雷达图助力学生发展模型建构思维

科学课程标准指出，科学课程要培养学生的核心素养，而科学思维是科学核心素养重要的组成部分，主要包括模型建构思维、推理论证思维、创新思维等。模型建构作为一种认知手段和思维方式，是学生易于研究的、能反映事物本质特征的理性模型的建构过程，有助于学生抓住事物的关键要素，形成系统思维。

在四年级“比较不同的土壤”内容的教学中，教师往往将土壤的颗粒、黏性和渗水性作为独立的特点，开展三个探究实践活动，使得学生对不同土壤的认识仅仅停留在“特点不同”上。针对上述不足，教师可以尝试引入雷达图这一可视化工具，先抓住“颗粒大小”这一点作为核心属性，再将关于“黏性”和“渗水性”的探究结论关联成“线”，以推理论证的方式分析“透气性”“保水性”等更多性质，最后以雷达图的方式聚“线”成“面”。教师通过雷达图帮助学生搭建可视化思维支架，以“点线面”的方式帮助他们逐步建构土壤模型，发展他们的模型建构思维。

环节一：由“点”切入，把握本质

发展学生的模型建构思维，有利于他们把握研究对象的关键特征和属性，揭示其规律和关联，解释现象和进行预测。四年级学生正处在认知发展阶段，对抽象概念的理解和应用能力相对较弱。教师可以运用雷达图帮助学生实现思维的可视化，将抽象概念与探究活动的具体结论联系起来。雷达图是一种常用于比较多个属性的可视化工具，具有突出特征、直观易懂、利于综合比较等优点。通过雷达图，学生能直观地看到土壤系统中关键性质的特点及其联系。

作为核心的“点”，既是模型建构的起点，更是学生思维发展的生长点。颗粒是土壤研究中非常重要的特性，它直接影响土壤的物理、化学和生物特性，不同的颗粒大小和分布直接影响土壤结构、土壤质地、透气性、保水性等诸多性质。所以，在发展学生模型建构思维时，教师将“颗粒大小”作为观察、分析、推理的起始“点”，置于雷达图的中心位置。这样，学生在搭建模型框架过程中，就能有意识地从“点”出发，对比分析不同特性，如黏性、渗水性等（如图1）。这样的设置既符合科学探究的本质，也符合学生的认知规律。

在研究土壤样品时，学生自然而然会想到用眼睛观察和用手触摸。为了方便学生更直观地观察现象，教师可以提供材料支架。由于放大镜的放大倍数有限，而传统显微镜虽然放大倍数高，但体积较大、较沉、操作困难，目镜也只能供一个人观察，因此，教师可以提供轻巧简便的、带大屏幕的手持高倍显微镜。这种显微镜既方便学生拍照和记录，又方便他们与他人分享交流实验结果。观察结束后，学生将不同土壤的颗粒用大小不同的圆圈呈现，产生了鲜明、直观的对比。

环节二：连“点”成“线”，建立关联

科学概念的关联“线”对帮助学生深入理解土壤的性质和相互关系有重要作用。在教学过程中，教师不能将学生的研究割裂成零散的知识点，而是要引导他们认识知识之间的关联。

教学片段

师：（出示三盆绿植。其中，2号绿植状态良好，而1号绿植的叶子萎蔫，3号绿植的叶子变软、发黄）这是老师之前种植的绿植，老师每天给它们浇一样多的水，放在同样的地方，为什么它们的生长情况截然不同呢？

生：2号绿植的土壤是比较黑的、比较湿润的；3号绿植的土壤看着很硬，感觉不透气；1号绿植的土壤很干燥，感觉是一粒一粒的。

生：浇的水是一样多的，那可能是因为土壤对水分的吸收不一样。

师：所以你们认为是不同的土壤造成了植物生长的差异，对吗？让我们取一些土壤样品来研究吧！

（学生观察土壤样品。）

师：刚才大家通过用眼看、用手摸和团成球的方法观察比较了这三种土壤样品，你们有什么发现？

生：1号土壤的颗粒最大，颜色很黄；2号土壤的颗粒没有1号那么大，有很多小的颗粒，颜色是深棕色的；3号土壤的颗粒非常细小，是黄褐色的。

生：我将它们团成球的时候，发现3号最好团，可以团得很圆；2号土壤也可以团，就是有点粗糙；1号土壤在团的时候很容易裂开、散开。

师：你认为它们的黏性是怎样的？

生：1号黏性最差，2号黏性中等，3号黏性最强。

师：为什么会出现这样的情况呢？

生：可能是因为1号土壤的颗粒很大，黏性差；3号的土壤颗粒都很小，就很容易黏在一起；2号居于两者之间。

在这个探究活动中，学生观察到土壤的颗粒大小不同，并通过团成球等方法感知了土壤的黏性。教师先引导学生观察并表述其特点，再让他们思考其中的关联。学生通过比较不同土壤的差异，提出土壤颗粒大小影响黏性强弱的合理猜测，在土壤的两个特性“点”间建立关联“线”。

环节三：聚“线”成“面”，建构模型

思维建模是科学思维的重要组成部分。事物的特性之间有许多相互影响与关联的“线”，教师不能把每个实验结论独立来看，对它们只进行简单的罗列。教师要引导学生在“线”间建立关联，归纳成综合的“面”，建构更全面、真实的模型。

教学片段

师：刚才我们通过水流过的速度比较了三种土壤的渗水性。谁来说说你的发现？

生：1号土壤的渗水速度快，3号土壤的渗水速度最慢，2号土壤的速度居中。

师：你是通过什么现象判断的？

生：下面接水的杯子有刻度，在相同的时间内，1号杯子中的水最多，2号杯子中的水中等，3号杯子中的水最少。

生：我把水倒进1号土壤，水很快就从底下流出来了。3号土壤的渗水速度很慢，水积在土壤上面。2号土壤的渗水速度居中。

师：你觉得可能是什么原因？

生：可能和颗粒的大小有关，因为颗粒大了，就好像是筛子眼大了，水一下子就漏出来了。颗粒小的话，就像很细的纱网，水不容易漏出去。

生：同样浇水，1号土壤留存不住水分，就很干燥，2号土壤可以保存一点，3号土壤不会让水跑出去，所以很黏。

借助问题支架，教师不断激发学生的证据意识。经过前面“关联线”的铺垫和启发，学生在分析渗水性时，能推测其与“黏性”和“颗粒大小”的关联，还能用类比思维解释“不同的颗粒大小可能就像不同孔径的筛网”，他们认识到土壤的特性之间不是独立的，而是有结构与功能上的联系。

教学片段

师：现在我们已经对三种土壤有了初步的认识，了解了它们的颗粒大小以及黏性和渗水性上的差异。其实土壤还有很多性质，如与植物生长息息相关的保水性和透气性。你能比较三种土壤的这些性质吗？

（小组合作，交流讨论。）

生：我们认为，1号土壤的保水性最差，因为它渗水性太强了，留不住水；2号土壤的渗水性中等，保水性也应该中等；3号土壤因为渗水性不好，水都留在土壤里面，所以保水性最好。

生：1号土壤的透气性最好，因为颗粒比较大，水都漏出去了，很透气，所以就很干燥；3号土壤中的水不容易排出，所以透气性很差；2号土壤很均衡，透气性中等。

师：通过观察雷达图，能说说你对这三种不同土壤的认识吗？为什么会产生这样的差异？

生：1号土壤的颗粒很大，所以存不住水，它的黏性最差，保水性也差，但是渗水性很好，透气性也很好。

（其他学生补充分析2号、3号土壤的性质。略。）

除了课本实验中的颗粒大小、黏性和渗水性外，土壤还有很多其他性质，如保水性和透气性。教师先引导学生进行分析、推理，再让他们通过已知的探究结果，进行合理的推测论证。教师利用“希沃白板”展示空白雷达图，学生在每一次探究活动完成后都将小组数据记录在上方，一步步完善，形成不同土壤的表征雷达图（如图2）。这一成果既是结构化、系统化、多维化的土壤认知模型，也体现了学生思维的动态发展过程。

环节四：运用模型，推理论证

学生初步具备模型建构的能力后，要能够运用模型了解系统的本质特征和属性，描述系统的结构、关系和形成过程。教师依托雷达图的“点线面”式模型建构方法，不仅关注了学生建模过程中思维能力的锻炼，还注重引导他们用真实问题来检验模型，并合理解释科学现象。

教学片段

师：现在你们能分析一下为什么这三盆植物的生长状态不同了吗？

生：2号绿植长得最好，因为它的土壤各方面比较中等，可以透气，也可以保水。

生：1号绿植长得不好可能是因为颗粒太大，保水性太差了，植物缺乏水分。

生：3号绿植的土壤不透气，黏性强，浇完水，水出不来，一直积在里面，植物的根可能被淹死了。

师：原来土壤对植物生长的影响这么大。我们把1号土壤叫作砂质土，2号土壤叫作壤土，3号土壤叫作黏质土。

通过雷达图模型，学生对三种不同的土壤形成了较为完整的认知。当教师提问“三盆植物的生长状况为什么不一样”时，学生不仅能从直接影响植物生长的保水性和渗水性出发分析，还能结合透气性、黏性、颗粒大小等进行解释，分析不同土壤对植物的影响，认识到生物的生存与环境的密切关系。

环节五：纵览全局，批判思考

批判思维是学生必备的素养和关键品质之一，拥有批判思维的学生能够独立、理性地分析和评价信息、客观看待问题。批判思考不仅仅是理解知识的能力，更是能够质疑、验证和应用知识的能力。在教学中，教师应该鼓励学生提出自己的看法，通过讨论和辩论，引发思维的碰撞。

教学片段

师：大家觉得最适合植物生长的土壤是哪种？

生：壤土。

师：所有植物都适合在壤土中生长吗？

生：也不一定，比如像仙人掌就要在砂质土里生长。

师：我想你说的是“更适宜”的意思吧？土壤没有好坏优劣之分，不同的植物有它最适宜生长的土壤。你能推测这三种土壤分别适合怎样的植物生长吗？

生：砂质土适合需要透气的植物，比如长在沙漠里的植物；壤土适合既需要水分又要有一点透气的植物；黏土适合需要很多水分，不怎么需要空气的植物。

师：到底是不是这样呢？请你们课后留心观察身边植物与土壤，并查阅资料。

在分析土壤对植物的影响后，有的学生认为壤土是最好的。教师通过问题引导学生反思，认识到土壤本身没有优劣之分，只有适不适宜植物生长的区别。这样的反思有利于培养他们理性分析、审慎思考的科学思维。

（作者单位：广东省深圳市龙华区外国语学校教育集团）

参考文献

[1]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]熊诗莹，王通.巧用雷达图实现科学课堂高阶思维的进阶[J].广东教育（综合），2023（09）.