思维可视化视角下的小学科学教学

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学课程要培养学生的核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践以及责任态度等方面。其中，科学思维更是“核心素养之核心”，应该在教学实践中得到高度重视。然而，分析当前小学科学的课堂教学现状可以发现，科学思维的培养依然困难重重，对于小学阶段的学生而言，他们难以在课堂学习中实现由非本质到本质、由具体到抽象、由相关到因果关联以及由碎片化到结构化的思维发展，这阻碍了其科学思维的发展，也让核心素养无法真正落实于小学科学课堂。在这一背景下，可视化思维的重要性得以凸显。

所谓可视化思维，其实就是运用一系列的技术手段，将思想方法、思想路径等原本不可视的思维清晰、具体地进行呈现，不仅降低了学生的学习难度，还能够让教材上的知识更为鲜活生动，有助于提高学生加工信息的能力。基于思维可视化视角进行小学科学教学设计，有助于学生深刻地理解科学概念、全面掌握科学方法，提高自身的观察能力、分析能力、思考能力以及解决问题等综合能力，让科学核心素养得以切实发展。基于此，本文立足于思维可视化视角，详细论述了其具体的意义价值与实践路径，以期让思维之花在小学科学课堂上盛放。

一、思维可视化视角下小学科学课堂的构建价值

（一）提高教学反馈的准确性

在传统的教学活动中，教学反馈与评价往往很难反映学生思维发展的真实成果，容易导致教师对学生认知状况的把握不准确，从而致使后续教学设计无法达到理想的效果。思维看不见也摸不着，因此很难进行评价与判断，而思维可视化则能够将学生的思维过程直观地进行呈现，教师可以通过挖掘学生的隐性思维、分析学生的思维痕迹来判断学生的思维发展状况以及是否正确，从而提高教学反馈的准确性，以便更有针对性地开展后续的教学活动。以苏教版小学科学三年级上册第18课《食物的旅行》为例，完成教学活动后，教师可以引导学生将食物消化的过程、路径及需要经过的消化器官用绘图的方式呈现，这有助于教师直接、精准地把握学生的学习情况，做好课后反馈，调整后续的教学安排，真正做到以学定教。

（二）帮助学生构建思维体系

通过对当前教学经验的总结与整理可以发现，小学阶段的学生难以构建起结构化的科学思维体系，也难以将所学知识组成思维网络，导致知识内化与应用效果不佳。而基于思维可视化构建小学课堂则能够在很大程度上解决这一问题，不断完善学生的观点，引发学生对知识之间联系性与结构性的强化感受，促进学生从全面、多元的角度构建知识体系，感受科学现象。以苏教版小学科学二年级下册第1课《认识常见材料》的教学为例，教师可以让学生调动多重感官，感受不同材料的具体特点，加深对不同材料的感受。在此基础上，教师可以让学生采用思维导图的方式，将观察、触摸、嗅闻、聆听到的感受记录下来，使其对不同材料的感受从无序化、模糊化走向清晰化与可视化，从而进一步提高学生的科学素养，让学生从全方位、多角度认识所学的常见材料，同时进一步强化学生对不同材料的对比以及对不同材料用途的思考与探究。

（三）引发学生思维深化发展

基于思维可视化构建小学科学课堂，有助于学生的思维由浅层走向深层，学生的理解由具象走向抽象，最大限度地促进学生的思维纵深发展，为后续学生的学习活动奠定思维基础。以苏教版小学科学四年级上册第四单元《简单电路》中“点亮小灯泡”的教学为例，教师可以让学生通过可视化操作，在动手实践的过程中形成深刻感受。同时，为了让学生从动作思维走向抽象思维，教师可以提出核心问题：“为什么用灯泡的两个触点与正负极相联系，灯泡就能发亮？”引发学生的深入思考，让学生边操作边分析，实现思维的可视化发展。在这样的课堂教学中，学生并非机械地吸收、模仿与重复，而是能够自主思考、探索与尝试，从而实现思维品质的飞跃。

（四）符合学生的学习特点

小学阶段的学生具有强烈的好奇心与求知欲，但是教材枯燥的知识难以引发他们的学习兴趣。同时，科学是一门具有实践性特征的学科，因此科学教学不能一味地“纸上谈兵”。基于思维可视化的科学课堂构建既符合小学阶段学生的学习特点，又能够在一定程度上充分发挥学科特点，在教学中尊重学生的个性理解，注重对学生动手能力与思维能力的培养，以此来提高教学效率与成果。以苏教版小学科学六年级下册第3课《能量的转换》教学为例，教师可以用信息化手段，将微观世界直观地呈现在学生面前，并及时分析学生的学习感受，调整教学方案，构建高效课堂。

二、思维可视化视角下小学科学课堂的构建路径

（一）基于原有认知，找准教学起点，实现前概念可视化

在小学科学教学中，要想优化学生的科学思维，发展其核心素养，教师就要充分体现“以生为本”的教学理念。科学与生活联系密切，科学知识来源于生活，又应用于生活，可以说在进行系统化的科学学习前，学生的脑海里已然具备了前概念，而教师所需要做的就是引导学生将前概念充分展示出来，在分辨其是否存在偏差的基础上找准教学起点，让教学设计与学生的认知情况与学习需求相吻合，同时引发学生对科学概念的主动理解。

以苏教版小学科学四年级上册第四单元《简单电路》的教学活动为例，在教学开始前，教师可以让学生画出利用电池与导线将小灯泡点亮的方法，并说一说小灯泡会亮的原因。通过观察学生的作品可以发现，绝大多数学生都采用了“单线连接”的思路，有的学生直接用导线连接电池与灯泡底部，有的学生直接将灯泡底部连接电池的正极，这两种操作共同反映了班级中的绝大多数学生认为“将电池里的电能与灯泡连接在一起，灯泡自然就亮了”，而这也就是学生对这一部分知识的“前概念”，说明学生并不了解灯泡的内部结构。因此，在教学活动中，教师就需要强化学生对灯泡内部结构的认识，直接设问：“灯泡灯丝两端连接的金属架有什么作用？两端延伸到哪里去呢？”直击学生的根源问题，让探究活动更具有针对性与自主性。

再如，在苏教版小学科学三年级下册第4课《植物结果了》教学中，教学开始前，教师可以让学生将自己所知道的果实罗列下来进行讨论，并利用电子表格制作出“讨论结果表”，在班级中进行展示。根据表格上的内容可以发现，对于苹果、黄瓜、鸭梨等，学生都认同其属于果实，而对于萝卜、地瓜等块根、块茎类的，学生则持有不同的意见。这时，通过进一步询问与讨论发现，班级学生对于果实的判断存在两种意见——一部分学生认为能吃的就属于果实，另一部分学生认为有种子的才能称为果实。由此可见，不同的前概念引发了学生的思维冲突，而这更能够激发学生的探究精神，为其后续的学习与探索提供方向。

（二）提炼“大问题”，设计学习单，实现隐性思维可视化

在教学实践中，教师需要通过多种教学方法挖掘学生在学习过程中的隐性思维，实现隐性思维的可视化，以便分析学生的思维痕迹，从学生的思维变化与状态出发，深度把握学生的思维特点，进一步调整教学结构，让学生的科学思维高效、积极地发展。而要想实现这一目标，教师就需要在教学实践中提炼出具有挑战性的“大问题”，并设计出具有思维含量的学习单。

首先，从提炼具有挑战性的“大问题”角度出发进行探讨。在提炼“大问题”的过程中，教师需要结合新课程标准的具体要求，深度把握教材中的核心知识点与关键问题，还需要从学生的具体学习情况出发，确保大问题与班级整体的“最近发展区”相匹配，这样既具有一定的难度与挑战性，又有助于学生不断地探究，调动学生的学习积极性，让科学思维真正发生，也让核心素养切实落地。以苏教版小学科学三年级下册第9课《声音的产生》的教学为例，通过分析，本课具有挑战性的大问题为：“你认为声音是怎样产生的？”

其次，从设计具有思维含量学习单的角度出发进行探讨。科学思维可视化的学习单，其设计不仅要促进学生个人思考，还要有助于引发小组交流与班级汇报。以《声音的产生》一课教学为例，教师需要为学生个人与学习小组分别准备不同的学习单，其中，个人学习单强调学生对钢尺、橡皮筋发生现象的观察，要求学生将所观察的现象用图文的方式呈现出来，而小组学习单则需要能够引发小组讨论，并在讨论过程中实现学习小组科学思维的可视化。

（三）利用视觉元素，弱化抽象难度，开展可视化教学

小学阶段，学生以直观形象思维为主，正因如此，科学概念的抽象性让他们在学习活动中步履维艰。为了解决这一问题，教师可以充分利用图像、图表、模型等视觉元素开展视觉化教学，从而弱化抽象知识的难度，辅助学生更好地理解科学知识，实现思维的可视化发展。

首先，从图像这一视觉元素应用的角度出发。教师在讲解科学概念时，可以用图像进行辅助，让学生形成直观感受，在仔细观察与聆听的过程中，将抽象的概念转变成为具体的形象，以此来提高学生的学习效率。以苏教版小学科学五年级下册第三单元《地球的运动》为例，教师就可以引入地球图片、地球仪等工具，让学生从原理出发，更好地理解地球自转；在苏教版小学科学三年级下册第5课《不同环境里的植物》教学中，教师可以引入高山、沙漠、热带草原、热带沿海等地区的图像以及该地区生长的植物图片，让学生通过对比观察引发思考，获得直观的印象与感受。

其次，从图表这一视觉元素应用的角度出发。对于小学科学的实验探究活动，图表的设计与应用在促进思维可视化发展的过程中发挥着重要作用，能够清晰地展示数据，反应变化趋势，帮助学生更好地探究规律、进行数据分析与判断。以苏教版小学科学二年级下册第7课《栽小葱》的教学为例，教师就可以引导学生记录小葱生长过程中不同时间的高度、每天“喝水”的数量等，并将数据制作成折线统计图，直观地看到小葱的成长规律，实现思维的可视化，提高核心素养。再如，在苏教版小学科学一年级下册第二单元《水》与第三单元《空气》的教学活动中，为了引导学生初步构建起液态、气态的概念，教师可以引导学生利用韦恩图归纳并比较水与空气的特征。在比较水与空气的特征时，学生先想到的是“水可以喝，空气不可以”，但是随着教师的引导，学生能够结合《盐和糖哪儿去了》的学习，分析出“水里放糖或者盐会改变味道，但是空气不会，不过空气里也会夹杂别的味道”，并由此抽象出本质特征：空气与水都没有味道与气味，但都会占据空间；空气与水都有流动性，但是空气很轻。学生在分析讨论的过程中，能够通过从相同点中找不同点、于不同点中挖掘相同点的思维完成韦恩图，进一步促进了科学高阶思维的发展与优化。

再次，从模型构建这一视觉化教学方法的设计角度出发。模型构建有助于学生将理论知识转化为实验操作，让学生经历一个完整的学习过程，优化学生的个性体验。以苏教版小学科学五年级上册第四单元《水在自然界的循环》教学为例，教师就可以在完成教学活动后，让学生以小组为单位制作水循环模型，直接观察水流动和蒸发的过程，深入了解水循环的具体原理，发展可视化思维。再如，在苏教版小学科学六年级下册第7课《做个生态瓶》的教学中，教师可以让学生在完成作品后用模型进行讨论，感受生物生存环境的特点，认识到生物与非生物之间相互依存、密不可分的联系。

最后，在视觉化教学中，信息技术发挥着不可忽视的作用，有助于丰富教学资源，调动学生的多重感官，帮助学生更清晰、准确地掌握所学知识，提高学生的学习兴趣，优化学生的学习成果。以苏教版小学科学五年级上册第10课《火山和地震》的教学为例，在这一课中，学生学习了火山喷发的成因与作用，教师就可以利用多媒体技术制作相关课件，从听觉和视觉角度带给学生直观感受，让学生感受到火山喷发给地表带来的影响及其外部表现，为后续深入地参与教学活动奠定基础。

三、结语

总而言之，在新课程改革的背景下，基于思维可视化构建小学科学课堂已然成为优化教学成果的重要路径。作为小学科学教师，要充分认识到这一教学模式的重要性，在教学实践中树立创新意识、运用科学手段，丰富思维可视化教学在科学课堂中的应用前景，让小学科学教学迎来新的发展机遇。

（宋行军）