建构可视化科学课堂

沈丹

在教学科学这门学科时，让学生有效掌握相关概念和知识是我们的教学工作正常开展的前提和基础。针对这个问题，教育家张俊提出了两种做法：第一种是直接进行概念教学，但是众所周知，小学生的思维水平受到认知能力的限制，所以这种方法的教学效果并不明显;第二种方式是让学生在自己认知能力的基础上去认识相关概念。

一、问题来源：一个难以建构的科学概念

一天，一位科学老师执教公开课《地球的形状》，教学中有一环节是根据资料，认识古人对地球形状的探索过程，其中一个是亚里士多德对地球形状的推测，以下是教学片段。

亚里士多德：根据月相的变化，推断地球的形状。

师：（操作电脑，显示图片）你看到了什么？

学生1：我看到了各种不同形状的月亮。

学生2：这是一张月相图片。

师：这是一个月中月相的变化。古希腊学者亚里士多德根据月食的景象分析认为，月球被地影遮住部分的边缘是圆弧形的，所以地球是球体或近似球体。

小结：这也是古代人根据生活经验进行的有根据的猜想。

现阶段，对学生核心素养的培养，主要表现在通过系统化和科学化的教育教学方法，使学生具备能够适应终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。基于这个前提，老师开展的小学科学教学活动更多应当是倾向于培养和发展学生的综合素质和能力，而不能够只是片面地追求教学效益。

二、问题调查：探视科学概念教学存在问题

经过一段时间的调查研究，我发现在现阶段小学科学学科的概念教学中主要存在以下三个问题。

（一）以传统教学为主，机械记忆

有些老师是为了“教学”而“教学”，在教学中对于一些抽象的概念性问题大多采取比较传统的教学方法，强调对概念的机械记忆。但是这种教学效果并不理想，长此以往，学生对于相关学科的学习兴趣也会大大减退，是一种得不偿失的做法。

例如，水的表面张力的概念，老师试图通过一些实验让学生认识水的表面张力，有硬币滴水，让回形针“漂”在水面上，观察水黾在水面上行走的图片，等等。学生体验了，也看到了，但是什么是水的表面张力？或许还是没有概念。再如，昼夜交替、四季的成因，宇宙这些抽象概念的教学，老师更多的还是采用传统的知识讲授方式，学生机械记忆居多。

（二）追求深層次的原理分析

老师为了让学生深入理解相关概念，会讲解一些基于概念原理的更深层次的知识，但是这种方法的效果往往也不太理想。因为小学生的知识水平和认知水平都处于较低的层次，很难将这种深层次的原理理解透彻。

就比如我们对于“地球围绕太阳转”这个问题的教学，老师其实完全没有必要讲解万有引力公式等;在《遗传和变异》一课的教学中，也没有必要去计算遗传概率问题。这些都是超出学生认识水平的内容。

（三）无视细节，概念建构不完善

科学课的一般思路是提出问题—做出假设—实验验证—得出结论。老师往往都是严格按照这一思路让学生进行探究的。但问题是，课堂时间有限，学生能力不足，如果某一环节时间过长，为了完成教学任务，其他环节就会被忽视。而根据实验现象或实验数据分析结论一块往往是最容易被老师“扔”掉的，但这一忽视却恰恰会让学生的概念建构不完善，甚至是错误。

针对上述问题，本文结合自身教育教学经验，在下文中详细阐述如何借助科学建模来建构可视化的科学课堂进而进行高效的科学教学。

三、问题解决：建构可视化科学课堂

（一）解读——知识可视化

知识可视化，即利用一些表征手段将知识表现出来，其外在表现形式能让人的感官直接接受，促进知识的建构。而知识可视化的教学方法则是利用工具或方法，改进教学过程，让抽象的概念变得更具体，让隐藏的概念变得更明显，让知识更容易与学前认知相联系，达到最优的教学效果。

（二）措施——化无形为有形

主题探究，加强概念建模。在引导学生进行科学建模的过程中，老师可以通过引导学生进行主题探究这个活动，来加强对学生概念建模能力的培养。在这个过程中，学生可能会遇到各种困难和障碍，但老师应当引导学生通过高效的思维交流活动有效解决这些迷思和冲突，进而在此基础上提出自己的想法，全面提升自身的自主创新能力，促进个性鲜明发展。

1.基于迷思，确定方向

以苏教版五年级下册第一单元“神奇的机械”中的第三课《斜坡的启示》的教学为例。对于这一部分的内容，我没有按照常规方式进行讲解，而是采取了主题探究的形式。在探究之前，学生普遍有几点疑难问题：斜坡的陡峭程度和拉力的大小有什么关系？不同材料的同样角度的斜坡所需的拉力是否相同？

2.基于冲突，合作交流

在进行主题探究的过程中，很多时候学生在实验的过程中会产生各种各样的误差和冲突等。针对这个问题，一种非常有效的处理方式便是，让学生通过合作探究的方式来解决这些冲突和问题，使学生的合作探究意识在这个过程中不断得到加强，并使其思维水平得到更好的培养和锻炼。

总之，思维建模是一种化抽象为具体、化复杂为简单的实现思维可视化的非常有效的方法。这种教学方式完全符合现阶段小学生的思维认知特点，使其能够在科学的建模环节中解决在学习过程中遇到的概念迷思，进而建立更加优化的知识网络结构，为之后高年级更深层次的学习奠定基础。