利用插图培养学生探究思维的小学科学教学策略

林嘉茵

【摘要】插图作为教科书的重要组成部分，逐渐扮演着教学的重要角色。在小学科学教学中，许多动植物结构、实验原理、实验过程等仅凭口头或文字描述效果往往并不理想。教科书插图能够直观、具体地再现探究过程，能让学生深入地了解实验探究过程，因此，在教学中需要结合插图为学生直观生动地展示科学知识和原理。基于此，本文以小学科学教科版教科书插图为媒介，就有效开展小学科学探究性实验学习教学进行初步研究。

【关键词】插图;小学科学;探究性课堂

插图作为教科书的重要组成部分，逐渐扮演着教学的重要角色。美国心理学家迈耶提出，为促进对课文理解而先于课文呈现前的材料，即图形先行组织者，不仅能启动学生原有的经验，还可以与即将学习的课文相联系。研究指出，教科书中的插图可以激发学生的学习兴趣、提高学生的记忆效率，进而提升学生的学习效果。

根据《小学科学课程标准》，小学科学课程是一门以培养学生科学素质为宗旨的核心课程，并以科学探究为最为重要的学习方式，强调培养学生创新和实践能力。因此在科学教学中往往会通过让学生通过思考讨论、动手实践的方式让学生逐步掌握科学探究的过程与方法，并建立起基本的科学探究框架。但对于现处于以直观思维为主的小学生而言，许多动植物结构、实验原理、实验过程等仅凭口头或文字描述效果往往并不理想，无法达到科学素养培养的目的。而教科书插图能够直观、具体地再现探究过程，能让学生深入地了解实验探究过程，因此，在教学中需要结合插图为学生直观生动地展示科学知识和原理。基于此，本文以小学科学教科版三至六年级教科书插图（图1-7）为研究对象，以科学探究性实验学习为切入点，就如何有效开展教学进行初步研究。

一、看图引发疑惑，提出问题

陶行知先生说过：“发明千千万，起点是一问。”当今社会飞速发展，许多利于人们生活的发明被创造出来，但这些都不是凭空而来，它们的起点都是从发现和提出问题开始。同时，发现和提出问题往往是人们利用新的目光、新的思维去看待事物的过程，是创新的体现，因此，发现问题在科学发明和探究实验中起到奠基作用。基于此，让学生学会发现和提出问题是小学科学教学的重要任务，也是探究性课堂教学中一线教师应该实现的教学目标。教科书插图的可视化使教师更容易根据教科书插图的内容创设教学情境，引导学生将注意力转移至关键点上，进而发现和提出问题，不仅能激发学生的兴趣，还能培养学生的科学素养。

如，四年级下册第一单元“电”，教科书通过借助导线、灯泡、电池等电器元件和许多有趣的探究活动，帮助学生建立有关电的初步概念。在第四小节中教师可通过整合插图（图1）引导学生在学会连接电路的基础上进一步探究电路故障的原因，并且让学生知道如果某个地方连接不好或者某个电器元件出了问题，都有可能导致灯泡不亮。首先，教师展示电路故障的图A并抛出问题“图中的电路是否为完整电路？”多数学生根据电路的组成部分回答出“是”的答案。有部分同学会回答“不是，因为图中的灯泡没有亮”，此时，个别同学会提出问题“如果这是个完整的电路，并且开关已经闭合了，为什么小灯泡依然不亮呢？”这一疑惑正好能够引发学生的认知冲突，引导其深入思考完整回路的含义。教师利用图A介绍：电流从电池的一端经导线流出，通过小灯泡，回到电池的另一端，这样才形成一个完成的回路，小灯泡就会发光。接着，将电路比喻为水管，电流比喻为水流，如果某个地方堵住了水流，水流则无法正常通过，像这样的电路是中断的，是故障的电路，也是不完整的，因此小灯泡不发光。再者，教师继续深入“电路中那一部分出故障使电流中断呢？”学生会通过观察图B中的部件将可能的原因逐一说出。至此，融合了观察插图的教学使学生经历头脑风暴并提出问题的过程，利用插图和学生的原有经验发生冲突，激发学生的学习主动性。

圖1 电路出故障

（A：电路故障插图 B：讨论插图）

二、以插图为媒介，制订计划

制订计划是科学探究学习中必经的一个过程。学生在“动手”前先“动脑”，在脑海中拟定实验流程中一系列如“做什么、怎样做、为什么”等问题逐一浮现，这些问题的解决会使探究活动的方法更明确、思路更清晰、过程更科学，因此制订计划是探究活动中的一项重要环节。

在制订计划这一步骤中，培养学生控制变量的意识显得尤为重要。设计单一变量实验的思想渗透在往后的中学理科科目的学习，其重要性在小学科学探究活动中得到初步的体现。在三年级上册第四单元“水和空气”第三小节“谁流的更快一些”中，学生基于上一课时“水和食用油的比较”的基础上加深对流动这个液体基本属性的认识，并且设计“公平实验”比较两者流动性的快慢。教师可通过整合教科书的插图（图2）进行教学。首先，教师展示洗洁精、食用油、水的图A并提问：“这三种液体流动的快慢一样吗？我们能否设计一个比赛证明水流动得快一些呢？”有部分学生会回答出“直接从瓶子里倒出来看看谁流得最快。”此时教师展示图B，引导学生思考：“像这样从瓶子或杯子倒出来的三种液体的粗细程度一样吗？这样的比赛是否公平？我们的比赛是否应该公平一些呢？”学生纷纷表示设计的比赛应该公平。此时，教师继续引导：“比赛需要场地，我们可以利用纸板作为三种液体的比赛场地，那么怎么样比赛呢？如何使液体跑起来？”一些学生阅读书本图C后会回答：“倾斜纸板让液体留下来。”接着教师进一步提问：“如何使流动比赛更加公平？”大部分学生在阅读课本图C以及思考后会列举出一些因素：同样的高度、同样多的液体等。也有个别的学生可能会想出其他的方法如在瓶子的地步钻一个孔比较流完的时间，教师应引导学生知道小孔大小应该保持一致。在这一个教学环节教师鼓励学生想出多种比赛方法，让学生相互交流，并且对比赛规则进行质疑。教科书利用文字和插图将“控制单一变量”的思想转变为更为简单、直接、容易被接受的“公平比赛”，以此让学生理解公平实验，为保证公平，需要保持除变量之外的其他条件相同。

图2 探究液体流动

（A：三种液体插图 B：液体流动插图 C：讨论插图）

三、利用插图的提示，实施计划

根据小学科学课程标准，实施计划包括观察、实验和制作，并可根据不同的教学内容安排实验活动。

观察是人们认识世界、获取知识的一个重要途径，是科学研究的重要方法，也是小学阶段学生进入探究活动的“入口”。观察并不是单纯用眼睛看，其实际上是有目的、有计划、有方向、比较持久的过程。如三年级上册第一单元，教科书编排了大量的插图引导学生对植物的观察，以第一小节和第二小节为例，对其中的插图（图3）进行整合。首先展示图A，引导学生在图中看大树并说出看到什么，学生凭借生活经验，会说出树枝、叶子等植物结构。由于学生无目的地进行观察和思考，因此教师应即刻抓住学生的思维“空缺”，并展示图B引导学生回忆在真正的大树前所观察到的远远不止这些，还有一些树瘤、小动物、其他的植物等。以此为契机引导学生进入更仔细的观察和思考：再走近一点看看，是不是能看到更多内容呢？接着利用图C引导学生学会观察大树的方法如画图、用参照物记录高度、用手比划粗壮程度等，并将观察结果绘制或填写于图D。三年级是学生进一步使用更多样的科学探究方法进行学习，尤其以观察为主。在上述的“观察植物”的教学过程中，教师引导学生借助插图一步步走进植物的世界，挖掘每一幅插图所蕴含的需要科学信息，初步进入由整体到部分、由无目的到有目的的观察学习过程。

图3 观察植物

（A：植物外观插图 B：植物细节插图 C：讨论插图 D：观察记录插图）

实验是基于计划的基础之上利用适当的工具、仪器作用于实验对象，并获得数据或现象，对猜测进行验证的过程。在这个阶段的活动中，学生通过各种器官协调亲身体验科学探究活动获取知识，并能有效地培养学生的动手动脑能力，因此为探究活动的核心阶段。（下转第17版）               （上接第16版）而此过程常列有较为详细的实验方法和步骤，这些文字描述往往篇幅较长，尤其对于较为复杂的实验而言，学生阅读完实验步骤后也许对于整个实验流程并不理解，因此言语呈现形式的实验方法和步骤是有局限的。为了解决此问题，教科书几乎在繁琐的实验步骤旁配有插图，或仅有插图省去文字，直观性强，生动形象，又可以分解在实验中连续的过程，这样能够使学生一目了然。如五年级上册第三单元“地球表面及其变化”，在第三至第七小节中重点探究外力作用引起的地表变化，包括风化作用、侵蚀和沉积作用，每一小节都配有实验，这些实验以文字描述的表达形式过于复杂和繁琐，如第五小节“雨如何影响土地”活动的实验步骤（图4，A）等，因此教师应该结合书本的插图，引导学生结合插图的信息和文字的描述，自主获取和理解实验的步骤，增强学生的自主学习能力。又如六年级下册第二单元“物质的变化”第七小节“控制铁生锈的速度”，需要学生通过探究活动研究影响铁生锈的因素，教科书编排了四幅不同处理的铁钉插图（图4，B、C），让学生直观地看到实验的关键性步骤及重点。至此教科书插图虽然无法动态地呈现实验步骤的全部流程，但是其能够展现步骤与方法中最为关键的环节，让学生据此进行实验并进行迁移，培养学生的科学思维。

图4 探究雨如何影响土地、研究影响铁生锈因素

（A：探究雨如何影响土地活动插图 B、C：研究影响铁生锈因素活动插图）

开展小制作活动的意义和作用，不仅在于制作的实际成果，还在于使儿童及早接触实际生活，参与社会实践，扩大科学视野，培养探索精神和创造能力。因此，教科书编排了许多小制作的活动让学生发展动手动脑能力，并以插图的形式展现制作流程。如，五年级上册第四单元“运动和力”中的“设计制作小赛车”，教科书不仅利用流程图的形式呈现设计的一般程序（图5），还加入一些制作过程的插图，让学生一目了然。

图5设计制作小赛车

四、运用插图处理信息，得出结论

实验的目的是为了阐明科学现象，因此具备科学客观的性质。在探究活动中需要培养学生收据实验的数据及实验现象来陈述证据和结果的能力，据此教科书设计了多种不同图标数据的插图，以此渗透科学的客观性的特质。

（一）观察记录表

由于低年级学生以观察学习为主，因此，此类图表更多地分布于三年级教科书中。如插图（图6，A）所示类型，教师可引导学生根据自己对植物的观察结果进行记录和绘制，培养学生更深入、仔细以及运用多种器官进行观察。在这种插图中，教科书常在后面加入韦恩图（图6，B），学生在教师的指导下对所观察的不同植物的特征进行整合和分类，利于学生逐步发现科学规律。对于生命科学领域的科学教学而言，许多知识涉及到植物、动物或微生物，因此需要学生进行种植植物或饲养小动物，观察就成为一项长期的工作。如三年级下册第一单元“植物”中的第三课“种植我们的植物”，在本课中学生需要自行种植一棵植物并做观察记录。在此之前学生虽然也有过持续性观察的经验，但是仅仅停留在较为简单的层面。教师先抛出问题：如果种植一棵植物，应该记录哪些观察结果呢？多数学生会回答出颜色、高度等维度，此时教师可以利用插图（图6，C）上的观察维度如记录根的长度、叶子的形状和数量等激发学生想出更多的观察角度，由此通过即时观察和持续性观察所记录的结果能帮助学生挖掘科学规律。

图6 观察植物

（A：观察狗尾草记录插图 B：大树、小草韦恩图 C：凤仙花的生长变化记录表）

（二）数据记录表

科学实验由于实验操作者、实验器材、环境等客观因素可能会造成一定的误差，因此实验中常利用多次测量的方法避免偶然性，从而减少误差。教师在探究性实验教学中，也应该利用插图中的信息向传递重复性实验的重要性。如，五年级上册第四单元“运动和力”第二小节围绕橡皮筋缠绕的圈数与小车行驶距离关系展开了探究活动，在活动过程中需要学生对小车运动距离进行统计，教科书的数据记录表的设计均要求学生每次实验重复三次并计算平均值。教师在教授此部分内容的时可结合插图（图7，A）可以先抛出问题：为什么需要测量三次？激发学生的思辨，有学生根据教科书插图的提示回答出需要求平均值，此时学生对于平均值的必要性并不十分理解。此时教师可以保留悬念，并指导学生开展探究活动，实验结束后再次提问学生：是否每次测量的次数都一样？学生纷纷表示不是，此时学生开始意识到“平均值”的意义。借此教师对重复性实验的必要性进行解释，同时引导学生对数据进行分析和处理如将多次重复测量的数据求平均值，并对照不同变量的结果，从而从数据中掌握橡皮筋缠绕的圈数与小车行驶距离关系。

（三）柱状图

在小学科学教学中不仅需要让学生掌握科学知识，同时还应该让学生认识科学探究的方法以及探究数据处理的策略，经历数据处理的過程，树立客观性的科学探究意识。据此，教科书结合小学阶段数学的教学编排，从四年级开始加入柱状图等的数据统计图。如，四年级上册第一单元“天气”第一、二小姐均有测量气温并记录的活动，在教科书中并没有仅仅提供一个数据记录表，而是采用了柱状图（图7，B）的数据处理形式，教师在教学中通过让学生自主测量不同时间的气温，处理测量数据并进行图标绘制，借此引导学生研究柱状图的气温，比较不同时段的气温变化及其变化趋势。在五年级时教师可根据学生的认知程度进行其他数据统计图的迁移教学，如折线图等，使学生了解多种数据统计图，培养学生能根据不同情况下采用不同的数据统计方法的能力。

图7 橡皮筋缠绕圈数与小车运动距离关系、

一个月的“日期-气温”柱状图

（A：橡皮筋缠绕圈数与小车运动距离关系记录表

B：一个月的“日期-气温”柱状图）

五、结语

美国学者迈耶认为在文本中加入插图可以帮助学生更好地理解科学原理，同时能够帮助学生进行自主学习。对于科学教学而言，教师在教学过程中有效运用教科书中的图片和示意图能够丰富课堂的教学形式，并且促进学生对科学知识的掌握。因此，教师应仔细挖掘教科书所提供的信息，充分利用教科书之一重要的教学资源，并灵活运用到一线教学中。

参考文献：

[1]迈耶.多媒体学习[M].商务印书馆，2006：100.

[2]唐翔.中小学教科书插图研究综述[J].教学与管理，2010（34）：70-72.

[3]郁波.科学（三年级上下册、四年级上下册、五年级上下册、六年级上下册）[M].教育科学出版社，2002.