具象图式：消解儿童科学概念学习中“三化”现象的有效教学工具

陈冲

【摘 要】科学概念是科学学科的基本结构，儿童对科学概念的深层掌握有助于提高他们的科学素养。但是目前儿童科学概念学习中存在浅表化、离散化和抽象化的现象，这与儿童的认知特点存在一定的矛盾，而利用具象图式可以帮助儿童有效地建构科学概念。

【关键词】具象图式 科学概念 “三化”现象

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出：“科学课程设置13个学科核心概念，是所有学生在义务教育阶段应该掌握的科学课程的核心内容。” 科学概念的学习是科学认识活动的基础。我国科学教育的当务之急是不断改善以及加强对小学科学概念的教学工作，这也成为我国当代科学教学改革的发展趋势。科学概念的特征之一是抽象性，皮亚杰指出儿童对外界的认识过程是分阶段的，而小学生对事物的认知处于简单运算阶段，大脑只具有简单的抽象思维。具象图式可以借助各种各样的图表形式把科学概念学习的内缩过程展开，让学生更加直观地对科学概念进行理解和学习。

一、儿童科学概念学习中的“三化”现象

（一）科学概念学习的浅表化

中国工程院院士韦钰认为，科学概念是科学研究的成果之一，由知识性的定义和一般的科学事实组成。在科学课堂上，部分教师和学生认为教材上的黑体字就是本节课的概念知识，忽视了在科学探究的过程中形成的生成性科学概念；还有部分学生认为实验的结论就是科学概念。这说明科学概念的学习囿于形式，也就是科学概念学习呈现浅表化。

（二）科学概念学习的离散化

目前我国小学科学教材的编写都是围绕单元主题设置课程，在相同主题的内容上从低年级到中年级再到高年級不断螺旋上升，但是我们仔细翻阅教材会发现，单元主题之间往往并无明显的关联，这就导致学生科学概念学习的离散化。同时，纵观我国小学科学教学近二十年的教学发展过程，在一定程度上存在过度重视学生亲身经历和活动而忽视概念教学的情况。

（三）科学概念学习的抽象化

通常组织起来构成的以及系统的科学知识称之为科学概念，它来源于全世界的科研学者对世间万物的认识。也就是说科学概念是以成人的视角和社会实践过程归纳、演绎、推理而形成的，但是根据心理学家的研究和教师的教学实践，我们发现，与成年人的认知发展阶段相比，未成年人的认知发展与成年人存在极大差距，这说明科学概念对于学龄期儿童的认知发展阶段而言，存在抽象化现象。

二、具象图式对消解儿童科学概念学习中“三化”现象的价值

具象是用画图的方式来表达认知的过程。欧美的研究学者普遍认为，图式是对知识以及生活常识进行编辑概括以及总结的生命树或者流程图。一些学者表示形成概念的组成部分是随时代的发展更替变化的，这些变化的因素正是图式的基本构造。鉴于以上理论，本文界定具象图式为用图文结合的方式表示认知学习过程的工具，在这个过程中具象图式把抽象的科学概念学习过程直观化，帮助儿童明确科学概念，加快儿童对科学概念的认识和消化。

（一）有效促进儿童科学知识从“课本”走向“生活”

科学教材中的科学概念都是以文字形式呈现出来的，而科学知识是根据生活现象和人们的生活经验归纳总结出来的，具象图式就为文字中蕴含的科学知识原理和真实的生活之间架起联系的桥梁，它借助图文结合的方式把科学知识和生活实际中的事物联系起来，让儿童感受到科学概念源于生活，从而有效促进科学知识从“课本”走向“生活”。

（二）有效达成儿童学习经验从“表面”走向“深刻”

儿童对科学概念的学习有些仅停留在文字层面，不能深刻领会其内涵，具象图式可以整合课堂学习内容、大单元学习内容、不同学科交叉融合内容和不同年级同主题学习内容等，这就使得儿童自我建构的科学概念知识变得条理化以及系统化，儿童科学概念学习的深度也得到升华，有效达成儿童学习经验从“表面”走向“深刻”。

（三）有效顺应儿童科学思维从“抽象”走向“具象”

科学教材中的概念知识是从成人的视角高度概括定义的，具有很强的理论性，其抽象程度远远高于儿童当前的认知水平，而各种鲜艳多彩的图形、形象多变的图表更易于吸引儿童的注意力，更容易帮助儿童呈现他们探究学习的思维过程。借助图文结合的形式，可以使儿童直观地对科学概念进行理解，有效促进儿童科学思维从“抽象”走向“具象”。

三、以具象图式消解儿童科学概念学习中“三化”现象的教学路径

（一）具身实验：让儿童科学概念学习从“表层”走向“内涵”

1.课堂实验，玩中学

在小学科学的教学过程中，教师要引导学生融入科学探究活动中。学生进行科学探究的主要途径之一就是课堂中的科学实验。教师要尽可能地因地制宜，创造条件让学生亲自动手参与科学实验。

以苏教版科学四年级上册“弹力”为例，在玩弹簧、皮筋、海绵等的过程中，教师可以请学生画出物体受力前后及撤去外力后的形态变化，然后再引导学生分析在整个运动过程中物体的哪个部位发生了哪些变化，自己的感受是什么，以及物体为什么会发生这样的变化。在具体体验过程中，通过具象图式的帮助，学生自然而然明确了“弹力”的概念。

2.家庭实验，学中玩

家庭实验是儿童十分喜爱的一项科学活动，尤其是自线上学习出现，家庭实验就成为开展科学教学的主要形式之一。“双减”政策推出后，家庭实验也成为科学作业的一种形式。

在三年级下册“植物的一生”中，家庭实验是让学生寻找一种日常生活中常见的植物种子，播种并记录它的成长变化过程，这是一个长期的家庭观察实验。在父母的帮助下，从挖土到播种、施肥、开花、结果等的过程记录中，学生对植物的六大器官及其作用等科学知识有更直观全面的认识。以六年级上册“自制汽水”实验为例，学生利用家里的柠檬汁和小苏打就可以轻松完成实验，加深了对化学变化现象及概念的认识。

（二）思维导图：让儿童科学概念学习从“散点”走向“结构”

1.创意板书把儿童科学概念建构过程直观化

板书在儿童科学课堂学习中意义重大，很多教师也会把课中的主要科学概念呈现在板书上，因此教师的板书设计对于儿童科学概念知识的建构尤为重要。简笔画和流程图是教师们最喜欢使用的板书方式，利用好这两种简洁有效的板书方式，会使教学效果事半功倍。

以一年级上册中的“认识感官”为例，简笔画可以帮助学生克服识字水平有限的问题，同时能直观地展示课堂科学概念知识。再以六年级上册“蜡烛的变化”为例，在教师的巧妙引导下，学生自主探究，逐渐明确自然界的物质变化有两种不同的方式，同时完成物理变化和化学变化科学概念的建构。板书如图1。

2.气泡图把散点科学概念学习显性化

在平时的课堂中，学生的科学概念知识都是以散点形式存在的，即便是有单元主题概念的学习，但是囿于目前科学教材编写设置的客观原因，学生对科学概念的学习依然分为低、中、高三个阶段，即科学概念学习呈现散点化。具象图式中的一种气泡图就可以帮助中、高年级学生把散点化的科学概念学习系统化和显性化。

以三年级上册“认识空气”为例，在此之前，学生已经有一年级下册“空气”单元学習的基础，教师可以在教学伊始给学生出示气泡图，让他们根据自己对空气的已有认识进行填充，在完成“认识空气”的探究学习后，教师再次让学生根据所学知识完善气泡图，学生科学概念的学习从散点状态被直观、系统地呈现出来（如图2）。

（三）沉浸式学习：让儿童科学概念学习从“抽象”走向“具身”

沉浸式学习，是指使用虚拟现实技术给学生提供一个与现实学习环境高度相似的场景。让儿童科学概念学习从“抽象”走向“具身”，有以下两种沉浸式学习方式：

1.信息技术融合，让科学概念学习形象

现代信息技术能够把各种形式的教学内容共同呈现出来，如图像、动画、音频等，而且能够打破时间、空间和距离的约束。在这个过程中，把抽象的科学知识直观化，学生能够更真切地感知科学探究的过程。同时，提升了学生的科学探究热情。

在四年级上册第四单元“简单电路”的教学中，现代信息技术的应用，可以直观地呈现电流的流动方向，让学生对通路、短路和断路的概念有更具体的认知。以六年级上册第四单元“探索宇宙”为例，教师可以借助现代信息技术模拟展示太阳系大家族的情况，学生直观感受后比直接阅读的印象更深刻。

2.3D体验引入，让科学概念学习深刻

随着科学技术的发展，3D科技馆、3D眼镜和网络3D体验系统的出现，为儿童创设、提供了更加便捷智能的学习环境，更好地激发了儿童对科学学习的兴趣。以虚拟科技馆为例，它是一种全新的使用虚拟现实技术的高科技虚拟科技馆技术，使得开放时间和地理位置都不再是限制，学生在家中就可身临其境地对科技馆进行参观游览。

以五年级上册“地球的表面和内部”为例，沉浸式裸眼3D技术可以帮助学生近距离观看地球的表面，理解地球上五种常见地形的特征。VR安全体验馆可以让学生感受火山和地震灾害发生的原理和后果，感知浩瀚的宇宙和太阳系，探索食物在人体内的旅行，以及探秘地心等。在这些3D技术的辅助下，在趣味体验的过程中，科学概念知识已经潜移默化地深入到学生的认知结构中。

关于有效建构儿童科学概念的学习方式，近些年已经有很多学者进行了多个方面的探索，比如表征与小学科学概念教学的研究，元认知与小学科学概念教学的研究，以及论证与小学科学概念教学的探索研究等，但无论是哪方面的探索研究都无法脱离具象图式，这说明具象图式是一种有效、易操作的形式。针对目前儿童科学概念学习中存在的浅表化、离散化、抽象化的现象，笔者认为可以借助具象图式中的简笔画板书、具身实验、思维导图和现代信息技术等不同的方式来解决。

【参考文献】

[1]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.

[2]汪婷，叶宝生.小学科学概念教学问题与对策——基于科学理论的解释和预测功能[J].教育与教学研究，2016（8）.

[3]唐云波.基于“教·学·评一体化”的小学科学概念教学[M]．广州：广东教育出版社，2018.

[4]康立新.国内图式理论研究综述[J].河南社会科学，2011（4）.