推动学习方式转变，打造儿童“看得见”的课堂——指向深度学习的小学科学可视化教学实践改进

广东深圳实验学校小学部 刘 洋

·实践背景·

教育变革，最终发生在课堂。课堂变革，最终体现在学生学习方式的转变。“深度学习”恰恰是指向儿童学习的一种新理念。在这场课堂变革的浪潮中，我校小学部旗帜鲜明地提出了基于综合素质培养的“两个看重”课堂观——看重学习方式的转变、看重学生展示能力和课堂气质的培养。小学部科学学科组团队以学习方式的转变促进深度学习的发生，探索出了一条以可视化教学为支点，撬动深度学习的“实验”之路。

“兵马未动，粮草先行”，推动学习方式的转变离不开理念引领，更离不开课时、课程、制度、设施的保障。我们早在2012年就在一、二年级开设了科学课，比教育部要求的提早了六年，课时量比教育部规定的多一倍。全学段实现两节科学课连排，形成了国家课程和校本课程同入课表、间周上课、面向全体、并驾齐驱的课程新局面。我校建立了由教务处统领、学科组推进、各部门保障、行政领导分管的科技教育机制，形成了由标准实验室、科学教育中心、生命馆等各类科技活动场所组成的“科技楼层”。

·实践改进·

深度学习是学习者在批判性理解的基础上，基于原有认知进行概念建构，灵活运用所学知识和技能解决实际问题的一种学习方式。可视化教学即教师在可视化理论的指导下，借助图示法等方法对信息进行视觉加工，将原本抽象复杂的事物以直观的方式呈现。研究表明，使用视觉辅助可将学习效率提高四倍以上。可见，可视化教学利用图形等视觉表征手段和视觉认知辅助工具，能够构建新知识与原有知识之间联系的“通道”，提高信息加工及信息传递的效能，促进深度学习真正有效发生。

一、基于实验材料可视，落实前概念调查

前概念是学习发生的前提条件，更是深度学习发生的必要条件。我们深知，儿童的前概念是其生活经验和科学知识的混合物，具有形象化、碎片化的特点，想了解它们并不容易。为此，我们从调查方式和联想思维两个角度入手破解前概念调查难题。

1.创新调查方式，使前概念被双向可视。

深度学习既需要学习主体的主动建构,也需要主体之间信息的交换和重组。当前，课堂常见口头或书面调查，这两种方式仅实现了前概念对教师的可视，而不是对学生的可视，往往导致调查沦为教师的“独角戏”。科学课倡导给学生提供可视的材料，让学生以动手“做”的方式表征观点，并将“想法”展示出来。

以教科版三年级《食物在体内的旅行》一课为例，为了可视化地表征儿童前概念，教师为每个小组准备了5组共10种材料（表1），学生选择合适的材料并粘在人体轮廓图上（图1），最后展示出来，让师生都看到。

表1

图1

教学片段一：

师：刚才你们说了这么多消化器官，这些器官分布在人体内的哪些部位，它们有什么功能呢？

生：（思考）

师：老师预备了一些物品，请你们自己观察比较，根据它们的特点把它们想象成人体的某种器官，并把食物旅行所经过的器官挑选出来贴在人体轮廓图上。

生：（操作）

师：贴好后，把你们的作品挂到前面的墙上，让我们都来观察观察。

实践表明，这种摆一摆、贴一贴的“做中学”方式充满趣味，学生能够展示、乐于展示，不仅实现前概念的师生双向可视，还提高了学生课堂展示能力。

2.贴近儿童生活，触发联想思维。

为什么打印真实的器官图片让学生贴呢？学习科学指出，当儿童面对新的领域探索时，会联想到已有的学习认知的经验，并据此进行思维的判断、分析和信息处理，指向深度学习的教学应当是能激发儿童联想思维的教学。实践发现，“真实”并不等于可视：一方面，这些器官脱离学生的生活；另一方面，这些图片缺乏功能性体验，无法激活学生的联想思维。

图2

教学片段二：

师：我看到你选择了发夹来模拟口腔。

生1：嗯，发夹能张开，像嘴巴一样吃东西。

师：为什么不选择铁夹?

生1：铁夹没有“牙齿”。你看，发夹上面有齿，像我们的牙！

师：为什么选择用气球来模拟胃而不用牛奶盒呢？

生2：牛奶盒太硬了，没有弹性，胃要收缩才能磨碎食物，气球有弹性，更像一些。

气球、牛奶、妈妈的发夹、洗脸盆下的水管……这些材料（图2）全部来自学生的生活，这样的前概念调查完全融入学生的“语境”，使他们愿意分享、乐于展示。

二、基于探究记录可视，推进论证学习

论证学习本质上是个体推理、交互对话和批判性思考等多方面交互学习的实践。可以说，论证学习就是深度学习。科学记录作为论证的主要依据，对论证的开展具有关键作用。然而，不少教师缺乏对记录单的可视化设计意识——文字量大、冗余信息过多等情况时有发生。双重编码理论认为，同时以视觉形式和语言形式呈现信息能够降低认知负荷和增强理解。因此，探究记录单的设计要引起教师足够的重视。

1.要能指向关键信息

把学生的注意力指向关键信息是可视化的内在要求之一。学生在实验过程中会面对许多材料并搜集到很多证据，但并不是所有材料和证据都能够为论证提供有效支撑。

以教科版六年级《定滑轮和动滑轮》为例，学生在使用改进前记录单（图3）设计方案时成功率很低。分析发现，由于部分凸显器材功能性的关键信息（滑轮的转轴、绳子两端挂钩等）未被凸显，导致了学生的注意力被分散。改进后的记录单（图4）不仅凸显了材料的功能性，并且去掉了画铁架台和钩码的环节，使学生能够集中精力思考钩码位置和绕线方式这一影响学习的关键信息。

图3

图4

2.要能引领实验操作

一份可视化程度较高的探究记录不仅能够减轻学生的认知负荷，还可以引领学生的实验操作，为论证提供可靠的证据。

以教科版三年级《水和食用油的比较》一课为例，由于低段学生动手能力较弱，在进行较为复杂的实验操作时，教师仅靠语言指导往往会导致学生在操作中“挂一漏万”。经过改良的探究记录（图5）将实验过程以图示的方式清晰呈现，让可视化深度参与学生认知加工过程，引领学生开展实验操作，有效降低实验的失误率。

图5

三、基于实验数据可视，建构科学概念

通过对比和分析发现数据之间的联系，归纳其背后隐含的规律是建构概念的常用方式。由于语言文字自身的“碎片化”特性并不利于建构概念，所以当学生面对大量不同关系和类型的数据时往往会无所适从，甚至畏惧和逃避。而可视化表达具备强烈的“整体性”特征并易于“表达关系”，能够更好地加工复杂的信息。因此，教师要有数据加工的意识，在数据的呈现方式上善于“化零为整”，帮助学生将碎片化的数据变得可视起来。

以教科版五年级《传热比赛》为例，哪种数据呈现方式更容易被学生可视呢？显然是第二种（图6）。第一种方式（表2）虽然将数据放在了一起，但它们“貌合神离”，需要学生自行整合处理后才能建立整体性理解。方式二则利用统计图对数据进行整合，铜、铝、铁分别对应三条“跑道”，学生只需将本组贴纸贴在“跑道”上即可。这种方式十分形象，不仅能够吸引学生去关注“比赛”结果，也便于有联系地去观察和比较他组的数据，实现概念的内化与建构。

?

综上，指向深度学习的小学科学可视化教学，转变的是学生的学习方式，也是教师的教学理念。它符合学生的心理特征，能激发学生学习的兴趣，激活学生的探究思维，让学生在探究中建构，在批判中理解，这种变化最终都将给学生带来探究能力的提升，带来学生课堂气质的嬗变。