思維可視化視角下的小學科學教學

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出，科學課程要培養學生的核心素養，包括科學觀念、科學思維、探究實踐以及責任態度等方面。其中，科學思維更是“核心素養之核心”，應該在教學實踐中得到高度重視。然而，分析當前小學科學的課堂教學現狀可以發現，科學思維的培養依然困難重重，對于小學階段的學生而言，他們難以在課堂學習中實現由非本質到本質、由具體到抽象、由相關到因果關聯以及由碎片化到結構化的思維發展，這阻礙了其科學思維的發展，也讓核心素養無法真正落實于小學科學課堂。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，其實就是運用一系列的技術手段，將思想方法、思想路徑等原本不可視的思維清晰、具體地進行呈現，不僅降低了學生的學習難度，還能夠讓教材上的知識更為鮮活生動，有助于提高學生加工信息的能力。基于思維可視化視角進行小學科學教學設計，有助于學生深刻地理解科學概念、全面掌握科學方法，提高自身的觀察能力、分析能力、思考能力以及解決問題等綜合能力，讓科學核心素養得以切實發展?；诖耍疚牧⒆阌谒季S可視化視角，詳細論述了其具體的意義價值與實踐路徑，以期讓思維之花在小學科學課堂上盛放。

一、思維可視化視角下小學科學課堂的構建價值

（一）提高教學反饋的準確性

在傳統的教學活動中，教學反饋與評價往往很難反映學生思維發展的真實成果，容易導致教師對學生認知狀況的把握不準確，從而致使后續教學設計無法達到理想的效果。思維看不見也摸不著，因此很難進行評價與判斷，而思維可視化則能夠將學生的思維過程直觀地進行呈現，教師可以通過挖掘學生的隱性思維、分析學生的思維痕跡來判斷學生的思維發展狀況以及是否正確，從而提高教學反饋的準確性，以便更有針對性地開展后續的教學活動。以蘇教版小學科學三年級上冊第18課《食物的旅行》為例，完成教學活動后，教師可以引導學生將食物消化的過程、路徑及需要經過的消化器官用繪圖的方式呈現，這有助于教師直接、精準地把握學生的學習情況，做好課后反饋，調整后續的教學安排，真正做到以學定教。

（二）幫助學生構建思維體系

通過對當前教學經驗的總結與整理可以發現，小學階段的學生難以構建起結構化的科學思維體系，也難以將所學知識組成思維網絡，導致知識內化與應用效果不佳。而基于思維可視化構建小學課堂則能夠在很大程度上解決這一問題，不斷完善學生的觀點，引發學生對知識之間聯系性與結構性的強化感受，促進學生從全面、多元的角度構建知識體系，感受科學現象。以蘇教版小學科學二年級下冊第1課《認識常見材料》的教學為例，教師可以讓學生調動多重感官，感受不同材料的具體特點，加深對不同材料的感受。在此基礎上，教師可以讓學生采用思維導圖的方式，將觀察、觸摸、嗅聞、聆聽到的感受記錄下來，使其對不同材料的感受從無序化、模糊化走向清晰化與可視化，從而進一步提高學生的科學素養，讓學生從全方位、多角度認識所學的常見材料，同時進一步強化學生對不同材料的對比以及對不同材料用途的思考與探究。

（三）引發學生思維深化發展

基于思維可視化構建小學科學課堂，有助于學生的思維由淺層走向深層，學生的理解由具象走向抽象，最大限度地促進學生的思維縱深發展，為后續學生的學習活動奠定思維基礎。以蘇教版小學科學四年級上冊第四單元《簡單電路》中“點亮小燈泡”的教學為例，教師可以讓學生通過可視化操作，在動手實踐的過程中形成深刻感受。同時，為了讓學生從動作思維走向抽象思維，教師可以提出核心問題：“為什么用燈泡的兩個觸點與正負極相聯系，燈泡就能發亮？”引發學生的深入思考，讓學生邊操作邊分析，實現思維的可視化發展。在這樣的課堂教學中，學生并非機械地吸收、模仿與重復，而是能夠自主思考、探索與嘗試，從而實現思維品質的飛躍。

（四）符合學生的學習特點

小學階段的學生具有強烈的好奇心與求知欲，但是教材枯燥的知識難以引發他們的學習興趣。同時，科學是一門具有實踐性特征的學科，因此科學教學不能一味地“紙上談兵”?；谒季S可視化的科學課堂構建既符合小學階段學生的學習特點，又能夠在一定程度上充分發揮學科特點，在教學中尊重學生的個性理解，注重對學生動手能力與思維能力的培養，以此來提高教學效率與成果。以蘇教版小學科學六年級下冊第3課《能量的轉換》教學為例，教師可以用信息化手段，將微觀世界直觀地呈現在學生面前，并及時分析學生的學習感受，調整教學方案，構建高效課堂。

二、思維可視化視角下小學科學課堂的構建路徑

（一）基于原有認知，找準教學起點，實現前概念可視化

在小學科學教學中，要想優化學生的科學思維，發展其核心素養，教師就要充分體現“以生為本”的教學理念?？茖W與生活聯系密切，科學知識來源于生活，又應用于生活，可以說在進行系統化的科學學習前，學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學生將前概念充分展示出來，在分辨其是否存在偏差的基礎上找準教學起點，讓教學設計與學生的認知情況與學習需求相吻合，同時引發學生對科學概念的主動理解。

以蘇教版小學科學四年級上冊第四單元《簡單電路》的教學活動為例，在教學開始前，教師可以讓學生畫出利用電池與導線將小燈泡點亮的方法，并說一說小燈泡會亮的原因。通過觀察學生的作品可以發現，絕大多數學生都采用了“單線連接”的思路，有的學生直接用導線連接電池與燈泡底部，有的學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中的絕大多數學生認為“將電池里的電能與燈泡連接在一起，燈泡自然就亮了”，而這也就是學生對這一部分知識的“前概念”，說明學生并不了解燈泡的內部結構。因此，在教學活動中，教師就需要強化學生對燈泡內部結構的認識，直接設問：“燈泡燈絲兩端連接的金屬架有什么作用？兩端延伸到哪里去呢？”直擊學生的根源問題，讓探究活動更具有針對性與自主性。

再如，在蘇教版小學科學三年級下冊第4課《植物結果了》教學中，教學開始前，教師可以讓學生將自己所知道的果實羅列下來進行討論，并利用電子表格制作出“討論結果表”，在班級中進行展示。根據表格上的內容可以發現，對于蘋果、黃瓜、鴨梨等，學生都認同其屬于果實，而對于蘿卜、地瓜等塊根、塊莖類的，學生則持有不同的意見。這時，通過進一步詢問與討論發現，班級學生對于果實的判斷存在兩種意見——一部分學生認為能吃的就屬于果實，另一部分學生認為有種子的才能稱為果實。由此可見，不同的前概念引發了學生的思維沖突，而這更能夠激發學生的探究精神，為其后續的學習與探索提供方向。

（二）提煉“大問題”，設計學習單，實現隱性思維可視化

在教學實踐中，教師需要通過多種教學方法挖掘學生在學習過程中的隱性思維，實現隱性思維的可視化，以便分析學生的思維痕跡，從學生的思維變化與狀態出發，深度把握學生的思維特點，進一步調整教學結構，讓學生的科學思維高效、積極地發展。而要想實現這一目標，教師就需要在教學實踐中提煉出具有挑戰性的“大問題”，并設計出具有思維含量的學習單。

首先，從提煉具有挑戰性的“大問題”角度出發進行探討。在提煉“大問題”的過程中，教師需要結合新課程標準的具體要求，深度把握教材中的核心知識點與關鍵問題，還需要從學生的具體學習情況出發，確保大問題與班級整體的“最近發展區”相匹配，這樣既具有一定的難度與挑戰性，又有助于學生不斷地探究，調動學生的學習積極性，讓科學思維真正發生，也讓核心素養切實落地。以蘇教版小學科學三年級下冊第9課《聲音的產生》的教學為例，通過分析，本課具有挑戰性的大問題為：“你認為聲音是怎樣產生的？”

其次，從設計具有思維含量學習單的角度出發進行探討。科學思維可視化的學習單，其設計不僅要促進學生個人思考，還要有助于引發小組交流與班級匯報。以《聲音的產生》一課教學為例，教師需要為學生個人與學習小組分別準備不同的學習單，其中，個人學習單強調學生對鋼尺、橡皮筋發生現象的觀察，要求學生將所觀察的現象用圖文的方式呈現出來，而小組學習單則需要能夠引發小組討論，并在討論過程中實現學習小組科學思維的可視化。

（三）利用視覺元素，弱化抽象難度，開展可視化教學

小學階段，學生以直觀形象思維為主，正因如此，科學概念的抽象性讓他們在學習活動中步履維艱。為了解決這一問題，教師可以充分利用圖像、圖表、模型等視覺元素開展視覺化教學，從而弱化抽象知識的難度，輔助學生更好地理解科學知識，實現思維的可視化發展。

首先，從圖像這一視覺元素應用的角度出發。教師在講解科學概念時，可以用圖像進行輔助，讓學生形成直觀感受，在仔細觀察與聆聽的過程中，將抽象的概念轉變成為具體的形象，以此來提高學生的學習效率。以蘇教版小學科學五年級下冊第三單元《地球的運動》為例，教師就可以引入地球圖片、地球儀等工具，讓學生從原理出發，更好地理解地球自轉；在蘇教版小學科學三年級下冊第5課《不同環境里的植物》教學中，教師可以引入高山、沙漠、熱帶草原、熱帶沿海等地區的圖像以及該地區生長的植物圖片，讓學生通過對比觀察引發思考，獲得直觀的印象與感受。

其次，從圖表這一視覺元素應用的角度出發。對于小學科學的實驗探究活動，圖表的設計與應用在促進思維可視化發展的過程中發揮著重要作用，能夠清晰地展示數據，反應變化趨勢，幫助學生更好地探究規律、進行數據分析與判斷。以蘇教版小學科學二年級下冊第7課《栽小蔥》的教學為例，教師就可以引導學生記錄小蔥生長過程中不同時間的高度、每天“喝水”的數量等，并將數據制作成折線統計圖，直觀地看到小蔥的成長規律，實現思維的可視化，提高核心素養。再如，在蘇教版小學科學一年級下冊第二單元《水》與第三單元《空氣》的教學活動中，為了引導學生初步構建起液態、氣態的概念，教師可以引導學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，學生先想到的是“水可以喝，空氣不可以”，但是隨著教師的引導，學生能夠結合《鹽和糖哪兒去了》的學習，分析出“水里放糖或者鹽會改變味道，但是空氣不會，不過空氣里也會夾雜別的味道”，并由此抽象出本質特征：空氣與水都沒有味道與氣味，但都會占據空間；空氣與水都有流動性，但是空氣很輕。學生在分析討論的過程中，能夠通過從相同點中找不同點、于不同點中挖掘相同點的思維完成韋恩圖，進一步促進了科學高階思維的發展與優化。

再次，從模型構建這一視覺化教學方法的設計角度出發。模型構建有助于學生將理論知識轉化為實驗操作，讓學生經歷一個完整的學習過程，優化學生的個性體驗。以蘇教版小學科學五年級上冊第四單元《水在自然界的循環》教學為例，教師就可以在完成教學活動后，讓學生以小組為單位制作水循環模型，直接觀察水流動和蒸發的過程，深入了解水循環的具體原理，發展可視化思維。再如，在蘇教版小學科學六年級下冊第7課《做個生態瓶》的教學中，教師可以讓學生在完成作品后用模型進行討論，感受生物生存環境的特點，認識到生物與非生物之間相互依存、密不可分的聯系。

最后，在視覺化教學中，信息技術發揮著不可忽視的作用，有助于豐富教學資源，調動學生的多重感官，幫助學生更清晰、準確地掌握所學知識，提高學生的學習興趣，優化學生的學習成果。以蘇教版小學科學五年級上冊第10課《火山和地震》的教學為例，在這一課中，學生學習了火山噴發的成因與作用，教師就可以利用多媒體技術制作相關課件，從聽覺和視覺角度帶給學生直觀感受，讓學生感受到火山噴發給地表帶來的影響及其外部表現，為后續深入地參與教學活動奠定基礎。

三、結語

總而言之，在新課程改革的背景下，基于思維可視化構建小學科學課堂已然成為優化教學成果的重要路徑。作為小學科學教師，要充分認識到這一教學模式的重要性，在教學實踐中樹立創新意識、運用科學手段，豐富思維可視化教學在科學課堂中的應用前景，讓小學科學教學迎來新的發展機遇。

（宋行軍）