科学教育中的科学绘画

谭利华 冯士季

[收稿日期] 2020-06-27

[基金项目] 2019年度教育部人文社会科学研究青年基金项目（19YJC880021）

[作者简介] 谭利华（1996—），男，湖南郴州人。硕士研究生，主要研究方向为科学教育。 *[通信作者] 冯士季（1983—），男，河南信阳人。博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向为学业测评、课程与教学论。

[ 摘 要] 科学绘画是科学学习者通过绘制图画和符号来观察记录、设计思考、建构认知和表达交流的一种活动。科学绘画的心理学基础包括多元智能理论、信息加工理论和生成学习理论等。根据形式的不同，科学绘画可以分为科学数据图、描绘图、设计图、思维图等不同类型，描述内容主要包括事物的“特征与结构”“过程”和“关系”。科学绘画的合理使用能够促进学生的科学学习和教师的科学教学，并为科学教育研究提供新的可能性。要使科学绘画成为科学教学的有效途径和教育研究的有效工具，应该注意其使用策略，合理发挥其功能特点，使其成为传统教学方式和研究工具的有益补充。

[ 关键词] 科学绘画;科学教学策略;科学教育研究

[ 中图分类号] G622.0 文献标识码] A [文章编号] 1005-4634（2021）03-0079-08

从法拉第、达尔文和麦克斯韦的工作笔记，到如今某些科学家所接受的专业训练，科学绘画（Scientific Drawing）在科学研究中具有悠久的传统[1]。科学家们通过绘画的方式来观察记录、设计思考和表达交流。在科学学习过程中，学生也可以使用与科学家类似的方式，通过绘画来学习科学（Drawing to Learn in Science）。作为一种思维表征方式，绘画在学生的科学学习过程中与语言描述、数学建模等同样重要[2]。拥有良好科学素养的学生应该具有阅读科学图像的能力，并能使用包括绘画在内的多种方式来思维和表达。科学绘画及其在科学教育中的应用的相关研究在国外已相当丰富，在国内却未引起足够的关注。教育实践中并非没有使用科学绘画，只是往往“用而不知”，对其认识多处于感性经验水平。本文拟阐明通过绘画来进行科学学习的心理学基础，归纳分析科学绘画的内涵、类型以及使用策略，以期提高在科学教学中使用科学绘画的水平，并为科学教育研究提供新的方式和手段。

1 科学绘画的心理学基础

科学绘画的使用建立在相关心理学研究之上：多元智能理论提示绘画是开发学生潜能的多种学习方式之一;信息加工理论说明了绘画作为一种不同于言语信息的表征形式，对于学生的科学学习和问题解决具有重要意义，它同生成学习理论一起揭示了绘画帮助学生加工信息并建构个人理解的心理机制。

1.1 多元智能理论

美国心理学家加德纳（Gardner H）提出的多元智能理论（the theory of Multiple Intelligence）认为，人类至少存在八种智能，不同个体的智能特征存在差异，每个人都有自己喜欢、擅长的领域和学习的方式[3]。如果学校教育和标准化考试过分强调语言智能和逻辑—数学智能，否定其他同样为社会所需要的智能，将使学生身上的许多重要潜能得不到确认和开发。科学绘画对于空间智能、自然观察智能的确认和开发非常重要。空间智能是人以三维空间的方式思维，能准确感知和操作视觉空间，并将其表现出来的能力[4]。通过进行颜色标识（Color Cues），绘制构想草图（Idea Sketching）、图解符号（Graphic Symbols）等方式进行教学，有利于开发学生的空间智能[5]。自然观察智能是人观察、辨别生物和自然景观的能力[4]。绘画是观察记录的常用手段，是培养学生观察能力的好方法 [6，7]。因此，教师在教学中使用文字、图像等多种方式呈现教学内容，让学生通过包括绘画在内的多种表达和操作活动来学习、思考，有利于教学适应学生的个体差异，更充分地开发其潜能。

1.2 信息加工理论

可以从信息加工过程和问题解决两方面来考察学生如何通过绘画来学习科学。

1） 信息加工过程。从信息的知觉过程来看，识别外部刺激信息的关键在于特征和特征分析[8]。在进行观察记录时，绘画让你专心致志，在画的过程中更精确地知觉观察对象的形状和颜色等特征[6]。“理论决定我们能够观察到的东西”，人的知觉还涉及自上而下的知觉过程。绘画要求人把握观察对象最重要的特征，并思考它背后反映的规律与联系，这对于培养人观察思考的能力非常重要。因此绘画不仅是一种记录方法，更是一种培养人的手段[6]。

從信息的加工和储存来看，绘画要求学习者对学习内容的意义和特征进行精细加工，并仔细检查自己的图画。在此过程中，学生形成了表象、表征，建立了绘画的动作记忆、图像化的信息与精加工的语义理解三者之间的联系。研究表明，相对于语义的抄写和精加工等方式，绘画更有利于学生回忆所学习的科学词汇、图片和概念定义[9]。

从信息的表征形式来看，Paivio提出的双重编码理论（Dual Coding Theory）认为：人的思维表征系统分为言语系统（Verbal System）和非言语系统（Nonverbal System），两个系统分别处理来自感受器的言语信息和非言语信息（如视觉图像、触觉、非言语的声音等），并在彼此之间建立联系，从而使人对事物的认识更完整，具有更强的思维能力（如图1）[10]。具体而言，首先，对于如空间结构关系、形象特征等图像信息的表征，表象代码（Imagens）具有天然的优势，并能进行言语代码（Logogens）所不能进行的操作（如心理旋转、结构重组等），即所谓“图一张胜过话一筐”[11]。其次，从对思维的作用来看，事物的形象由表象代码表征，形象思维借助于表象而实现[8]。爱因斯坦曾说：“我思考问题时，不是用语言进行思考，而是用活动的跳跃的形象进行思考，当这种思考完成以后，我要花很大力气把它们转换成语言”。表象对于图像处理、结构设计、安装等必不可少，在问题解决、创造性活动中有重要作用[8]。

由于人的视觉表象特别发达，视觉表象被视为一种主要的表象代码。科学研究本就经常涉及空间和图像化的内容，理解图像，并通过图像和绘画来思维与表达是学生科学学习中不可或缺的能力[12]。因此，在教学中应该开展融合科学绘画的多种学习活动，以充分调动学生的非言语系统，建立两个系统之间的联系，帮助学生更好地学习。

2） 问题解决。认知心理学将问题解决过程分为问题表征、选择算子、应用算子和评估当前状态四个阶段[8]。在解决疑难科学问题时，绘画（如绘制思维图）有利于帮助学生将问题的关键点之间的关系表征清楚，形成合适的问题空间，进而有利于学生选择合适算子。在应用算子来改变问题的状态时，绘画能将问题空间的变化清晰地呈现，减轻认知负担，并方便学生时时评价当前进展，逐渐接近目标。有研究表明，在某些科学领域中，使用绘画能提高学生在问题解决测验中的分数，学生表现的绘画水平越高，解决问题的能力越强[13]。

1.3 生成学习理论

生成学习理论认为：学习的过程就是学习者原有的认知结构与从环境中接受的感觉信息相互作用的过程，在此过程中学习者主动地选择和注意信息，并建构其意义[4]。

基于此，Van Meter 和Garner提出的“绘画的生成学习理论”（the Generative Theory of Drawing Construction）认为，学生在通过绘画学习科学内容时，至少经历以下认知过程：（1）选择（Selection）。根据绘画目的搜索所知觉信息中的要素，激活长时记忆中的已有经验和认知，主动对信息进行选择性的知觉和注意。绘画过程中学生若发现新的信息要素，便重复此过程，重新知觉新的信息，思考绘画要体现的内容;（2）组织（Organization）。绘画时将知觉的信息与长时记忆中的言语表征和表象表征建立联系，主动理解信息的意义，建立表象;（3）整合（Integration）。将理解的各部分信息整合为完整的图像模型，完成绘画[7]。

通过绘画来学习的优点在于，形成的绘画能清晰地表明学生现有的理解水平，为学生控制、调节和评价自己的学习提供重要的信息。另外，学习者在修改绘画的过程中，必须反复地检查文本和自己表象表征的意义，主动调用言语和非言语两方面的认知系统，用表象表征明确言语信息中表达的图像特点和空间结构关系，用言语表征中的概念和命题网络引导整体表象关系的建构——这样有利于建立言语表征和表象表征之间的联系，形成结构良好、灵活有效的认知结构[14]。

由此看来，绘画是学生学习、思维的一种重要方式，科学教育工作者应该对其有所关注。

2 科学绘画的内涵和类型

归纳分析科学绘画的内涵和类型，有利于对其形成更清晰具体的认识。

2.1 科学绘画的内涵

研究者认为：（1）绘画过程包含一系列信息的选择、组织、整合，是头脑中思维模型的建立与外部图像化表达的综合[7];（2）绘画表示的内容包括（事物、模型）结构、（发生、运转）过程和（事物、概念之间）关系，并有不同的抽象程度;（3）学生创作的开放性程度根据教师提供的帮助有所变化;（4）除纸笔之外，凭借任何媒体创作静态、二维的作品都属于绘画[15]。因此，科学绘画不仅是一种信息记录与表达的方式，更是促进学生推理、设计、建模等高级认知能力发展的学习方法。

在此基础上，将“科学绘画”界定为科学学习者在纸张等媒介上通过绘制图画和符号来观察记录、设计思考、建构认知和表达交流的一种活动，是学习者将其内部认知进行图像化表达从而形成作品的过程。从外部来看，科学绘画是學习者在科学学习中通过绘画来观察记录、猜想预测、设计实验与表达交流，是科学探究中不可或缺的一部分，能让学生更好地体验真实的科学活动;从内部来看，科学绘画是学习者对知识进行组织和整合，在头脑中形成认知表象并进行外部表达的过程，是辅助学生开展科学认知的思维工具。

不同于艺术中的绘画，科学绘画更强调让学生在绘画过程中专注于科学概念和思维过程的描述与表达，帮助学生建立新旧知识的关联，开展科学探究活动，形成个人对科学知识的理解和对科学活动的体会，进而促进其参与科学创造活动。

2.2 科学绘画的类型

科学绘画的类型多种多样，不同类型具有各自的功能，适用于不同的表达需求。

首先，根据绘画的形式划分，科学教学实践中常见的类型有：（1）科学数据图（Graph），常用来整理、展示收集到的科学数据，包括线形图、条形图、饼状图等;（2）描绘图（Representational Drawing），常用来记录所观察、学习的事物，描绘其特征与结构;（3）设计图（Design Drawing/Design Sketch），常用来表达自己的猜想，设计自己的实验。如用绘画猜想黑箱内部的结构，设计过滤水源的装置;（4）思维图（Mind Map/Thinking Map/Concept Map），常用来整理所学内容，组织概念之间的关系，包括思维导图、概念图、韦恩图、气泡图、网状图等。思维导图是利用不同颜色、符号来表示各级主题的关键要素及其关系，将发散性思考过程在纸上画出来，能引导学生理解抽象概念，整理所学知识，促进思维激发和思维整理[16]。概念图是使用节点代表概念，使用连线表示概念间关系，用概念所属层级表示其概括性水平的知识组织和表征工具，能精炼知识，将各种概念及其关系以类似于脑对知识储存的层级结构形式排列，帮助学生建立、完善知识结构[17，18]。韦恩图是一种用来选择、分类和比较信息的图示工具，易于显示事物之间的异同。气泡图和网状图让学生由一个中心主题发散出若干个分支关键词，有利于学生在研讨中及时整理研究成果，为探求新知确定起点。

其次，根据绘画的内容来划分，主要包括“特征与结构”“过程”和“关系”三类。对内容进行分类，有利于理解学生如何通过绘画来学习不同科学内容。在表述事物特征与结构时，绘画能对其进行直观描绘。其所传递的信息往往超过同样版面大小的文字说明，同时更加准确和便于识别，这也是当初科学家们绘制、使用科学绘画的原因[19]。在表征过程性的内容时，绘画能够形象地表明过程发生的结构机理及先后顺序。在表征关系时，对于数据而言，使用者可通过图表使其图像化，以便于发现变量之间的关系和数据变化的趋势;对于概念等其他内容，绘画能将诸多要素并列呈现，方便使用者对其关系进行梳理，将科学知识结构化、概念网络化。

综合两个分类维度，科学绘画的各个类型及实例如表1。

值得注意的是，为了方便理解，这里提出的分类做了一定程度的抽象。在真实的科学活动中，科学绘画的类型很可能不是单一的，其形式和内容都可能比这里呈现的更加复杂。

3 科学绘画在科学教育中的作用

在科学教育中，科学绘画具有多方面作用。由美国科学基金会（National Science Foundation）支持，哈佛大学、麻省理工学院等负责的“绘画学习”（Picturing to Learn）研究项目表明，绘画能清晰地呈现科学概念，是揭示学生前概念的一种有效手段，是一种创新性的学生学习和教师教学的方式，参与项目的师生对科学绘画的作用均作出了积极正向的反馈[20]。不仅如此，科学绘画还可以作为获取研究资料的方法，促进科学教育研究的开展。

3.1 科学绘画在学生学习中的作用

1） 提高学生学习动机和课堂参与程度。由澳大利亚教育部（Australian Government Department of Education）支持的一项研究表明，相比于传统教学，当学生们用融合科学绘画的方式来探究、合作、学习时，他们的学习动机会更强[21]。绘画让学生对学习内容更感兴趣，学习时增加了投入程度，并更多地调动高层次思维[7]。国内有研究对某市小学生进行调查发现，相比于单纯使用文字，更多学生喜欢用画图和图文结合的方式记录;而在教学中鼓励学生用简易能懂的符号图形来记录、学习后，学生课堂发言率和倾听率都有了提高[22]。

2） 促进学生学习策略的使用，帮助学生管理自己的学习。绘画让学生根据目标对信息进行选择和组织，形成自己的图像表述，并依据绘画产生的信息不断外化、评估和调整自己的理解[7]。这样的过程涉及复述、精加工等多种学习策略的使用，能让学生从规划绘画内容、监控及评估自己理解的变化三个方面增强学习的自我管理水平，促进学生学习元认知能力的发展。

3） 帮助学生学习、整合所学知识。绘画能帮助学生呈现（甚至其他测试方式难以揭示的）前概念[23]，并通过讨论绘画中自己的错误和同他人的差别来达成科学、全面的理解。学生在绘画过程中需要调动已有认知对信息进行加工，并将理解的意义转化为绘画作品。同其他建构性学习活动一样，绘画能促进学生学习较复杂的知识[7]。

4） 为学生的思考与交流提供了表达工具和依据，并帮助学生了解科学研究中使用绘画的传统。对于特定内容，绘画能对其进行清晰简明的描述与表达，形成思考和讨论的文本依据，是学生交流的有效工具。另外绘画可以让学生了解各学科领域如何使用图像和绘画来帮助自己设计实验、建立模型和表达交流，从而获得与科学家如何做科学相似的活动经验[24]。

3.2 科学绘画在教师教学中的作用

1） 帮助教师更好地呈现教学内容。绘画能根据教学需要或放大、或简化以突出内容结构。在教授图像、空间性的内容，展示复杂结构和多重关系时，使用绘画往往比单独使用语言更为高效和有力。部分绘画作品生动有趣的表现形式也受到学生们的喜欢。

2） 帮助教师了解学生，成为与学生沟通的文本媒介。绘画表现的内容能体现学生头脑中所理解的概念有哪些特征，帮助教师了解学生对事物的已有认识。通过绘画来学习时，作品的变化体现着学生理解的变化。通过对绘画创作进行观察，教师能了解学生的思维过程。教师还可以用学生的绘画作品开展讨论交流，凭借绘画启发、引导学生，发展学生对某部分內容所达到的认知水平。

3） 学生的绘画作品可以成为教师开展相应教学活动的素材。教师可收集学生作品，建立资源库，如体现出学生典型问题和认知类型的作品，可以成为教学研究的案例;体现出创造性表达和美感的作品，能给人启发，可以成为宝贵的教学资源。

3.3 科学绘画在科学教育研究中的作用

研究表明，7～9岁的儿童已经发展出了一种绘画的语言（graphic language）。这种语言有表达空间结构的独特符号和规则，并随年龄增长变得更写实、更精确[25]。因此，科学绘画能够成为一种获得资料的方法，在科学教育研究中发挥独特作用。

科学绘画的这种作用具体表现为：（1）它是学生进行科学学习活动产生的材料，为了解学生的科学学习提供了窗口;（2）在反映学习者头脑中的某些视觉空间性的知识和模型时，能比其他方式更加直观、准确;（3）能帮助研究者了解学生对环境、场景的感知，同时也为了解有某种语言、文字障碍的被试对象（如低龄、不擅长语言表达的儿童或跨文化研究）提供了较好的途径[26];（4）还有一些研究者认为，绘画能反映出许多个人特征，甚至被用作研究个体性格和心理状态的工具。

基于此，研究者可以将其与访谈、实物操作等研究方式相结合，开展多方面的科学教育研究，例如：（1）科学前概念的研究。研究者通过绘画作业并结合访谈等方式，了解学生脑中的概念和模型。如“画地球”“画河流”“画身体内部结构”等系列研究，能够总结出学生对一些科学概念和模型的认知类型及特征，为教学提供参考;（2）科学事业认知的研究。如“画一个科学家”（Draw-A-Scientist Test）等研究能够揭示学生对科学家的认识和刻板印象;（3）对科学学习和教学的认知的研究。如用设计的DASTT-C（Draw-A-Science-Teacher-Test Checklist）去测试教师心中科学教师教学的图景和信念[27]。

4 科学绘画的使用策略

科学绘画作为一种通过“非言语”路径来开展教学活动和收集研究资料的方法和手段，有其优点和不足。在使用这种方法时应依据学生绘画的心理过程和类型特点进行仔细考虑。

4.1 科学绘画在教学活动中的使用策略

在教学中开展科学绘画活动，要注意以下几点。

1） 绘画活动的设计上，要将绘画活动与学科实践统一起来，并将焦点聚焦于科学学习。科学绘画任务的有趣性和挑战性主要在于达成科学认知和进行创造性表达。要根据学科特点选择合适的绘画内容，让其在科学探究等活动中发挥实质性的作用（如观察记录，提出猜想，设计实验装置等），保证绘画活动合理、真实而有科学意义。

2） 繪画是一种心理表征，符合其形成的心理规律。因此要关注学生在绘画中的认知活动，通过设计个人创作、集体讨论、修改等环节，让学生组织信息，表达自己头脑中的科学模型，并在与他人的交流比较中，完善自己的绘画和科学认知。

3） 在整个绘画过程中应给予学生必要的教学支持。教学支持是影响学生学习效果和绘画准确性的重要因素[24]。一方面要在活动中指导学生如何用视觉空间的图像表示学习内容，提高学生绘制和阅读图像的能力;另一方面可预先提供部分绘画内容和适度指导，通过半开放的绘画方式来减少学生完成绘画作业的负担，帮助学生将主要精力集中在对科学内容的学习与思考上。

4） 针对特定类型的科学内容为学生提供多种多样的绘画练习，以帮助其了解各学科的绘画传统，学会如何针对特定的学习任务（记录、设计或交流）和内容（特征与结构、过程或关系）选择合适的表达方式（设计图、思维导图等）。

5） 不是所有时候都适合使用科学绘画。如果学生没有做好相应准备，让其绘制图解反而会使学生在问题解决中表现得更差[28]。对于有些内容的学习来说，科学绘画需要花费更多的时间和精力，在教学中应结合使用其他方法，取长补短[29]。

在科学教学中，可使用科学记录本、科学绘画作业等方式来提高学生的科学绘画能力，并将科学绘画融入科学探究过程中，让学生在观察记录、设计思考与交流讨论等活动中合理地使用科学绘画，体验真实的科学探究活动。

4.2 科学绘画在教育研究中的使用策略

在科学教育研究中使用科学绘画要认识到：（1）不是所有的孩子都喜欢并且擅长绘画;（2）不是所有的图像语言都能够很容易被理解，绘画作品有时不能完整地表达作者的含义并且容易被误解。因而，在研究设计时要考虑所采用的绘画方法能否收集到你想要的信息，分析绘画作品时要注意以儿童自己所表达的含义来理解作品中表达的概念，并辅以访谈、文字描述等其他方式进行三角验证[30]。

D. Bland建议：（1）在收集资料时，要使用有利于揭示相应年龄阶段孩子“心声”的最佳绘画形式和方法，包括形象隐喻（Visual Metaphors）、概念图/思维导图（Concept Mapping /Mind-Maps）、概念想象画（Imaginative Concepts）和写实绘画（Realistic Depictions）等。概念图/思维导图适于收集学生批判性思维和认知发展方面的信息，并适合不习惯在研究者面前说出自己想法的研究对象。形象隐喻是了解学生印象和想法的有效手段。研究者需从适宜性、收集信息的深度与广度几个方面考虑所采用的方法是否能收集到想要的资料;（2）全面地考虑影响测验的各个方面因素，以保证分析结果的真实可靠[26]。

绘画作品分析应结合学生的文字、口头说明等其他材料来分析绘画作品，防止对作品的错误解读。

5 总结与展望

科学绘画是一种可行的教学方法，其形式生动有趣，能弥补传统教学只注重“言语系统”的不足，全面激发学生的认知活动，帮助学生进行学习与思考。但同时，绘画活动更加耗时，学生对绘画的喜好及绘画能力水平也会影响教学效果。如何设计教学，才能更好地将其与科学探究等活动相结合？在绘画中提供怎样的教学支持，才能更好地促进学生的学习？这些都值得进一步研究。

科学绘画还是一种值得探索的学业评价方法。绘画要求学生重新组织知识并以图像的方式进行创造性表达，能给学生不同的展示空间。科学探究活动中的绘画记录、实验设计、分享交流，能体现出学生采集与处理信息、猜想设计和表达交流等科学能力。关注学生在真实生活情境中和科学探究活动中所需运用的高层次思维能力，开发具有真实性的科学绘画任务，能丰富表现性评价、成长记录袋等评价方式的评价手段，是值得探索的培养学生科学素养的评价方法。相较于其他替代性评价方式，科学绘画依托于纸笔，更容易在现有大规模学业测试中实施，因此可以成为在大规模学业测试中探索使用替代性评价的一个突破口。但同时，科学绘画呈现的作品往往丰富多样，这也为评价标准的制定带来了挑战。

作为教育研究中一种收集资料的手段，科学绘画在了解学生对视觉空间性内容（结构与模型等）的认识，显示对某事物综合的认知印象方面具有明显的优势。绘画过程能外显学生的思维过程和认知发展过程，并有利于克服研究中语言文字表述的障碍，帮助研究者获得更全面、可靠的信息。值得注意的是，影响学生最终所呈现作品的因素很多，学生通过作品表达的意义可能具有多样性，这对研究者的研究设计和作品分析都提出了很高要求。

总体来看，科学绘画具有独特的价值和意义，其合理使用能为我国目前的科学教学与研究提供新的可能性。在这一领域，国外已有丰富的理论和案例可供参考，今后应结合实际，创造性地探索运用科学绘画的方式，提高科学教学的有效性和科学教育研究水平。

参考文献

[1] AINSWORTH S，PRAIN V，TYTLER R.Drawing to learn in science[J].Science，2011，333（6046）：1096-1097.

[2] TYTLER R.Drawing to learn in STEM[R].Melbourne： australian council for educational research （ACER） research conference： improving STEM learning： what will it take？，2016.

[3] DAVIS K，CHRISTODOULOU J，SEIDER S，et al.The theory of multiple intelligences[C]//STERNBERG R J，KAUFMAN S B. Cambridge handbook of intelligence.NewYork：Cambridge University Press，2011： 485-503.

[4] 陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京師范大学出版社，2007.

[5] ARMSTRONG T. Multiple intelligences in the classroom[M]. Alexandria： ASCD publications， 2009.

[6] LERNER N. Drawing to learn science：legacies of Agassiz[J].Journal of Technical Writing and Communication，2007，37（4）：379-394.

[7] METER P V，GARNER J.The promise and practice of learner-generated drawing：literature review and synthesis[J].Educational Psychology Review，2005，17（4）：285-325.

[8] 王甦，汪安圣.认知心理学[M].北京：北京大学出版社，1992.

[9] FERNANDES M A，WAMMES J D，MEADE E M.The surprisingly powerful influence of drawing on memory[J].Current Directions in Psychological Science，2018， 27（5）： 302-308.

[10] PAIVIO A.Mental representations：a dual coding approach [M].NewYork：Oxford University Press，1986.

[11] CLARK J M，PAIVIO A.Dualcoding theory and education[J].Educational Psychology Review，1991， 3（3） ：141-210.

[12] GILBERT J K.The role of visual representations in the learning and teaching of science： an introduction [R].Hong Kong：Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching， 2010.

[13] HEIDEMAN P D， et al. Effectiveness and adoption of a drawing-to-learn study tool for recall and problem solving： minute sketches with folded lists[J].CBE-Life Sciences Education， 2017，16（2）：1-13.

[14] METER P V，FIRETTO C M.Cognitive model of drawing construction[C]//SCHRAW G， et al. Learning through visual displays. Charlotte， NC： Information Age Publishing，2013：247-280.

[15] QUILLIN K， THOMAS S.Drawing-to-learn：a framework for using drawings to promote model-based reasoning in biology[J].CBE-life sciences education，2015，14（1）： 1-16.

[16] 赵国庆.概念图、思维导图教学应用若干重要问题的探讨[J].电化教育研究，2012 （5）：78-84.

[17] 裴新宁.概念图及其在理科教学中的应用[J].全球教育展望，2001（8）：47-51.

[18] 李万军，孙志宏.基于翻转课堂下的概念图教学研究[J].教学研究，2019，42（2）：72-75+113.

[19] 王思宇.不可“言传”的科学史——科学绘画的本质与功能[J].自然科学博物馆研究，2016（Z1）：71-79.

[20] FELICE FRANKEL.Picture this： explaining science through drawings [EB/OL]. （2008-04-10）[2020-06-27]. https：//www.nsf.gov/news/news_summ.jsp？cntn_id=111410&org=NSF&from=news.

[21] MARK W H，VAUGHAN P.Primary connections stage2 trial： research Report[M].Canberra：Australian Academy of Scienc，2005.

[22] 戴乐韵.图示法在小学科学教学中的应用研究[D].金华：浙江师范大学，2016.

[23] WHITE R， GUNSTONE R.Probing understanding[M].New York：The Falmer Press，1992：95-106.

[24] WU S P W， RAU A M.How students learn content in science，technology，engineering and mathematics （STEM） through drawing activities[J].Educational Psychology Review，2019，31（1）： 87-120.

[25] WALKER K. Review of research： children and their purple crayons： understanding their worlds through their drawings[J].Childhood Education， 2007，84 （2）： 96-102.

[26] BLAND D. Using drawing in research with children： lessons from practice[J].International Journal of Research & Method in Education，2018，41（3）：342-352.

[27] AL-BALUSHI S， AMBUSAID A.Using drawing to reveal science teachers beliefs about science teaching[C]//KATZ P. Drawing for science education： an International perspective. Netherlands： Sense Publishers，2017：178-189.

[28] HECKLER A F.Some consequences of prompting novice physics students to construct force diagrams [J].International Journal of Science Education，2010，32（14）：1829-1851.

[29] FIORELLA1 L， ZHANG Q.Drawing boundary conditions for learning by drawing[J].Educational Psychology Review，2018，30（6046）：1-23.

[30] EHRLN K.Drawings as representations of children′s conceptions[J].International Journal of Science Education， 2009，31（1）：41-57.

Scientific drawing in science education

TAN Li-hua1，FENG Shi-ji2

（1. Research Institute of Science Education，Guangxi Normal University，Guilin，Guangxi 541004，China;

2.Faculty of Education，Guangxi Normal University， Guilin，Guangxi 541004，China）

AbstractScientific drawing is a kind of science learning activity in which learners record， design， think， comprehend， and communicate science contents by drawing pictures and symbols. The rationale for drawing to learn in science isbased on psychological theories， including the theory of multi-intelligence， the theory of information processing， and the theory of generating learning. According to its′ difference in forms， scientific drawing can be divided into graphs， representational drawing， design sketch， and mind/concept map. different scientific content， such as structures or features， processes， and relationships， can be depicted and explored via it. The rational use of scientific drawing can help students to learn science better， and facilitate the teaching of science teachers and research in science education. In order to make scientific drawing a more effective tool for science teaching and educational research， we should pay attention to its using strategies so that it can be a beneficial complement to traditional teaching methods and research tools.

Keywordsscientific drawing;teaching strategy of science;science education research

[責任编辑 刘 冰]