小学科学“人体板块”认知盲点的突破策略

【摘 要】学生在学习小学科学“人体板块”时，容易出现推理与实证不清晰、结构与功能不匹配、局部与整体不协同等认知盲点，影响其构建正确的概念体系。本研究尝试优化模拟实验，以区分“人体板块”的推理与实证;嵌入拟真App，匹配“人体板块”的结构与功能;绘制注释图示，疏通“人体板块”的局部与整体，帮助学生突破认知盲点，构建思维模型，发展抽象能力。

【关键词】小学科学 人体板块 认知盲点

小学科学课程包含物质科学、生命科学、地球与宇宙、技术与工程四大领域，“人体板块”是生命科学领域的重要组成部分，该板块重点研究人体器官的结构和功能，多途径探索人体奥秘，帮助学生形成健康生活的意识，养成良好的生活习惯。在教学中我们发现学生构建“人体板块”的概念体系时存在以下认知盲点。

推理与实证不清晰。人体器官属于“暗箱”组织，其内部结构大多无法直接进行观察，需要进行模拟实验并辅之推论，但学生却容易混淆推理和实证之间的关系。由于缺乏逻辑依据，难以构建系统的概念体系，造成错误认知。

结构与功能不匹配。人体结构决定其功能，功能需求又影响人体的结构变化，两者密不可分，共同构成生物之“美”、人体之“美”。学生对人体结构与功能之间的关联缺乏整体认知，不能有效地将二者进行合理匹配，难以建立器官结构与功能的关联性，对人体器官神奇而精妙的生理体系理解不深。

局部与整体不协同。人体组织结构复杂，器官之间联系紧密，各器官需要互相配合、互相协同，共同完成复杂的任务。学生容易将注意力聚焦在某个器官上，不能以整体视角探索各个器官之间的联系，导致难以理解人体组织局部与整体之间的关系。

针对以上盲点，本研究从求真、求美、求顺三个角度入手，以2017年教科版教材为例，探索“人体板块”的具体教学策略。

一、求真：优化模拟实验，区分推理与实证

由于人体的“暗箱”结构，学生无法直接对器官内部进行观察，采用模拟实验是必然选择。如教科版教材用塑料袋来模拟胃，探究胃的蠕动对食物消化的影响。学生对人体器官的认知处于朦胧状态，有所了解却理解不深。课堂上的探索活动更多是在教师的带领下进行，糊里糊涂实验，按部就班操作，真正的逻辑思考和概念建构却不到位。学生对于为什么要进行模拟实验、模拟实验模拟什么、怎样去推进模拟实验等问题缺乏清晰认识。

1. 结构验证，功能式实物模拟

实物观察是“人体板块”教学的常用方法，如通过镜子观察自己的牙齿和舌头，摸一摸，感知呼吸时胸腔的变化。人体“暗箱”中的器官很难直接观察，教师可以用功能性相似的其他实物替代。在进行四年级上册“食物在身体里的旅行”教学时，教师将动物胃（猪胃的切片）提供给学生，让学生解剖观察动物器官，通过视觉、触觉、嗅觉等感官系统，了解胃的结构和功能。学生发现胃富有弹性且柔韧性很强，胃壁多层交错且表面覆盖黏膜，这些体验只有通过实物观察才能得到。学生感知胃的弹性后，容易理解饥饿和吃饱状态下胃体积的变化;感知胃的黏膜后，可以分析胃酸在食物消化中的作用，体会胃蠕动的形式和胃蠕动时产生的挤压力。在这个过程中，学生对于胃的结构和功能，以及食物在胃里发生的变化有了立体认知。学生通过研究动物的消化器官，深度建构动物消化器官的认知模型，采用结构验证的方式，最终正确建立人体器官的认知模型。实物模拟旨在通过直接观察了解器官的构造和形态，帮助学生理解什么是推理、什么是事实。基于实證的推理，更能说明问题，学生也更容易接受。

2. 模型验证，仿生式物品模拟

模型是小学科学辅助教学的重要工具。在口腔的立体模型中，学生可以清楚看到各类牙齿的形状及位置排列，清楚口腔内部器官的构造。通过观察食物在口腔里的变化，进而推测口腔中各个器官的功能。除静态模型外，仿生式模型在教学中也经常被用到。如在进行四年级上册“食物在身体里的旅行”教学时，教师挤压塑料袋来模拟胃的蠕动，研究胃如何将食物转变为容易消化的食糜;将一粒大米从细吸管中挤压前进，来模拟食物在小肠中的运动。在进行五年级上册“心脏和血液”教学中，教师通过挤压心脏模拟器将水流从塑料管中挤出，来模拟心脏对血液的推动作用。塑料袋和吸管等物品与人体器官差异很大，需要帮助学生厘清两者之间的关系，构建正确的认知模型。模型验证是思维迁移和投射，学生在对人体器官有所了解的基础上，通过模拟实验进行深度加工，以获得整体认知。在这个过程中，学生对真实事物（原型）进行抽象，提炼出核心要素，组建与真实事物（原型）高度相似的认知系统。

3. 情境验证，沉浸式系统模拟

情境验证旨在采用沉浸式表演，将人体各个器官以游戏的方式进行模拟。对于小学生而言，情境表演比其他模拟形式更受欢迎。沉浸式表演看似游戏，其内在是学生认知的呈现，也是学生科学概念体系的自我检验，有助于学生厘清推理和实证。表演道具表示器官造型，队列站位代表器官位置，人员移动模拟器官运作。在沉浸式表演中，学生通过对比整合实证与推论，形成整体认知。在进行四年级上册“食物在口腔里的变化”教学时，教师通过沉浸式表演让学生感受食物在口腔里的变化。每个学生都有任务，“牙齿”们有序排列，“舌头”负责将“食物”送到口腔的各个部位，最后完成在口腔中的初步“消化”。在进行四年级上册“食物在身体里的旅行”教学时，学生模拟“大肠”粗而短，“小肠”细而长，进而理解大肠的主要功能是吸收水分、储存食物残渣，而小肠的主要功能是吸收营养。通过模拟表演将结构相似、功能相近的器官进行对比，学生对口腔中各个器官的结构和功能有了更深的认知[1]。

二、求美：嵌入拟真App，匹配结构与功能

人体之美在其结构和功能的互相匹配上表现得淋漓尽致，小学生却难以理解人体结构的巧妙精致与器官之间的协同配合。教师尝试将拟真App与课堂教学手段有机结合，突破结构与功能相匹配的认知难点，帮助学生构建准确的“人体板块”概念体系。拟真App是指借助现代教育技术对人体器官进行模拟的应用软件，它将人体器官以可视化的形式呈现出来，通过动画交互式展示人体结构。

1. 强化因果，追求互动性

可视化和形象化是App的最大优势。它在课堂中将不可见的人体“暗箱”以动画方式进行呈现，将抽象的科学概念以具象的方式进行表达。拟真App具有互动性，可以研究不同状况下人体器官的不同表现，将静态的模拟实验向动态转变。在进行四年级上册“食物在身体里的旅行教学时，模拟实验用塑料管来模拟小肠，学生对于为什么塑料管可以模拟小肠却不甚理解，小肠的蠕动是绒毛缓慢推动，与用手挤压塑料管有所不同。拟真App在模拟实验的基础上，帮助学生“真实观察”到小肠内部的状况，了解小肠蠕动的特点以及小肠绒毛的运动方式。当“食物”经过小肠时，小肠绒毛缓慢推进“食物”向前蠕动，肠壁吸收“食物”中的营养成分，并输送到全身各处。在App的支持下，学生容易理解“吸管中的米粒运动”模拟实验的真实用意。拟真App在直观展示器官构造的基础上，强化器官的结构、功能之间的因果关系，帮助学生理解模拟实验展开的内在缘由，使得学生体验更有指向性，提升了探究效率。

2. 聚焦细节，追求精确度

拟真App依托现代教育技术，将原本细微的变化，通过放大处理，让学生观察得更为清晰到位。App对人体器官细节的放大，有助于学生理解器官的功能，感受人体的奥秘，弥补了常规模型难以呈现人体细节的缺憾。如在进行四年级上册“食物在身体里的旅行”教学时，教师利用塑料袋来模拟胃，用手揉捏袋子来模拟胃的蠕动。对于容易碾碎的食物，揉捏袋子的模拟效果比较明显，但那些韧性强的肉类，很难通过揉捏进行“消化”。胃极具弹性，其体积能扩大十多倍，胃内部有腐蚀性很强的胃酸，胃的多层结构以及胃黏膜等对食物的消化起到关键作用，模拟实验却很难体现。利用拟真App将各种“食物”点击放入胃中，感受胃对不同食物的反应情况，利用交互功能，感知胃的体积在饥饿、吃饱、吃撑等状态下的变化，直观感受胃部各个细节。在此基础上，学生更容易理解为什么需要细嚼慢咽，为什么一日三餐要定时定量，不宜暴饮暴食。

3. 整体推进，追求协同性

人体器官之间的合作与协同，是认知器官结构与功能的重点，也是学生系统化构建“人体板块”概念体系的难点。人体的消化系统、血液循环系统、呼吸系统和运动系统，彼此互相独立，却有着密切的联系。而“人体板块”的教学往往围绕单个系统展开，各类模拟实验也是对人体系统的局部模拟。以消化系统为例，用硬纸板和毛巾模拟牙齿和舌头、塑料袋模拟胃、塑料管模拟小肠，都是对人体器官的局部模拟，而系统之间的分工与合作很难展现。拟真App强化食物在身体内的“旅行”，“食物”从口腔开始，经历食道、胃、小肠、大肠等消化器官，最终把残渣排出体外，完成食物消化与吸收的全过程。而“营养”却通过血液输送到人体各个部分，与氧气一起支撑着人体各器官的运作。学生感受营养“旅行”的过程，进一步明确消化系统、血液循环系统、呼吸系统和运动系统之间的分工与合作，形成“人体板块”的整体性认知。

三、求顺：绘制注释图示，疏通局部与整体

人体组织由复杂的八大系统组成，每個系统内部还有更小的系统，所有的系统都有局部与整体的关系。理解局部与整体，有助于学生真正内化科学概念，构建思维模型，形成系统认知。以图文结合的方式将思维模型绘制出来，在图上进行注释，被称为“注释图示”。“注释图示”既是思维模型在纸上的投射，也是思维模型构建的脚手架。学生在“注释图示”的支持下，可以完成难度较高的挑战，也容易厘清复杂的逻辑关系[2]。

1. 求精确，完善手绘图

手绘图旨在将人体器官以图画的方式绘制出来，并配以说明。手绘既是记录的过程，也是理解和巩固的过程。手绘图需要精准，基于器官造型和比例进行绘制，越接近实际情况，绘制附带的思维效果越好。可以参考静态模型或者文本资料，深度了解人体器官的特点，在绘制过程中完成立体思维模型的构建。在进行四年级上册“呼吸与消化”单元教学时，学生绘制单个器官的难度不大，却对各器官之间的连接容易产生偏差。如胃、小肠等，学生大都能绘制正确，但容易出现胃和肠位置失调、消化道连接不到位等科学性问题。“人体板块”的手绘图，求对不求美，教师需要放慢节奏，组织学生对口腔、食道、胃、小肠和大肠进行逐一梳理，了解各个器官的造型和特点，关注各个器官之间的连接，聚焦器官特征和细节，确保绘制的准确性。

2. 求系统，疏通关系图

借助思维导图等工具绘制逻辑关系图，以呈现系统内各个器官的层级和关系。关系图使用颜色、线条、符号、词汇和图像，遵循基本的规则，向外发散开来，呈树状、网状或放射状。“人体板块”由更小的思维模型或一个个概念点组成，将整个体系分解成各个模块，并用线条进行连接，配上文字说明连接的缘由。根据激活扩散理论，概念点之间的联系越多，互相之间激活的可能性越大，提取的速度和准确性也越高[3]。将复杂的关系用清晰的绘图进行表达，梳理相关概念之间的连接点，为后续整体建构“人体板块”的认知模型打基础。在进行“呼吸与消化”单元教学时，先绘制单一系统中的局部模型，如血液循环系统包括血管和心脏，血管可分为动脉、静脉和毛细血管。牙齿有门齿、臼齿和犬齿三种，不同类型的牙齿自身的功能也不同。从牙齿到口腔，口腔里除了牙齿还有舌头和唾液，从口腔再到消化系统的食道、胃、小肠、大肠等。再通过图示将相关概念串联起来，将人体各大系统进行排列，学生通过连接感受人体系统各个层级之间的关系。在逻辑关系图的支持下，学生的思维经历从局部到整体，再由整体到局部的过程，在绘制的过程中深度建构“人体板块”概念体系。

3. 求匹配，强化协同图

相对于单个器官的形状和功能，器官间的关系和协同更需要表达清楚。协同图以简洁的方式，将复杂的原理表达出来，使得表述更符合学生的认知特点。学生容易构建单个器官的认知模型，对于单一系统之间各个器官的结构与功能，有一定的认知基础。但对于不同系统之间的协作，理解起来就非常困难。如呼吸系统获得的氧气交换到肺泡，通过肺泡进入血液，与消化系统获得的营养一起，被血液循环系统输送到全身各处，营养和氧气共同为人体活动提供能量。该过程涉及消化、呼吸、血液循环、运动等多个系统，学生容易混淆，造成认知误差。可尝试通过分步走的方法降低逻辑原理注释的难度，先绘制人体器官，再整理系统模块，最后完成关系协同和功能匹配，以能量作为主线，通过协同图来强化人体器官之间的功能协同。也可以尝试倒推，寻找能量的来源，能量需要氧气和营养，氧气和营养又从哪里来？由浅入深，由简单到复杂，边绘制边强化，梳理“人体板块”的逻辑关系。

学习是一个漫长的过程，“人体板块”概念体系的构建也非一朝一夕就能完成。教师要正视认知盲点，着力突破认知盲点，开展有针对性的教学，让学生有更直观的感悟，给学生展示自我的机会，在思考和讨论中检验思维模型，着力让学生对人体器官的结构和功能有更深层次的认知，同时渗透保护人体器官、养成良好生活习惯的思想。

参考文献

[1] 李婷婷.小学物质科学概念教学中图形表征的运用策略—以教科版《科学》为例[J].教学月刊小学版（综合），2020（10）：33-36.

[2] 柯毅妹.小学数学教学中形象思维向抽象思维的过程性研究[J].考试周刊，2020（11）：75-76.

[3] 舒俊波.小学科学探究“热身活动”的设计与实施[J].中国教师，2021（7）：63-66.

（作者单位：浙江省杭州市竞舟小学）

责任编辑：赵继莹