階段相比，未成年人的認知發展與成年人存在極大差距，這說明科學概念對于學齡期兒童的認知發展階段而言，存在抽象化現象。

二、具象圖式對消解兒童科學概念學習中“三化”現象的價值

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

（一）有效促進兒童科學知識從“課本”走向“生活”

科學教材中的科學概念都是以文字形式呈現出來的，而科學知識是根據生活現象和人們的生活經驗歸納總結出來的，具象圖式就為文字中蘊含的科學知識原理和真實的生活之間架起聯系的橋梁，它借助圖文結合的方式把科學知識和生活實際中的事物聯系起來，讓兒童感受到科學概念源于生活，從而有效促進科學知識從“課本”走向“生活”。

（二）有效達成兒童學習經驗從“表面”走向“深刻”

兒童對科學概念的學習有些僅停留在文字層面，不能深刻領會其內涵，具象圖式可以整合課堂學習內容、大單元學習內容、不同學科交叉融合內容和不同年級同主題學習內容等，這就使得兒童自我建構的科學概念知識變得條理化以及系統化，兒童科學概念學習的深度也得到升華，有效達成兒童學習經驗從“表面”走向“深刻”。

（三）有效順應兒童科學思維從“抽象”走向“具象”

科學教材中的概念知識是從成人的視角高度概括定義的，具有很強的理論性，其抽象程度遠遠高于兒童當前的認知水平，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他們探究學習的思維過程。借助圖文結合的形式，可以使兒童直觀地對科學概念進行理解，有效促進兒童科學思維從“抽象”走向“具象”。

三、以具象圖式消解兒童科學概念學習中“三化”現象的教學路徑

（一）具身實驗：讓兒童科學概念學習從“表層”走向“內涵”

1.課堂實驗，玩中學

在小學科學的教學過程中，教師要引導學生融入科學探究活動中。學生進行科學探究的主要途徑之一就是課堂中的科學實驗。教師要盡可能地因地制宜，創造條件讓學生親自動手參與科學實驗。

以蘇教版科學四年級上冊“彈力”為例，在玩彈簧、皮筋、海綿等的過程中，教師可以請學生畫出物體受力前后及撤去外力后的形態變化，然后再引導學生分析在整個運動過程中物體的哪個部位發生了哪些變化，自己的感受是什么，以及物體為什么會發生這樣的變化。在具體體驗過程中，通過具象圖式的幫助，學生自然而然明確了“彈力”的概念。

2.家庭實驗，學中玩

家庭實驗是兒童十分喜愛的一項科學活動，尤其是自線上學習出現，家庭實驗就成為開展科學教學的主要形式之一。“雙減”政策推出后，家庭實驗也成為科學作業的一種形式。

在三年級下冊“植物的一生”中，家庭實驗是讓學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，這是一個長期的家庭觀察實驗。在父母的幫助下，從挖土到播種、施肥、開花、結果等的過程記錄中，學生對植物的六大器官及其作用等科學知識有更直觀全面的認識。以六年級上冊“自制汽水”實驗為例，學生利用家里的檸檬汁和小蘇打就可以輕松完成實驗，加深了對化學變化現象及概念的認識。

（二）思維導圖：讓兒童科學概念學習從“散點”走向“結構”

1.創意板書把兒童科學概念建構過程直觀化

板書在兒童科學課堂學習中意義重大，很多教師也會把課中的主要科學概念呈現在板書上，因此教師的板書設計對于兒童科學概念知識的建構尤為重要。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,會使教學效果事半功倍。

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

圖1

2.氣泡圖把散點科學概念學習顯性化

在平時的課堂中，學生的科學概念知識都是以散點形式存在的，即便是有單元主題概念的學習，但是囿于目前科學教材編寫設置的客觀原因，學生對科學概念的學習依然分為低、中、高三個階段，即科學概念學習呈現散點化。具象圖式中的一種氣泡圖就可以幫助中、高年級學生把散點化的科學概念學習系統化和顯性化。

以三年級上冊“認識空氣”為例，在此之前，學生已經有一年級下冊“空氣”單元學習的基礎，教師可以在教學伊始給學生出示氣泡圖，讓他們根據自己對空氣的已有認識進行填充，在完成“認識空氣”的探究學習后，教師再次讓學生根據所學知識完善氣泡圖，學生科學概念的學習從散點狀態被直觀、系統地呈現出來（如圖2）。

圖2

（三）沉浸式學習：讓兒童科學概念學習從“抽象”走向“具身”

沉浸式學習，是指使用虛擬現實技術給學生提供一個與現實學習環境高度相似的場景。讓兒童科學概念學習從“抽象”走向“具身”，有以下兩種沉浸式學習方式：

1.信息技術融合，讓科學概念學習形象

現代信息技術能夠把各種形式的教學內容共同呈現出來，如圖像、動畫、音頻等，而且能夠打破時間、空間和距離的約束。在這個過程中，把抽象的科學知識直觀化，學生能夠更真切地感知科學探究的過程。同時，提升了學生的科學探究熱情。

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

2.3D體驗引入，讓科學概念學習深刻

隨著科學技術的發展，3D科技館、3D眼鏡和網絡3D體驗系統的出現，為兒童創設、提供了更加便捷智能的學習環境，更好地激發了兒童對科學學習的興趣。以虛擬科技館為例，它是一種全新的使用虛擬現實技術的高科技虛擬科技館技術，使得開放時間和地理位置都不再是限制，學生在家中就可身臨其境地對科技館進行參觀游覽。

以五年級上冊“地球的表面和內部”為例，沉浸式裸眼3D技術可以幫助學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安全體驗館可以讓學生感受火山和地震災害發生的原理和后果，感知浩瀚的宇宙和太陽系，探索食物在人體內的旅行，以及探秘地心等。在這些3D技術的輔助下，在趣味體驗的過程中，科學概念知識已經潛移默化地深入到學生的認知結構中。

關于有效建構兒童科學概念的學習方式，近些年已經有很多學者進行了多個方面的探索，比如表征與小學科學概念教學的研究，元認知與小學科學概念教學的研究，以及論證與小學科學概念教學的探索研究等，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。針對目前兒童科學概念學習中存在的淺表化、離散化、抽象化的現象，筆者認為可以借助具象圖式中的簡筆畫板書、具身實驗、思維導圖和現代信息技術等不同的方式來解決。