思维可视化教学帮助学生理解和掌握所学知识

钱成文 陈容斌

〔摘    要〕  随着新课改的实施，思维可视化教学策略已经成为许多教育工作者和研究者关注的热点问题。思维可视化，是指利用图像、图表、模型等视觉形式，将抽象的概念、符号和数据转化为具体的形象，帮助学生理解和掌握所学知识。小学作为学生认知发展的关键时期，如何将思维可视化教学策略融入小学科学教学，成为许多教育工作者关注的焦点。本文从理论和实践两个方面，探讨思维可视化视角下的小学科学教学策略。

〔关键词〕  小学科学：思维可视化：策略

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  16    016-018

可视化思维，是指运用一系列图示技术，把本来不可视的思维（思考方法和思考路径）呈现出来使其清晰可见的过程。这种可视化思维，更有利于大脑理解和记忆，因此可以有效提高信息加工及信息传递的效能，使课本上的知识“活”起来。对于学生而言，掌握可视化思维能力，不仅可以提高学习效果，还能为将来的职业生涯奠定基础。因此，思维可视化视角下小学科学教学策略的研究具有重要的现实意义。

实施思维可视化视角下的教学策略可以实现科学思维可视化，不仅可以帮助学生更好地理解科学思维的基本概念和方法，使学生对科学产生浓厚的兴趣，还能锻炼其观察、思考和解决问题的能力，从而提高他们的科学素养。将思维可视化教学策略运用于小学科学教学中，成为不少教育工作者关注的焦点。

一、思维可视化教学策略的理论依据

认知心理学：认知心理学是研究人类思维、知觉、记忆、语言和问题解决等心理过程的学科，有助于理解思维可视化的基本原理。在小学科学课堂教学中，教师可以運用认知心理学的知识，帮助学生建立思维可视化的概念，指导学生运用可视化方法进行学习。教育学：教育学关于教学过程和学习方法的研究成果为思维可视化提供了理论依据。教师可以根据学生的年龄特点、认知水平和学科特点，选择适当的教学方法和策略，以实现思维可视化。学习理论：学习理论认为，学习过程是一个复杂的心理过程，包括信息加工、存储、提取和应用等环节。思维可视化作为一种学习策略，可以帮助学生对信息进行加工、组织和存储，从而提高学习效果。

小学生思维发展的基本特点是以具体形象思维为主要形式逐步过渡到以抽象逻辑思维为主要形式，但是这种抽象逻辑思维在很大程度上仍然是直接与感性经验相联系的，仍然具有很大成分的具体形象性。小学生的心智水平也决定了他们理解抽象的科学概念或知识点必然需要形象化的物质媒介作为依托。

二、研究思维可视化教学策略的重要性

传统科学课堂模式注重的是知识的传授，而不是学生的思维可视化。在传统科学课堂上，教师通常会使用一些枯燥乏味的讲解方式。此外，传统的科学课堂模式会导致一些问题，比如学生的思维容易跑偏，或者无法理解和消化所学的知识。2022年版的科学课程标准指出，思维是科学学科核心素养的核心，所以在科学课堂上实现思维可视化是非常必要的。思维可视化可以帮助学生更好地理解和消化知识，并激发学生的学习兴趣。进行思维可视化视角下的小学科学教学策略研究，可以促进学生以下几个方面的发展。第一，提高学生的理解能力。通过视觉化的展示，学生更容易理解和掌握知识。第二，培养学生的创新能力。思维可视化可以帮助学生从不同的角度审视知识，激发学生的创新能力。第三，提高学生的记忆效果。通过视觉化的展示，可以增强学生对知识点的记忆效果。

三、思维可视化视角下的小学科学教学策略

（一）视觉化教学

视觉化教学可以通过使用图像、图表、模型等视觉元素来帮助学生更好地理解和可视化科学知识，推动学生的思维发展，实现思维可视化。例如，在小学科学教学中，讲解科学概念知识时，通过使用图表、图片等形式，将抽象的概念转化为具体的形象，可以帮助学生更好地理解和记忆。比如，在讲解地球自转时，可以利用地球仪、地球图片等工具，让学生直观地了解地球自转的原理；在讲解植物生长时，可以使用植物生长图等，让学生了解植物的生长过程。

统计图表可以清晰地展示数据和统计信息，制作统计图表，运用图表分析实验数据，是实验教学非常重要的一个步骤。通过绘制线条、折线等图表，展示数据的变化趋势和规律，有助于学生进行数据分析和决策，实现思维可视化。例如，学习植物生长变化时，教师可以引导学生把在植物生长过程中记录下来的不同时间植物植株的高度，制作成植物高度变化折线统计图，清晰地反映出植株的变化趋势。学生从图表的走势中能够非常直观地看到植物生长变化的情况，通过分析统计图，了解植物高度生长变化的规律，以表格为载体，实现思维可视化，从而培养学生的科学实证意识、质疑精神等，提高科学素养。

模型构建是视觉化教学的一种方法，学生通过构建模型，亲身体验科学学习的整个过程，有助于他们将理论知识转化为实际操作技能。例如，在讲解水循环时，可以让学生参与制作水循环模型，通过观察模型中的水流动、蒸发等过程，让学生了解水循环的原理；在讲解太阳系行星运动时，可以让学生参与制作行星运动模型，通过观察模型的变化，让学生理解行星运动的规律。还可以制作动态模型，通过参与制作动态模型，能更好地理解科学原理。例如，在学习生态系统时，可以让学生制作一个生态系统模型，包括植物、动物和土壤等元素，以帮助学生了解生态系统中物质循环和能量转化。学生利用模型进行讨论，认识到生物的生存需要一定的环境，生物和非生物之间互相作用，互相依存，形成一个密不可分的整体，形成一个生态系统。

利用多媒体展示，丰富学生感官体验。使用多媒体展示，如视频、音频、动画等，将科学知识以生动的画面、声音等形式展示给学生，有助于学生更直观地了解和掌握知识。例如，在讲解火山的成因及作用时，可以利用多媒体展示火山喷发时的情景以及给地表形态带来的影响，帮助学生对火山喷发的外部表现形式有更为深入的了解，同时为后面探究火山喷发的原因奠定认知基础。

视觉化教学可以使科学知识变得更加生动有趣和易于理解，增强学生的感官体验，从而提高学生的学习效率。

（二）问题驱动教学

问题驱动教学法是一种以问题为核心的教学方法，它强调学生通过解决实际问题来获得知识和技能。问题驱动下的思维可视化在小学科学教学中有着广泛的应用，可以帮助学生更好地理解和掌握科学知识。

在学习中，教师通常会根据学生的年龄、年级和学科特点，设计一系列具有挑战性和现实意义的问题。学生在解决问题的过程中，培养了分析、解决问题的能力，从而实现学习目标。问题驱动实现小学科学思维可视化是一种能够激发学生思考和探索的方法，可以帮助学生更好地理解和掌握科学知识。

如何进行问题驱动实现小学科学思维可视化呢？在设计问题时，教师需要考虑学生的年龄、年级和学科特点，确保问题的难度适中，既能引发学生的思考，又能让他们感受到科学知识的实用性。此外，问题应该具有现实意义，让学生看到问题的价值，从而激发他们解决问题的热情，引导学生进行观察和实验。在问题驱动的过程中，观察和实验是非常重要的一环。教师需要引导学生进行观察和实验，让学生亲自动手去寻找问题的答案。在实验过程中，学生需要关注数据的收集和分析，从而提高自己的观察和分析能力。

例如，在学习摩擦力时，教师先提出问题：“摩擦力与我们的生活有哪些联系？”这个问题可以帮助学生从日常生活中发现与摩擦力相关的问题，从而激发他们的问题驱动思维，说出生活中的例子，初步感知摩擦力。教师接着分析问题：“摩擦力产生的条件有哪些？”引导学生在问题情境下，做相关的体验活动，初步探究摩擦力产生的条件。分析问题后，教师进一步引导学生思考：“摩擦力的大小与哪些因素有关？”学生在问题驱动下，研究摩擦力大小与接触面光滑粗糙的关系，研究摩擦力大小与物体重量的关系。接着学生通过设计实验并进行实际操作来解决问题。通过实际操作，学生能够将所学的理论知识应用到实际问题中，从而更好地理解和掌握知识。在教学过程中，教师可以适时总结学生的思维过程，实现思维可视化，帮助学生巩固所学知识。在学习摩擦力后，教师可以组织学生进行小组讨论，让学生分享自己对于摩擦力的理解和思考。这有助于学生巩固摩擦力的概念，并形成问题驱动的思维方式。通过以上例子，我们可以看到，问题驱动下的思维可视化在小学科学教学中具有很好的应用效果。通过提出问题、分析问题、解决问题和总结，逐步使思维可视化，帮助学生更好地理解和掌握科学知识，从而提高他们的学习效果。

（三）思维导图教学

在小学科学教学中，运用思维导图可以有条理地表达信息，帮助学生将复杂的知识可视化，提高他们对科学概念的理解和记忆。准备阶段：在教学开始前，教师可以为使用思维导图做准备。可以先介绍思维导图的基本概念，向学生解释为什么使用思维导图可以帮助他们更好地理解科学知识。同时，教师还可以向学生展示如何使用思维导图，让他们在课堂上更容易理解和运用。在教学过程中，教师可以适时地引入思维导图。例如，在讲解细胞结构时，教师可以引入思维导图，先介绍细胞的组成，然后按照思维导图的结构进行详细讲解。这样，学生可以更容易地理解细胞不同部分之间的关系。练习阶段：在课堂教学结束后，教师可以布置一些与思维导图相关的作业，让学生运用思维导图来巩固课堂所学内容。例如，让学生将细胞结构分解成几个部分，并用思维导图的形式表示出来。这样，学生可以更好地理解并记住细胞结构。检查阶段：在教学结束后，教师可以通过检查学生的作业，了解他们是否掌握了使用思维导图的技巧。同时，教师还可以根据学生的表现，适当地给予指导和帮助。在小学科学教学中运用思维导图可以使知识可视化，帮助学生更好地理解和记住科学知识，提高教学质量。又如，在科学单元复习课中，思维导图可以化繁为简，打破传统复习课中死记硬背的模式，教师可以指导学生利用思维导图对本单元学习内容进行梳理，把零散、復杂的知识结构化，层次分明，大大提高复习的效率。

（四）跨学科融合

教师引导学生将科学知识与其他学科知识联系起来进行跨学科学习，可以培养学生的跨学科合作能力，实现科学思维可视化。通常需要学生进行跨学科的合作，在这个过程中，学生需要融合其他学科，与其他同学合作，共同解决问题。这有助于培养学生的跨学科合作能力，使他们更好地适应未来的社会和职业需求。例如，在学习生态系统时，学生设计并制作生态瓶，模拟相生共存的生态系统，并探究某一因素改变对生态瓶的影响。此项活动融合了数学、技术、艺术、工程学等学科，学生在实践活动中认识到生物与生物之间、生物与非生物之间相互依存、相互作用的关系。把抽象的知识具体化，可视化，形成保护生态的意识，对于提高学生团队合作意识也有很大帮助。

跨学科融合学习的教学策略，将科学知识与其他学科知识联系起来，可以帮助学生更好地理解科学知识，实现思维可视化。

总之，思维可视化的小学科学教学策略可以帮助学生更好地理解和掌握科学知识，提高学生的认知水平。在小学科学教学实践中，教师可以根据不同的知识点和教学内容，灵活选择合适的思维可视化教学策略。通过思维可视化教学策略的实践，我们看到，小学生的学习兴趣和积极性得到了很大提升，有效地提高了学生的核心素养。思维可视化教学策略在小学科学教学中具有广泛的应用前景。

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[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]季荣臻.基于“思维可视化”的小学科学探究教学策略[J].江苏教育研究，2018（2）：47-50.