模型建構的“一圖·五畫”教學

〔摘" "要〕" 針對我國學生在PISA 2022測評中暴露出的科學思維能力較差的痛點，結合《PISA 2025科學素養測評框架》和我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》對模型建構能力的關注和闡述，在小學科學的課堂教學中開展基于“圖像”表征的模型建構教學，能有效促進學生科學素養的不斷提升，為中學階段抽象思維能力和創新能力提供思維基礎。

〔關鍵詞〕" 小學科學；模型建構；科學思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 10" " 038-040

一、問題緣起

由世界經濟合作與發展組織發起的國際學生評估項目（PISA）"的2022測評顯示，我國的測評結果為：學生的科學創造性思維整體上較為薄弱，少量高創造力個體；技術素養和物化能力較低，綜合運用多個學科知識解決問題的意識和能力較弱。面對我國學生科學思維能力的痛點，我們的科學教學亟須回歸科學本源，提升學生的科學素養。對比《PISA"科學素養測評框架》2025版和2015版，模型建構明確提出并貫穿于能力和知識部分，可見模型建構能力是解決學生思維困境的關鍵點。我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）的核心——科學核心素養，新增了科學思維維度，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。可見國內外都將培養學生模型建構作為提升科學素養的關鍵點。小學階段是模型建構的啟蒙和發展時期，尤其是在小學階段開展以具體實物表征為基礎的模型建構，能為學生中學階段抽象思維能力和創新能力提供思維基礎。因此，在小學科學課程中開展模型建構思維能力培養，有助于學生創造性思維和解決問題能力的發展，提升學生的科學思維。

基于此，筆者在小學階段開展基于“圖像”表征的模型建構教學，旨在通過該教學模式，提升學生的模型建構能力，并在實踐中取得了較明顯的教學效果。

二、基于“圖像”表征的模型建構理論基礎

基于“圖像”表征的模型建構教學主要依據皮亞杰的認知圖式理論。本教學模式以認知圖式理論的認知結構為基礎，結合兒童認知的發展規律，采用“一圖·五畫”（即一圖：“圖像”表征；五畫：畫紙-真實、動力-尊重、畫筆-討論、橡皮-反思、顏料-評價）完成“同化”“順應”動態發展過程（見圖1）。

“同化”是將目標信息融入已有的圖式體系，形成自己的圖式；“順應”是當運用條件發生改變時，已形成的圖式不能再同化新信息，這時必須通過思維對已形成的圖式進行改造，重構新的圖式。“同化”是擴充認知結構單元的數量，“順應”是在學習理解應用過程使圖式產生質變，穩定發展認知結構單元的質量。而完成有效建構過程，需要構建真實的情境或任務，充分尊重學生，借助學生自己建構的“圖像”表征，以“圖像”表征作為思維表達的橋梁，幫助學生形象完成“圖式”的“同化—順應”過程，實現知識的可視化。通過討論刺激完成“同化—順應”這一過程，并在不斷地反思評價過程中激發學生的主觀能動性，以便循環促進學生自主建構認知單元結構。在整個模型構建的過程中，借用“圖像”表征這個有效的“腳手架”可以實現思維過程的可視化，同時，也讓教師和學生對于科學思維能力的評價更加有理有據有針對性，實現評價的公平可視化。

三、基于“圖像”表征的模型建構的“一圖·五畫”教學策略

基于“圖像”表征的模型建構的“一圖·五畫”教學策略，在教學過程中猶如描繪一幅思維上的畫卷，以“圖像”表征為依托，為學生支起學習的畫架，以教學“五畫”，為學生描繪靈動的科學思維。

（一）“一圖”，基于“圖像”表征教學畫架

基于認知結構的圖式演化在兒童認知中的發展規律，筆者將小學階段“圖像”表征主要分為四類：圖畫表征、動畫表征、模型表征、符號表征。四種“圖像”表征根據學生的年齡、學情和具體學習知識進行一種或幾種的靈活應用。其大致適用的學段見下表。在具體教學時因材施教，選用適當的“圖像”表征，對于后續的模型建構尤為重要。

（二）“五畫”，基于“圖像”表征教學元素

以真實情境為畫紙，鋪展模型建構的廣闊天地。真實情境，如潔白的畫紙，為模型建構提供了無限可能的空間，讓每一點思維的火花都能在這里綻放光彩。Gilbert認為模型建構的核心作用在于提高科學課程的真實性，而解決所面臨的科學教育難題的方式之一就是使它更加真實。創造真實情境，才能引入合適的圖式激發條件，從而引導學生構建符合其學情的“圖像”，進而啟發學生對所建構模型的本質進行思考，起到更好的模型建構作用。

以尊重學生為動力，激發模型建構的內在驅動力。尊重學生，如雨露滋潤，為模型建構注入了源源不斷的動力，讓每一種獨特的思想都能在這里生根發芽。教師要尊重學生的學情，模型建構的過程是一個內化的過程，是知識不斷積累、優化的過程，學生的學情才是搭建模型的基礎，需要把更多的時間和空間留給學生，讓學生自主感知圖式模型的情境應用，再運用“圖像”表征解決實際情境問題，自主完成思維的模型建構過程。同時，教師還要基于最近發展區理論設計改進課程，讓學生收到“跳一跳，摘到桃”的效果。此外，教師要注意對前后知識聯系的引導，幫助學生通過新舊知識的重構，將認知進行新一輪的“同化—順應”，推動學生的模型建構能力得到提升，拓展模型建構的思維與思路，提升解決實際問題的能力。

以討論為畫筆，描繪模型建構的清晰結構。討論交流，如靈動的畫筆，為模型建構勾勒出了豐富多彩的線條，讓每一個觀點都能在這里交織碰撞。討論是基于“圖像”表征的模型建構的核心靈魂，只有基于“一圖”和其他“四畫”的基礎上才能有效完成，決定整個模型建構過程的質量。Clement團隊以“探討”的方式，通過模型的解釋能力，進行模型修正，以使其更好地解釋問題或現象。在這一過程中，類比是模型再建構的最主要的方式。同樣，小學生可借助模型建構，用“說理”的方式表達自己思維過程，并對自己已有的模型建構進行修改，采用“圖像”表征作為思維表達的橋梁，能幫助學生形象完成“圖式”的同化、順應與平衡過程，實現知識的可視化。借助“圖像”表征這個有效的“腳手架”，小學生也能更清晰方便地采用“說理”的方式表達自己思維過程，讓科學真理更有“理”，實現思維過程的可視化，同時，也讓教師和學生對于科學思維能力的評價更加有理有據有針對性，實現評價的可視化。討論讓科學真理更“真”實，更有“理”。

以教科版三年級上冊第二單元第二課《空氣能占據空間嗎》教學為例。本課實際上是要建構看不見摸不著的空氣也是物質這一認知結構單元，讓學生通過“壓杯入水”等三個實驗完成這一認知。筆者通過對能力基本持平的兩個班級進行“非圖像”教學和基于“圖像”表征的模型建構教學，個體觀察表明，“圖像”班的學生通過繪畫杯子內液面的變化，借用自我構建的“圖像”，有利于學生討論交流，且討論交流參與度和成效明顯高于“非圖像”班，“圖像”表征能更有效激發學生的學習興趣，學生能夠進一步畫出杯子內空氣，明確空氣與液體之間的變化關系，形成空氣是物質，能像液體一樣占有一定的空間，并且充滿各處。后測結果（見圖2）也表明，基于“圖像”表征的模型建構教學能有效建構空氣也是物質的認知結構單元，標準差顯示“圖像”教學班（14.66）小于“非圖像”教學班（15.51），表明學生個體間差距較小，更多的學生能夠參與課堂，形成認知結構單元。

以反思為橡皮，擦亮模型建構的每個細節。及時反思，如細膩橡皮，為模型建構擦去了思維的瑕疵，讓每一個模型都能在這里不斷完善升華。反思不僅在于教師的教學反思，而且更加側重于學生的學習反思。

教師要設置符合學生學情和心理的反思環節，鼓勵引導學生做好學習反思，實現模型建構能力提升。鑒于小學階段的學情，教師要逐步引導學生進行反思，幫助學生形成反思意識和反思能力。可以表格量化的形式對每一堂課的情況進行理性分析和形成性評價建議。將反思納入評價量化體系，學生通過量化表格能夠形象地關注到自己的反思能力，及時進行修正與改進。

學生反思的過程，是至關重要的環節，它是對于不好的學習行為和知識進行改正的過程。只有經過積極有效的反思，才能實現學習的長久進步，促進自身模型建構能力的長久發展，實現模型建構能力的提升。

以評價為顏料，豐富模型建構的層次。評價多元化，如多彩的顏料，為模型建構增添了層次分明的色彩，讓每一次建構都能在這里展現獨特的魅力。評價是促進學生反思和模型建構能力發展的重要量化手段，《課程標準》新增對“教—學—評”一致性要求，正是對評價方式的關注與肯定。

評價需要將過程性評價和結果性評價綜合納入。模型建構的學習更加關注學生的學習過程，以學習過程促進對學生認知結構單元結果形成。讓學生享受模型建構的過程和大膽創新的精神，不用標準的學習結果束縛他們的思維和幻想，同時以此促進學生知識體系模型的建構。“圖像”表征使整個思維過程可視化，讓學習評價可以更直觀地發生于一堂課的各個學習環節中，教師根據“圖像”，將學生模型建構的過程與結果生成具體量化評價和闡述評價，做到可信且有效、明確且具體、全面且深入，起到激勵學生學習的作用，并可以融合學生的日常行為和課后拓展進行補充性評價。

此外，注重評價主體多元，采用教師評價、學生互評以及學生自我評價。“圖像”表征將整個學習過程直觀化，教師可以將學習過程的公平評價還給學生，使評價更加關注學生的學習過程。

因此，基于“圖像”表征的模型建構教學的學習評價，是基于教師、學生以及自我三方面的過程性和結果性評價，其評價需要形成課堂的學習量化表，以具體的量化成績和闡述性評價幫助學生認識到學習過程的優缺點，更加明確待改進的方向，以評價激發學生的自我效能感，提升學生模型建構能力。

綜上所述，基于“圖像”表征的模型建構的“一圖·五畫”教學策略，在教學過程中，需要以“圖像”為表征，依據不同年級的學情，選擇適當的表征形式，為思維鋪展真實的情境畫紙，尊重學生的思維特征，以討論為核心靈魂，以評價促進學生不斷反思，讓模型建構思維交織碰撞完善升華，促進學生科學思維的不斷提升。

【本文系泉州市教育科學“十四五”規劃（第二批）立項課題“小學科學思維型探究和實踐的設計與實施研究”的研究成果，立項編號：QG1452-244】

參考文獻

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