数据图表中的科学思维可视化表达

浙江省嘉兴市海宁市实验小学 段鑫雅 顾建锋

思维可视化是教师在教学中运用一系列图表技术，把不可见的思维方式、思维过程、思维结果呈现出来，帮助学生实现学习进阶的一种教学手段。在小学科学探究实践活动中，学生往往通过探究实践活动获取各种信息，包括科学实验数据，教师可以通过引导学生对信息、数据进行分析处理，帮助其建立对事物的正确认识，形成科学概念，从而在这一过程中发展学生的科学思维。

但是在教学中，学生不会科学处理数据信息，无法快速找到信息背后隐含的科学概念，这就需要教师引导学生将科学数据转化为图表形式，让错综复杂的科学数据变成有结构的、具有一定思维逻辑的图表呈现出来。图表可以提升学生分析、处理数据的能力，方便学生从中获取信息，建构科学概念，发展科学思维。下面，笔者浅读如何利用数据图表让学生科学思维可视化。

一、“可视化”输入，让科学观念建构进阶

科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识。学生亲手绘制的图表包含丰富的信息，能在学生大脑中留下深刻的印象，让学生对获取的信息有生动的感受，对科学知识的梳理和发掘起着重要作用，有助于学生形成清晰而准确的科学观念。

（一）数图转换法，让规律跃然纸上

在科学探究活动中，有些实验数据多、信息量大，学生有时很难发现事物的变化规律，这时教师可以通过数图转化法，把这些凌乱的数据处理后绘制成柱状统计图，将枯燥的数据变成有层次变化的图表，一目了然，这样有利于学生科学观念的建构。

例如，教学“测量降水量”一课时，降水是天气的一个基本特征，学生从小就尝试着用他们的感官来观察并判断降水情况：小雨、中雨、大雨等，本课要让学生知道气象学家是用雨量筒测量、记录和确认降水量的。学生利用自制雨量筒连续测量十天的降水量并进行记录，再把这十天降水量数据绘制成柱状图。通过观察柱状图中柱子的高低变化，结合24小时降水量等级标准，可在图上标注等级，这十天的降水量等级跃然纸上。如何判断降水量的多少这一科学概念便在学生的头脑中清晰地建立起来了。数与图的转换，加强了学生对数据的处理分析能力。

（二）数图结合法，让限制突破时空

学生对一些事物的变化规律有着不同程度的感知，教师需要通过一定的方法帮助其建立正确的认识。教师要引导学生利用数据图表寻找其背后隐含的规律，建立正确的科学概念，让学生真实体验数图结合法在分析处理数据方面的优势与实用性。

例如，教学“阳光下物体的影子”一课时，学生探究“一天中影子有什么变化规律”需要用一天的时间去观察、测量、记录，如果只测量记录影子的长短数据，后期再绘制坐标柱状图，只能直观地看出一天中影子的长短变化。因此在观测过程中，除了测量影子的长短之外，教师还可以引导学生在观察记录纸上直接画出小短杆的影子。小短杆的影子图类似于一张特殊的柱状图，数图结合法具象地展示出了一天中物体影子的长短和方向的变化。学生在分析一天中影子的变化规律时，特殊的柱状图将作为有力的证据，分析客观，结论可靠，突破了普通柱状图的时空限制。

二、“可视化”编码，让探究实践能力进阶

探究实践能力主要指在了解和探索自然、获取科学知识、解决科学问题以及技术与工程实践的过程中，形成的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。教师可以利用图表，将数据“可视化”编码，形象直观地展示具体内容，调动学生多种感觉器官参与学习活动，促进学生探究实践能力的发展。

（一）数据分析从“感性”走向“理性”

科学探究的提出假设这一环节中，学生是凭借生活中的一些感性认知进行猜测的。然后通过实验获取证据，进一步加深其感性的认识。在分析数据、将数据整理并绘制统计图的过程中，学生的感性认识在逐步走向理性认识。一张鲜明直观的统计图表，可以展示出这一探究的成果，学生通过观察、分析统计图得出最后的理性结论。

例如，教学“抵抗弯曲”一课时，学生要研究“横梁的抗弯曲能力与什么因素有关？”学生通过自主设计实验对纸的抗弯曲能力进行研究，在经历预测后开展实验探究，获取数据；教师可以利用电子表对各个小组的数据进行系统的整理，引导学生将实验数据做成一张统计图帮助其分析。结合多个小组的数据以及层次分明的折线图，学生能够理性地分析出实验结论，即虽然增加宽度和厚度都能提高横梁的抗弯曲能力，但增加厚度比增加宽度更能提高横梁的抗弯曲能力。

（二）图表分析从“理性”走向“共性”

技术与工程实践是一个注重问题解决的过程，学生通过辨别问题、评估实际需要、思考各种选择及其限制条件提出有创意的方案，再通过建模及迭代的方式解决问题，从而发展将未知情境转化为已知情境并在复杂环境中行动等重要的问题解决能力。在这样的过程中，借助统计图辅助分析，学生从“理性”的认识走向“共性”的认识。

例如，教学“做个保温杯”的拓展课“拯救北极熊”时，在提出“为北极熊造一个保冷的房子”驱动型任务后，教师要引导学生分析如何更好地减少热传递，并在实验中对比研究各种材料的保温性能，最后选择合适的材料进行方案设计和制作。在研究不同材料的保温性能时，使用初始温度为4℃的水，在室温下放置半小时后，学生使用温度计测量水的温度，再测量不同材料包裹下水的温度变化。学生观测后将测得的温度记录在表格中，并绘制不同材料包裹下水的温度汇总柱状图，借助统计图分析，学生很快就能得出科学概念。

三、“可视化”输出，让科学思维品质进阶

科学思维是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。其中推理论证体现在：基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。在教学过程中如果能够充分结合图表系统，通过图表系统地呈现科学思维，将数据图表“可视化”输出，就能实现科学思维品质进阶。

（一）通过“具象”识“抽象”，让思维可视化

小学科学课程中有些知识概念对学生来说比较抽象，摸不到，看不见。学生对这些抽象的概念在生活中有一定的感性认识，但他们的认识中还没有一个更概括性的概念。这时候，教师可以将其他具体的事物作为载体，让学生通过观察具象的物体所产生的一些现象来认识、理解抽象的概念，借助图表，让思维可视化。

例如，教学“运动的小车”一课时，四年级的学生已经在使用能量这个词，他们知道发光、发热的物体是具有能量的，也听说过光能、电能、水能、风能等，但对能量没有形成一个具体的概念。教师可以将运动的小车作为载体，引导学生观察理解小车从坡上下滑后，能将木块撞开一定的距离，这是小车具有能量的表现。再通过对比观察、测量、记录，将所有小组的数据结果汇总到班级统计表中。通过观察各个小组的小车推动木块滑行的距离，学生发现坡度越大，小车滑下的速度越快，推动木块滑行的距离越远。木块滑行的距离是小车具有能量的表现，因此，物体的运动速度不同，具有的能量也不同。运用统计图，学生可以直观地观察到各个小组的木块滑行距离有着相似的“具象”表现，从而推出小车所具有的能量大小不同这一“抽象”的概念。

（二）透过“表象”看“实质”，让思维显性化

小学科学课程中，贴近生活的内容往往最能吸引学生，激发学生的学习兴趣。学生对生活中的一些现象比较熟悉，但是很少关注引起这一现象的实质，为了使学生能够透过表象看到实质，教师可以引导学生根据观察到的现象和记录的数据，绘制折线统计图，借助统计图思考这一表象背后的实质，让思维显性化。

例如，教学“温度不同的物体相互接触”一课时，五年级的学生对热牛奶的现象并不陌生，对于冷的物体和热的物体接触后，冷的物体会变热的现象认识也比较清晰。但他们很少关注冷的物体变热的实质是热量发生了传递。教师可以让学生根据观察到的现象和记录的数据，绘制出折线统计图，思考温度不同的物体在相互接触过程中热量的转移和平衡。这样不仅培养了学生分析和处理数据的能力，还可以帮助学生更好地理解温度的变化这一表象背后的实质是热量在不同温度的物体间的传递。

综上所述，数据图表是小学科学教学的“第二语言”，是科学观念、探究过程、探究能力的载体，具有较强的教学功能，教师在教学过程中要充分发挥自身的教学智慧，准确地揣摩统计图的内涵和外延，并不断发现、发掘、运用，最终使统计图的教育功能帮助学生实现学习进阶，培养学生的科学核心素养。