运用图示策略促进科学思维走向深刻

章荣华

摘    要     科学教学中，图示的运用能为学生逻辑思维的发生、发展提供一座坚实的桥梁。因此在科学探究中应以“学生是图示创造、使用、解释、分享主体”的核心教学理念为指导，深度践行图示策略：画图观察，促进主动思维;用图记录，促进严谨思维;借图表达，促进清晰思维;比图分析，促进求真思维;导图总结，促进全面思维。

关键词   图示策略 科学思维 思维深刻性

思维活动是课堂教学的核心活动，科学思维是科学学科最本质的特征，也是学生核心素养的重要组成部分。在小学科学教学中，培养学生的逻辑思维是学科育人的重要任务之一。科学探究是人脑对观察过的科学现象、科学事实、科学过程等形成清晰的科学图景，并反复加工、合理改造、去粗取精，从感性认识上升到理性认识的过程[1]。教师对学生思维深刻性品质的关注与培育对个体思维逻辑水平的发展起着重要作用。

但在现实课堂中，培育学生思维的深刻性并不是一蹴而就的，由于教师对科学思维培养的课程材料建构、处理总是处于一种比较抽象的状态，造成大多数学生的思维在抽象的情境中得不到发展。认知心理学家认为，思维的发生与发展离不开相应的内容，只有内容以具体而直观、长久而稳定的方式加以呈现，才能更多层面地链接学生的思维断层，促进学生的思维在直观的对比中、借鉴中获得持久的发展。因此，笔者萌生了通过图示策略来促进学生科学思维走向深刻的想法，并认为图示的运用能为科学思维提供丰富、稳定、宏观的可视资源，这种形象的载体能为学生逻辑思维的发生、发展提供一座坚实的桥梁，为科学思维朝着深刻性方向发展提供可能。

一、画图观察，促进主动思维

学生个体主动积极地参与思维是科学思维走向深刻的前提。教学中，为了确保学生能自主调控动脑的频次，始终处于一种想探究的状态，除了设置一些进阶性提问外，运用边观察、边画图的方法是不错的选择。特别是对那些思维水平、语言水平发展缓慢的学生来说，图示的介入不仅让他们在经验的呈现上有了载体，而且在思维的过程中有了凭借，学习似乎变得比先前容易多了。因此科学探究中，笔者经常将画图作为重要策略引入课堂，建立了“画图暴露前概念—参照图示展开探究—对比修正原有图示”的教学模式，有效促進学生在学习中边思考、边实践，将思维主动带入科学探究。

例如在引导学生主动探究“蚂蚁的身体结构”教学中，教师以学生对蚂蚁的生活认识为起点，引导学生在观察前画一画自己知道的蚂蚁样子。完成后，教师发给每个小组一个装着蚂蚁的观察盒，让学生带着自己的图画，观察活体蚂蚁。最后让学生针对观察情况修改自己的图画。这样的探究情境，让学生始终处于一个漩涡式的探究情境中，吸引学生始终带着真问题、真思考落实观察行为，帮助学生在不断修正中建构了蚂蚁的身体结构——蚂蚁的身体可分为头、胸、腹三部分，头部有一对触角，胸部有三对足。

事实上，小学生与生俱来就有对各类小动物、植物进行描画的兴趣，借助画图来推进科学观察、探究，首先满足了学生的这份兴趣。另外画图观察的教学中，关注了迷糊认识与真实情景的对比，加强了个体之间的差异对比，强化了自我认识的迭代对比，这种层层对比为学生思维向深刻化层面发展奠定了扎实的基础。

二、用图记录，促进严谨思维

在科学探究过程中，严谨、细致的科学探究态度是非常重要的，而这种态度的形成需要与其相适应的思维品质来支撑。为了培育学生的严谨思维，教师通常会挖掘教材中的中长期探究活动，让学生开展5～10分钟的独立探究、观察。但对小学生来说，保持长久注意力去探究科学现象，并且做到细致、严谨，往往存在一定的难度。此时，如果能借助画示意图的方式来记录现象，则能让小学生全神贯注地投入到探究中来。认知心理学家认为，“纯粹的看”与“一边记录一边看”相比，心理参与机制更完备、更成熟，学生大脑神经系统的联结发生更频繁。因此在教学中，引导学生运用图示策略来记录探究过程及其现象是促使小学生思维走向严谨的一条重要路径，笔者把这种方法称为胶片画图法，即用一张张静态的图片记录、反映整个探究过程中观察到的现象。

例如高锰酸钾的溶解是一个物质逐步变成肉眼看不见的微粒，并在水中像烟雾一样慢慢扩散的过程，要清晰地观察到整个溶解过程，需要学生仔细地盯着溶解现象，静静地观察五分钟以上。通常学生会在观察一开始表现得很兴奋，但一会儿就会不自觉地露出迷茫的眼神，造成对溶解过程的理解一知半解。但如果采用画图的方法，让学生以2分钟时间为间隔，画一画高锰酸钾刚进入水中，在水中扩散2分钟、4分钟、6分钟四个时段的溶解状态，学生就能在脑海中建构起一个动态的溶解过程：高锰酸钾进入水中后，马上像烟雾一样散开来，一开始水底的颜色呈现深紫色，水中上部呈现淡紫色，随着时间的推移，深紫色的地方向淡紫色的地方扩散……最后一杯水各个地方都呈现出同样的紫颜色。这种形象直观的认识为后续研讨溶解概念奠定了基础，降低了研讨中语言表达的难度。同时，借图画来观察的方式也促使学生积极主动地参与到观察活动中来，并以一种严谨的思维方法专注在溶解现象的描述上。

三、借图表达，促进清晰思维

在科学探究中，从观察、记录科学现象到建构科学认识是一个复杂的思维过程，因为个体对客观事物的认识都是从原有思维模型出发的，通常带着浓厚的主观色彩，混杂了太多的自相矛盾。科学认识的建立就是用清晰的研判梳理糊涂的认识，将其去粗取精、去伪存真。此时，师生互动是一种重要的策略，在互动中，个体会做出深刻反思，同伴也会在研判中梳理因果关系。但互动的发生并不容易，由于小学生语言发展水平有限，往往找不到合适的词汇来表述自己的想法、发现及其结果，特别是面对一些转瞬即逝的现象更是如此。如若让小学生用图表、绘画等方式予以记录，将有利于学生在后续的研讨中展开分析、归纳等思维活动，促进学生在抽丝剥茧中清晰表达。

例如对纸的内部结构，学生无法直接观察到，也不容易表述清楚。如果教学中仅仅以告知的方式呈现纸内部的纤维组织，那学生会觉得索然无趣。因此在教学中，可以引导学生在探究餐巾纸的纤维组织时，结合观察到的现象（纸表面、里面有细细的绒毛，被搅拌后的纸像絮状的棉花一样）画图推想纸里面的纤维是怎样排布的。面对图示，学生的交流表达就发生了：有的学生认为纸里面有细细的纤维，排布很乱;有的同学认为纸的纤维是有长有短的，但排列没有规律;还有的学生认为纸里面像网格一样有很多长短不一的线……此时，教师追问学生：“打印纸和餐巾纸的纤维分布状况相同吗？”面对新的问题，学生表现出的不是畏难，而是积极地把想法画出来，并上台展现了新假设——认为打印纸里面的纤维会更加粗壮，数量会更多，且分布更为紧密。

从上述案例可以看出，图示的运用不仅降低了学生用文字记录现象的难度，而且为后续研讨“纸的韧性、吸水性等特点与纤维分布之间是否有关？”这一问题提供了语言交流的支架，为学生厘清和建构“事物特点与结构之间有密切联系”的科学认识埋下了伏笔。

四、比图分析，促进求真思维

求真思維是一种由表及里、触及事物本质的认知方式，它是思维深刻性品质的核心反映，也是科学学科核心素养所在。因此，教师要把培育学生的求真思维作为小学科学教学的重要任务之一，既要明晰求真思维是沿着从浅到深的路线发展的，又要读懂学生，认清学生在探究真理的路途中所遭遇的障碍、难点，进而在教学中寻找支架促进学生养成求真的习惯。

对以感性认识为主的十几岁儿童来说，他们会因为人体接入简单电路后，小灯泡不亮就推断人体是绝缘体;他们也会因为看到杯子中是空的而认为竖直倒扣入水中，水会充满整个杯子……当然要摒除知觉中的误区，光靠提问来引发思辨是不够的，还须要用图示手段来呈现学生的第一感觉，并在对比思辨中拨云见日，形成真理。

例如，在探究热气球升空的原因中，学生总是停留在“热气球上升是因为空气受热膨胀，体积变大造成的”粗浅认识中，而对“热空气比同体积的冷空气轻是造成热气球升空的本质原因”的理解则非常困难。但如果让学生用画圆圈的方式记录一袋空气在加热前、加热后、冷却后的状态（图1），并让学生画出同样多的空气，比较它们的质量大小，学生的认识则会在直观图示的视觉冲击中，马上建立同体积的热空气比冷空气轻的科学认识。

图示的介入，为事实转向意义（或结论）搭建了一座桥梁，图示是一个半具象、半抽象的介质，它的呈现，不仅将那些观察、体验获得的直接信息予以存储，为小学生的思维探究提供了具象内容，而且为思维朝着有秩序、有深度的方向发展提供了路径[2]。

五、导图总结，促进全面思维

善于开展系统、全面的科学思维活动，善于从整体上用联系的观点认识事物是深刻性思维的重要表现之一。思维导图的运用是培育学生全面、系统思维的重要方法，它能以直观形象的方式对知识信息进行描绘，建构整体性的大脑认知。教学中，学生可在建立事物联系、建构概念图式、剖析实验影响因素等任务时充分运用思维导图，首先自主说说在学习中获得了哪些认识（或知识），从中摘取关键词记录下来，然后使用线条、颜色、符号、词汇、图像形成气泡图、鱼骨图、维恩图、网状图等，把支离破碎的认知形成有结构、有联系的思维图式。

制定“物体溶解快慢与哪些因素有关”的实验计划是一项有一定难度的探究任务，学生对实验中保持相同条件的分析经常考虑不全、丢三落四，以致实验在进行过程中常遭失败。思维导图的介入是保障实验因素分析全面的好方法。教学中，给学生提供一些白纸，然后让学生分小组用思维导图画出实验影响因素，集体的研讨、导图的记录会大大降低学习难度，促进学生多角度、全方位地展开思考（图2），进而认识到物体溶解快慢的影响因素有物体颗粒大小、水的温度、是否搅拌、盐的多少、水的多少、搅拌速度等。在导图的支撑下，学生准确而快速地认清每一次实验中要保持的相同因素。

能取得好的效果，是因为思维导图与人脑的认知结构是一致的，与小学科学教材的知识发展脉络是吻合的，因此教学中应多结合教材设计一些用思维导图支撑学习的活动，促进学生的思维走向深刻。

教育家杜威认为：“思维从直接经验的情境而起。”[3]图示是记录经验情境的具体载体，是促进科学思维走向深刻的具体内容。因此，图示策略的运用能促进学生思维的发生、发展乃至深化。实施中教师要尽可能地鼓励学生自我创造、运用图示，彰显图示运用的自我价值，同时注意强化图示与语言表达的双向转化过程，促进学生在“图”和“文”的反复磨合中深化思维。

参考文献

[1] 张红霞.科学究竟是什么[M].北京：教育科学出版社，2010.

[2] 蔡铁权，姜旭英.科学课程与教学研究[M].杭州：浙江大学出版社，2008.

[3] 杜威.思维与教学[M]. 孟宪承，俞庆棠，译.上海：华东师范大学出版社，2010.

[责任编辑：陈国庆]