雷達圖助力學生發展模型建構思維

科學課程標準指出，科學課程要培養學生的核心素養，而科學思維是科學核心素養重要的組成部分，主要包括模型建構思維、推理論證思維、創新思維等。模型建構作為一種認知手段和思維方式，是學生易于研究的、能反映事物本質特征的理性模型的建構過程，有助于學生抓住事物的關鍵要素，形成系統思維。

在四年級“比較不同的土壤”內容的教學中，教師往往將土壤的顆粒、黏性和滲水性作為獨立的特點，開展三個探究實踐活動，使得學生對不同土壤的認識僅僅停留在“特點不同”上。針對上述不足，教師可以嘗試引入雷達圖這一可視化工具，先抓住“顆粒大小”這一點作為核心屬性，再將關于“黏性”和“滲水性”的探究結論關聯成“線”，以推理論證的方式分析“透氣性”“保水性”等更多性質，最后以雷達圖的方式聚“線”成“面”。教師通過雷達圖幫助學生搭建可視化思維支架，以“點線面”的方式幫助他們逐步建構土壤模型，發展他們的模型建構思維。

環節一：由“點”切入，把握本質

發展學生的模型建構思維，有利于他們把握研究對象的關鍵特征和屬性，揭示其規律和關聯，解釋現象和進行預測。四年級學生正處在認知發展階段，對抽象概念的理解和應用能力相對較弱。教師可以運用雷達圖幫助學生實現思維的可視化，將抽象概念與探究活動的具體結論聯系起來。雷達圖是一種常用于比較多個屬性的可視化工具，具有突出特征、直觀易懂、利于綜合比較等優點。通過雷達圖，學生能直觀地看到土壤系統中關鍵性質的特點及其聯系。

作為核心的“點”，既是模型建構的起點，更是學生思維發展的生長點。顆粒是土壤研究中非常重要的特性，它直接影響土壤的物理、化學和生物特性，不同的顆粒大小和分布直接影響土壤結構、土壤質地、透氣性、保水性等諸多性質。所以，在發展學生模型建構思維時，教師將“顆粒大小”作為觀察、分析、推理的起始“點”，置于雷達圖的中心位置。這樣，學生在搭建模型框架過程中，就能有意識地從“點”出發，對比分析不同特性，如黏性、滲水性等（如圖1）。這樣的設置既符合科學探究的本質，也符合學生的認知規律。

在研究土壤樣品時，學生自然而然會想到用眼睛觀察和用手觸摸。為了方便學生更直觀地觀察現象，教師可以提供材料支架。由于放大鏡的放大倍數有限，而傳統顯微鏡雖然放大倍數高，但體積較大、較沉、操作困難，目鏡也只能供一個人觀察，因此，教師可以提供輕巧簡便的、帶大屏幕的手持高倍顯微鏡。這種顯微鏡既方便學生拍照和記錄，又方便他們與他人分享交流實驗結果。觀察結束后，學生將不同土壤的顆粒用大小不同的圓圈呈現，產生了鮮明、直觀的對比。

環節二：連“點”成“線”，建立關聯

科學概念的關聯“線”對幫助學生深入理解土壤的性質和相互關系有重要作用。在教學過程中，教師不能將學生的研究割裂成零散的知識點，而是要引導他們認識知識之間的關聯。

教學片段

師：（出示三盆綠植。其中，2號綠植狀態良好，而1號綠植的葉子萎蔫，3號綠植的葉子變軟、發黃）這是老師之前種植的綠植，老師每天給它們澆一樣多的水，放在同樣的地方，為什么它們的生長情況截然不同呢？

生：2號綠植的土壤是比較黑的、比較濕潤的；3號綠植的土壤看著很硬，感覺不透氣；1號綠植的土壤很干燥，感覺是一粒一粒的。

生：澆的水是一樣多的，那可能是因為土壤對水分的吸收不一樣。

師：所以你們認為是不同的土壤造成了植物生長的差異，對嗎？讓我們取一些土壤樣品來研究吧！

（學生觀察土壤樣品。）

師：剛才大家通過用眼看、用手摸和團成球的方法觀察比較了這三種土壤樣品，你們有什么發現？

生：1號土壤的顆粒最大，顏色很黃；2號土壤的顆粒沒有1號那么大，有很多小的顆粒，顏色是深棕色的；3號土壤的顆粒非常細小，是黃褐色的。

生：我將它們團成球的時候，發現3號最好團，可以團得很圓；2號土壤也可以團，就是有點粗糙；1號土壤在團的時候很容易裂開、散開。

師：你認為它們的黏性是怎樣的？

生：1號黏性最差，2號黏性中等，3號黏性最強。

師：為什么會出現這樣的情況呢？

生：可能是因為1號土壤的顆粒很大，黏性差；3號的土壤顆粒都很小，就很容易黏在一起；2號居于兩者之間。

在這個探究活動中，學生觀察到土壤的顆粒大小不同，并通過團成球等方法感知了土壤的黏性。教師先引導學生觀察并表述其特點，再讓他們思考其中的關聯。學生通過比較不同土壤的差異，提出土壤顆粒大小影響黏性強弱的合理猜測，在土壤的兩個特性“點”間建立關聯“線”。

環節三：聚“線”成“面”，建構模型

思維建模是科學思維的重要組成部分。事物的特性之間有許多相互影響與關聯的“線”，教師不能把每個實驗結論獨立來看，對它們只進行簡單的羅列。教師要引導學生在“線”間建立關聯，歸納成綜合的“面”，建構更全面、真實的模型。

教學片段

師：剛才我們通過水流過的速度比較了三種土壤的滲水性。誰來說說你的發現？

生：1號土壤的滲水速度快，3號土壤的滲水速度最慢，2號土壤的速度居中。

師：你是通過什么現象判斷的？

生：下面接水的杯子有刻度，在相同的時間內，1號杯子中的水最多，2號杯子中的水中等，3號杯子中的水最少。

生：我把水倒進1號土壤，水很快就從底下流出來了。3號土壤的滲水速度很慢，水積在土壤上面。2號土壤的滲水速度居中。

師：你覺得可能是什么原因？

生：可能和顆粒的大小有關，因為顆粒大了，就好像是篩子眼大了，水一下子就漏出來了。顆粒小的話，就像很細的紗網，水不容易漏出去。

生：同樣澆水，1號土壤留存不住水分，就很干燥，2號土壤可以保存一點，3號土壤不會讓水跑出去，所以很黏。

借助問題支架，教師不斷激發學生的證據意識。經過前面“關聯線”的鋪墊和啟發，學生在分析滲水性時，能推測其與“黏性”和“顆粒大小”的關聯，還能用類比思維解釋“不同的顆粒大小可能就像不同孔徑的篩網”，他們認識到土壤的特性之間不是獨立的，而是有結構與功能上的聯系。

教學片段

師：現在我們已經對三種土壤有了初步的認識，了解了它們的顆粒大小以及黏性和滲水性上的差異。其實土壤還有很多性質，如與植物生長息息相關的保水性和透氣性。你能比較三種土壤的這些性質嗎？

（小組合作，交流討論。）

生：我們認為，1號土壤的保水性最差，因為它滲水性太強了，留不住水；2號土壤的滲水性中等，保水性也應該中等；3號土壤因為滲水性不好，水都留在土壤里面，所以保水性最好。

生：1號土壤的透氣性最好，因為顆粒比較大，水都漏出去了，很透氣，所以就很干燥；3號土壤中的水不容易排出，所以透氣性很差；2號土壤很均衡，透氣性中等。

師：通過觀察雷達圖，能說說你對這三種不同土壤的認識嗎？為什么會產生這樣的差異？

生：1號土壤的顆粒很大，所以存不住水，它的黏性最差，保水性也差，但是滲水性很好，透氣性也很好。

（其他學生補充分析2號、3號土壤的性質。略。）

除了課本實驗中的顆粒大小、黏性和滲水性外，土壤還有很多其他性質，如保水性和透氣性。教師先引導學生進行分析、推理，再讓他們通過已知的探究結果，進行合理的推測論證。教師利用“希沃白板”展示空白雷達圖，學生在每一次探究活動完成后都將小組數據記錄在上方，一步步完善，形成不同土壤的表征雷達圖（如圖2）。這一成果既是結構化、系統化、多維化的土壤認知模型，也體現了學生思維的動態發展過程。

環節四：運用模型，推理論證

學生初步具備模型建構的能力后，要能夠運用模型了解系統的本質特征和屬性，描述系統的結構、關系和形成過程。教師依托雷達圖的“點線面”式模型建構方法，不僅關注了學生建模過程中思維能力的鍛煉，還注重引導他們用真實問題來檢驗模型，并合理解釋科學現象。

教學片段

師：現在你們能分析一下為什么這三盆植物的生長狀態不同了嗎？

生：2號綠植長得最好，因為它的土壤各方面比較中等，可以透氣，也可以保水。

生：1號綠植長得不好可能是因為顆粒太大，保水性太差了，植物缺乏水分。

生：3號綠植的土壤不透氣，黏性強，澆完水，水出不來，一直積在里面，植物的根可能被淹死了。

師：原來土壤對植物生長的影響這么大。我們把1號土壤叫作砂質土，2號土壤叫作壤土，3號土壤叫作黏質土。

通過雷達圖模型，學生對三種不同的土壤形成了較為完整的認知。當教師提問“三盆植物的生長狀況為什么不一樣”時，學生不僅能從直接影響植物生長的保水性和滲水性出發分析，還能結合透氣性、黏性、顆粒大小等進行解釋，分析不同土壤對植物的影響，認識到生物的生存與環境的密切關系。

環節五：縱覽全局，批判思考

批判思維是學生必備的素養和關鍵品質之一，擁有批判思維的學生能夠獨立、理性地分析和評價信息、客觀看待問題。批判思考不僅僅是理解知識的能力，更是能夠質疑、驗證和應用知識的能力。在教學中，教師應該鼓勵學生提出自己的看法，通過討論和辯論，引發思維的碰撞。

教學片段

師：大家覺得最適合植物生長的土壤是哪種？

生：壤土。

師：所有植物都適合在壤土中生長嗎？

生：也不一定，比如像仙人掌就要在砂質土里生長。

師：我想你說的是“更適宜”的意思吧？土壤沒有好壞優劣之分，不同的植物有它最適宜生長的土壤。你能推測這三種土壤分別適合怎樣的植物生長嗎？

生：砂質土適合需要透氣的植物，比如長在沙漠里的植物；壤土適合既需要水分又要有一點透氣的植物；黏土適合需要很多水分，不怎么需要空氣的植物。

師：到底是不是這樣呢？請你們課后留心觀察身邊植物與土壤，并查閱資料。

在分析土壤對植物的影響后，有的學生認為壤土是最好的。教師通過問題引導學生反思，認識到土壤本身沒有優劣之分，只有適不適宜植物生長的區別。這樣的反思有利于培養他們理性分析、審慎思考的科學思維。

（作者單位：廣東省深圳市龍華區外國語學校教育集團）

參考文獻

[1]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]熊詩瑩，王通.巧用雷達圖實現科學課堂高階思維的進階[J].廣東教育（綜合），2023（09）.