运用图示表征 助力科学学习

李佳涛

[摘 要]图示表征运用于小学科学学习，既有利于学生挖掘前科学概念，突破学习难点，促进科学探究，形成学科知识网络，又有助于学生实现思维的可视化，提升科学学习效率。

[关键词]图示表征；科学学习；前概念；学习难点；思维可视；知识网络

[中圖分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2019）12-0056-02

图示表征是指人们对概念知识的获得、提取及输出，是知识在人大脑中的图示表现。通过图示的形式表征知识，可以让知识外化，更形象、直观、简练且内涵丰富，直指概念的内涵及本质。在小学科学学习过程中，有结构图、示意图、气泡图、维恩图、概念图、思维导图及各种图表。从知识表达的角度，图示表征符合小学生直观形象的思维特点，可以降低知识表达的难度，深受小学生欢迎。因此，在科学学习过程中运用图示表征，有利于学生挖掘前概念，用于记录科学发现或者设计实验方案，进而突破学习难点，提高科学学习效率。

一、图示信息丰富直观，挖掘科学前概念

学习进阶是描述学生在学习和探索某一主题时，表现出来的知识、技能和能力的发展序列。学习进阶是实现课程、教学与评价统一的重要载体。尤其是当下在基于学习进阶理论指导下的科学教学设计，需要根据学生已有的经验和知识来设计教学。因此，利用图示表征来挖掘学生的科学前概念是设计学习问题的重要来源。心理学研究表明，儿童喜欢用图示的方式来表征知识，也乐于用图示来表达自己知道和理解的知识。此外，了解学科前概念是学生学习的起点。图示作为收集前概念的做法具有趣味性，可以让学生自由表达自己的想法，也可以给那些不愿意、不能或者不高兴用文字表达的学生更多表达知识的机会。所以，在设计教学前，教师可以利用图示表征的方式，挖掘学生头脑中的想法。

例如，在《点亮小灯泡》这一内容教学前，我对班上38名学生进行了图示调查（调查结果详见表1）。调查发现，学生对能让小灯泡亮起来存在9种看法。值得注意的是，有近50%的学生认为只要灯泡的一个连接点与电池的正极相连，小灯泡就能亮起来，原因是看到用电器都是一端插在电源上就可以正常工作了，但在实际操作中，只有2.6%的学生连接正确。通过进一步访谈发现，学生连接正确的原因是认为灯泡有两个连接点，电池也有两极，应该要都连上才能亮，却无法说出灯泡能亮的科学原理。这些都是教师设计教学时需要考虑的问题，也是教学的起点。在教学过程中，教师就可以利用这些前概念，有针对性地进行概念转变教学。

二、图示搭建学习支架，突破学习难点

科学学习过程中，学生经常会遇到一些抽象或时空跨度较大的难点问题或原理，图示表征可以为这类知识的学习搭建支架，从而突破思维难点。一方面，图示可以将抽象问题具体化，降低思维抽象度，主要体现在不可见的科学问题上，如摩擦起电现象、热传导和物体的热胀冷缩等。另一方面，图示表征可以缩小时空跨度大的科学问题，减小思维的时空跨度。例如，教学《凤仙花的一生》时，凤仙花从一粒种子先向下长出根，接着茎慢慢向上伸长，长出子叶，后来长出真叶，再后来叶子长大、长茂密，开花、结果直至死亡。学生将这个过程用图示表征出来（如下图1），从图中可以看出，学生在表征凤仙花的生命周期时还画出了凤仙花生长的土壤环境及周围的蚂蚁、蜗牛等动物。可见，通过图示表征知识的训练，学生的科学整体观念有了提高。

三、图示表征学习过程，实现思维可视

由于小学生的心理发展水平较低，很多学生的思维和学习经验常处于不能表达或无法自由表达的状态，而图示表征可以帮助学生走出“口欲言而未能”的困境，实现思维的可视化。

例如，教学《花、果实和种子》这一内容时，我发现学生很难建立起花、果实和种子之间的联系，尤其是花完成传粉后是如何进行受精、子房这一结构又是怎样发育成果实的，这一抽象过程很难通过观察实验建立科学概念。因此，我运用图示表征设计以下教学流程：（1）观察油菜花、桃花和百合花的雄蕊结构，找出共同点并画出雄蕊的结构；观察油菜花、桃花和百合花的雌蕊结构，找出共同点并画出雌蕊的结构。（2）在图2的基础上补充完整雄蕊和雌蕊的结构。（3）学习传粉的过程和体验人工传粉。（4）视频观看受精过程后进行描述，并在记录单上完成传粉受精过程的表征。学生经历观察和图示记录的整个流程，就是一个比较、抽象和概括的思维与表达过程。（5）让学生说出植物从开花到果实形成的过程，同时师用板书的形式将整个学习过程记录下来（如图3），从而通过可视化的图示实现了学生对知识的直观表达和再次建构。

花、果实和种子观察记录表]

通过梳理发现，涉及物体和生物结构的内容，比较适合用记录表或教师板书的方式呈现教学过程。

四、图示整理知识网络，联系不同概念

科学教学要帮助学生从整体上形成对科学的认识，使学生正确建构学科知识结构。在教学过程中，教师可以单元内容或学习主题，引导学生逐步建构指向核心概念或大概念的学科知识结构，也可以引导学生用图示整理单元或跨单元的学习内容，形式包括科学概念图、思维导图或场景画等。绘制指向核心概念的概念图，既有利于学生形成学科知识结构，又有利于减轻学生的认知负担和培养学生的元认知能力，实现知识的有意义编码和提取。

例如，教学《植物和动物》后，教师让学生用科学场景图的方式表达总结两个单元的科学概念。一学生作品（图4）如下：水葫芦凭借自身膨大的气囊浮在水面上，金鱼藻根生长在水底，鱼依靠鳍游来游去；水池边有大树，大树底下有小草，草丛中有蜗牛，蜗牛在树下依靠腹足爬行……从图中可以看出，学生画的科学场景图既清楚描述了学习过的动植物的根、茎、叶等结构的特征及其生活环境，又表达出了这些生物间及生物与环境间的联系。这里，学生用韦恩图比较不同动植物的相同点和不同点，甚至连生物的能量来源——太阳这个元素也包含在内，从情境图示的整体来看，直接指向“生物与环境”这个核心概念。

总之，图示表征可以提高学生的科学表达能力，减轻记忆负担，使学生形成对科学的整体认识。为了让学生有更强的图示表征能力，教师还需要多创造学生运用图示表征的机会，设计有图示的板书，为学生用图示表征知识起示范和导向作用，使学生真正理解和掌握所学的科学知识。