基于双重通道原理的小学科学教学策略

秦怡

【摘   要】“双重通道原理”指人有两个独立的信息加工通道，即加工言语材料的言语通道和加工图示材料的图示通道。教师可基于这一原理，通过创设可视化的真实情境，组织具象化的探究活动，创设更真实、更高效的学习环境，促进学生利用学习经验引发心智转变。教学中，指导学生“用绘制图示的方法呈现知识及知识间的结构关系；用图文结合的方式记录课堂笔记和实验现象；用表演、小报等演绎科學家的故事”等学习策略，可帮助学生通过言语和图示双重信息通道输出学习成果，从而有效促进学生的心智变化。

【关键词】双重通道；小学科学；教学；策略

教学是教师促进学生发生有效改变的过程，用于促进学生学习的教学方法应该符合人类大脑的运作机制。美国心理学家理查德·E.梅耶在《应用学习科学》一书中归纳了学习科学的三条原理：双重通道原理、容量有限原理及主动加工原理。其中，双重通道原理指的是人拥有两条分别用于加工言语材料和图示材料的单独通道，容量有限原理指的是每一个通道一次只能加工一小部分材料，主动加工原理指的是意义学习发生在学习者进行恰当的认知加工的过程中（例如关注材料，将其组织成一致的表征，并且与原有知识进行结合）。帕维奥的具体性效应、图示优势效应均证明了这一观点：人们可以通过文字和图示两个通道来学习和记忆知识，与文字呈现的信息相比，人们更容易记住图像形式的信息。

教学是为了促进学生学习而对学习环境加以操控的过程。有效的教学就是教师通过控制学习环境使学生的心智发生变化。基于双重通道原理，教师可以在小学科学教学中选择、呈现言语材料和图示材料，打通学生的言语通道和视觉通道，提供具象、多元的学习材料，通过设计教学环节，促进学生的心智发生变化，引导学生完成言语信息和图示信息的双重输出，达成教学目标。教学目标的达成会让学生体会到学习带来的成就感，从而增大对信息输入的需求，更多的信息输入又会进一步促进学生的心智发生变化，从而形成良性循环的效果，如图1。

一、基于双重通道原理输入的教学策略

（一）创设可视化的真实情境

知识建构理论认为，知识是由学习群体从生活中的真实问题出发，对现实事物进行研讨、探究和论证而形成的集体认知。基于此，教师可通过创设可视化的真实情境帮助学生学习，引导学生积累学习经验，促进学生的心智发生变化，让学生真实地建构知识，成为真正的学习者。

以教科版《科学》一年级上册第二单元“比较与测量”中的《比较测量纸带和尺子》一课为例，教学中，基于学生对纸带、尺子并不陌生这一事实，笔者让学生通过测量比较学校内花坛的周长，鼓励学生自己动手实践，激发学生探究现实世界的热情，解决真实问题。笔者先创设了可视化的真实情境：“今天我们要去测量操场东面小花坛的周长，比一比这些花坛的周长哪个最大，哪个最小。老师这里有两种工具，你们可以用它们进行测量。”学生小组讨论测量方法：“我们先分别测量出每个花坛的周长，然后再比一比。”之后，学生各自选择不同工具测量花坛的周长。在好奇心的驱动下，他们往往会用两种工具分别量量看。在实际的测量过程中，学生发现了测量纸带和尺子的优点与缺点：测量纸带较长，但容易破损；直尺不易破损，但它太短且无法测量花坛外围的弯曲之处。由此得出结论：像纸带这样的软尺比较适合用来测量花坛的周长。在真实的情境中，学生明晰了测量工具之间的差异。

学生带着明确的目的开展探究活动，先在活动中获得感性经验，而后对丰富的感性经验进行提炼，得出理性结论，更容易产生认知变化。

（二）组织具象化的探究活动

探究式学习是学生学习科学的重要方式，它指的是学生在教师的指导下获取各种信息和数据，并对其进行分析和推理，从而得出结论。双重通道原理表明：学习者利用大脑的不同部位完成言语和图示的加工，建构言语和图像表征。因此，教师要带领学生开展具象化的探究活动，让学生积极思考，有效参与，主动对信息进行加工整合，从而达到建构知识的目的。

1.利用微课呈现实验探究的步骤

探究是以证据为基础的，正确、规范的操作技能是开展实验探究的基础，有利于学习者获得真实的数据，减少不必要的认知负荷，保证实验的有效性。如果仅仅口头描述实验探究的步骤或者用PPT展示课件，学生很可能只记住了实验的一部分内容，缺少对于实验探究过程的整体感受。对此，教师可以用微课呈现实验步骤，以规范的实验过程保障探究的有效性，帮助学生获得真实的体验。同时，教师要引导学生建立丰富的感性体验，联通已有的知识经验，并运用类比的方法促进学生对新知识的理解。

例如在教学教科版《科学》三年级下册第一单元“物体的运动”中的《比较相同距离内运动的快慢》一课时，笔者先用微课指导学生如何正确使用计时器，在学生掌握计时器的使用方法后，再呈现实验的整个流程。在此过程中，教师对小组内成员的分工、软尺的使用、数据的记录等都给出了具体的要求。学生可以参照样本进行测量。实践中，这一环节的测量活动进行得很顺畅，这让后续的研讨时间更充足，让更多学生有了表达交流的机会。

以上过程中，微课视频呈现的是真实的操作过程。笔者再通过对细节部分进行放慢或放大处理，突出重点，让学生既有了整体性的认识，又有了对细节、关键环节的深刻印象，保证了实验探究过程的有效性。学生在有效信息的支持下，规范操作实验器材，获取有效信息，并对信息进行提取、分析，最后得出结论。

2.利用真实体验推动抽象概念的界定

以感知为基础开展学习，是人类学习的固有特点。在感知的基础上，只要有大量的经验，学习者就可以通过分类、对比、类比等方式进行学习。言语是抽象概念的表达，学生缺乏相关的知识经验，很难理解生活中不常见的事物和概念，导致很多时候只是记住了某个概念，却并未真正理解，所以在新的情境中依然不会进行概念表达。对此，教师应创设教学情境，让学生在真实的体验中获得具象的经验，依据经验建立新概念或完善已有知识经验。

例如在教科版《科学》一年级上册第一单元“植物”一课的学习中，一年级学生对“植物的茎”是既熟悉又陌生的。熟悉是因为它在生活中随处可见，陌生是因为学生并不了解“植物的茎”这一概念。单靠教师的言语讲解，学生很难理解“什么是茎”。对此，教师带领学生用水培的方法种植了一株番薯，让学生亲眼见证番薯长根、冒出芽、长出叶、长出茎等一系列的变化过程。基于这样的真实体验，学生真正理解了“根、茎、叶”这三个概念及它们之间的联系。

3.运用新旧类比促进学生对新知识的理解

“学习总是在原有知识背景下发生的，学生并不是等待灌输的空容器，他们是带着对现实世界各种各样的认识来到课堂的。”教师应借助学生熟悉的场景，激活学生的生活经验与知识基础，引导他们将新、旧知识联系起来，以促进他们理解知识。

在教科版《科学》六年级上册第二单元“地球的运动”的教学中，笔者充分激活学生原有的认知，并通过新旧知识的类比来促进学生对新知识的理解。如在《影长的四季变化》和《地球的公转和四季变化》两课中，笔者用白炽灯与太阳进行类比，用电子温度计呈现的环境温度与体温进行类比。笔者将电子温度计固定在地球仪上的相同位置，四个地球仪放在四个特殊点位，分别表现春分、夏至、秋分、冬至四个时间（如图2）。实验中，教师打开白炽灯，让学生观察电子温度计的温度变化，通过温度计的温度变化和自己在四季中的温度体感，理解地球公转带来了四季变化的道理。

二、言语、图示双重通道输出的学习策略

学习输出能让学习者体会到学习带来的成就感，从而增大对信息输入的需求。在小学科学的学习过程中，几乎每节课都有研讨、总结的环节，教师要规范课堂表达，让学生的发言有据可依，同时又要让学生对信息进行整理，并通过言语通道和图示通道表达出来。

（一）绘制图示呈现知识结构

图示可以将知识以及知识间的关系直观地呈现出来，帮助学生形成层次清晰的知识体系。思维导图就是一种简单方便的工具。

例如在“地球与宇宙科学”领域的学习中，学生借助图示呈现地月系、太阳系、银河系和宇宙，明确它们之间的隶属关系。在“生命科学”领域的学习中，学生对动、植物的认识是进阶式的。在学习“根、茎、叶”的概念时，笔者指导学生用知识树的形式记录三个概念。随着科学学习的深入，学生不断补充完善“知识树”，最终形成完整的知识体系。

（二）采用图文结合方式记录

课堂笔记是科学学习过程的证明，也是学生自我反思的载体。高年级学生已经具备较强的学习能力，因此教师可以引导他们以图文结合的形式记录学习内容。这样既能减轻书写的压力，又能完成对知识的梳理。对于小学低年级的学生，教师可以允许他们以拼音加画图的形式记录学习内容，降低学习难度。

（三）演绎科学家的故事

教科版《科学》每一册中都设有“像科学家这样做”专栏，每册介绍一位科学家的故事。学生喜欢生动形象的故事，能从科学家的身上汲取科学的力量。对此，教师应以科学家的故事激励学生，激发学生学习科学的热情和动力。

高年段学生的发言积极性相比低年段学生要低得多，大部分学生不愿举手发言。教学时，笔者先让学生搜集科学史上的怪才亨利·卡文迪许的故事。（亨利·卡文迪许出身于一个生活奢华的权贵家庭。但他特别腼腆，跟任何人接触都会感到局促不安，连他的管家都要以书信的方式跟他交流。在漫长的一生中，他取得了一系列重大发现，为人类的科学探究事业做出了巨大貢献。但由于他过于腼腆沉默，人们在他去世很久之后才发现他的研究成果。）之后，笔者让学生用话剧的形式表现故事情节。在观看了各个小组的表演后，学生进行交流。他们纷纷感叹：卡文迪许将这么重大的发现默默地藏在了自己生涩难懂的笔记里，一直到半个世纪后，人们在整理他的资料时才发现这些成果。这对他本人是一种损失，对整个科学界更是一种巨大的损失，可见信息的及时输出是一件多么重要的事。

笔者利用故事吸引学生，学生用表演等方式演绎科学家的故事，在情感的碰撞中产生学习动机，用更积极的心态投入科学学习，使自身的心智发生变化。

教师的工作是在学生进行意义建构、知识加工的过程中给他们提供帮助。教师应以认知理论为基础，以学习者为中心，科学地开发学习资源，促进学习者开展有意义的学习，使教学真正服务于学生的成长。

参考文献：

［1］梅耶.应用学习科学：心理学大师给教师的建议［M］.盛群力，丁旭，钟丽佳，译.北京：中国轻工业出版社，2016.

［2］布什，沃森.学习的科学：每位教师都应知道的77项教育研究成果［M］.滕梅芳，袁博，译.北京：中国青年出版社，2021.

［3］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022．