季榮臻

摘要：“思維可視化”是促進兒童思維發(fā)展的有效認知策略。在小學科學探究教學中，教師可以通過學生前概念的可視化，找準科學探究的起點；通過學生思維發(fā)展的可視化，把握科學探究的節(jié)奏；通過學生學習效果的可視化，評測科學探究的效度。這些學與教的思維可視化策略，能夠促進科學探究活動有效開展，培養(yǎng)學生的科學思維能力，進一步提升學生的科學思維品質。

關鍵詞：思維可視化；科學探究；前概念；評測

中圖分類號：G623 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2018） 01B-0047-04

科學探究本質上是用來解決自然領域或科學問題的一種思維方式。在小學科學探究活動中，運用一系列概念調查、課堂觀察、習作圖示和動作表情等分析技術，通過“圖畫”或者“分析表”等形式，把兒童探究過程中的思考方法、思考路徑等顯現出來，使其清晰可見、可感，即將抽象的思維具體化、隱形的思維可視化。教師在掌握學生的思維狀況的前提下，有針對性地設計科學探究活動，組織實施教學，進而促進學生對科學知識、概念、原理的理解更深入、更透徹、更系統(tǒng)，使學生的思維能力得到有效發(fā)展，提升學生的思維品質，完善學生的思維力體系。

“思維可視化”是針對兒童抽象思維發(fā)展的局限性而提出的認知策略，是建立在思維發(fā)展的認知心理學基礎之上的?！八季S可視化”包括“可視思維”和“出聲思維”兩種思維活動：一方面在具體問題或探究環(huán)節(jié)中，將那些抽象的事物通過合理手段變得直觀、形象、具體；另一方面將抽象的、復雜的思維過程通過語言進行解釋，促進學生在理解、表達、推理、概括、抽象、判斷、論證、比較、分析、綜合等方面的思維發(fā)展。

一、找準科學探究的起點：學生前概念可視化

科學探究活動的起點應以學生已有的認知結構為基礎，通過“畫一畫”“想一想”“說一說”等方法能夠把學生的前概念充分地展示出來。特別是當學生用圖示的形式將隱形的思維呈現于記錄紙上時，能幫助教師依照學生的認知需要和特征，有效引導學生的主題探究活動更有針對性，讓學生主動建構對科學概念的理解。

如教學《簡單電路》前，讓學生畫出“用電池、導線點亮小燈泡”的方法，并想一想“為什么這樣做小燈泡會亮”。我們發(fā)現，學生“單線連接”的思路比較普遍，大部分學生把電池和燈泡底部用“導線”連接，又或者不用“導線”直接把燈泡底部接在電池的正極。他們的解釋是“這樣連接起來電池里的電能就能輸出給燈泡，燈泡自然就會亮了”。這就是現在的孩子關于電池點亮燈泡方法的“前概念”。通過進一步訪談了解到，學生這樣的認識源于對燈泡了解的局限，即對燈泡內部結構的不了解。因此在教學中，教師設計的探究活動的核心就是圍繞認識燈泡的內部結構展開，即“燈泡燈絲的兩端各連接一條金屬架，它們一直往下延伸到了哪兒呢？”直面學生的前概念的根源問題。

二、把握科學探究的節(jié)奏：學生思維發(fā)展可視化

借助關鍵問題、學生記錄單，用圖示、連線、填表等方法和技術將隱性的思維發(fā)展可視化，教師收集、分析學生在探究過程中的思維痕跡，推測他們的思維過程和思維狀態(tài)，了解其思維變化特點，針對性地調整科學探究的節(jié)奏，促成學生向著積極的思維方向發(fā)展。

1.基于“關鍵問題”的思維可視化

在探究“電磁鐵磁性的強弱與哪些因素有關”時，學生討論聚焦于鐵芯的粗細、鐵芯的長短、電池多少、線圈的多少等因素。接下來，教師通過下列關鍵問題的討論，引導學生的“出聲思維”可視化：

（1）如果讓你來研究，你會選哪幾種情況來研究？（指向判斷思維，思維力強的學生會想到磁性與電有關，與電相關的材料有電池和線圈，會選擇電池、線圈）

（2）纏繞導線的時候怎么做？（指向比較思維、判斷思維，開始繞的一端留下一段導線，綜合思維，兩端打結固定）

（3）在前后兩次吸大頭針的時候，要注意什么？（指向比較思維，學生會想到電磁鐵和大頭針接觸的部位相同）

（4）實驗結果怎樣？（指向判斷、概括思維）

通過關鍵問題的聚焦，讓學生用語言將自己的思維邏輯完整地表達，并在傾聽、交流中不斷地思考，推理、分析、概括，激活思維，完善探究實驗的方案，提升學生的思維品質。在關鍵問題研討過程中，“可視思維”與“出聲思維”相互轉化，既是一種思維“呈現”，又是一種信息“反饋”。

2.基于“主題探究”的思維可視化

主題式探究活動是智力發(fā)展的源泉，學生思維發(fā)展的有效載體?？茖W教師應創(chuàng)新教學情境和教學方式，讓學生在自然、自我和自為的狀態(tài)下進行主題式動手探究，使學生呈現出真實完整的思維過程和探究路徑，并在此基礎上了解學生的科學認知特點及思維狀況，促進學生對科學的深度學習與建構。

在教學《認識常見的巖石》前，學生對巖石有一些簡單的了解，但對巖石的特征的認識往往是模糊不清的。筆者觀摩過一位科學骨干教師是這樣處理的：（1）從學校要增添一塊大型文化石作為“校訓石”情景切入，激發(fā)學生的探究動機；（2）組織學生討論作為“校訓石”的巖石需要滿足哪些要求；（3）提供巖石樣本，學生研究這些巖石有什么特征，巖石名稱是什么，哪些巖石可以做“校訓石”，并要求各研究小組記錄研究過程與研究成果；（4）全班交流研討，確認最優(yōu)方案。課堂上，學生在小組內自由探究，將巖石翻來覆去地仔細觀察。有的摸一摸，感受巖石的手感；有的敲一敲，看是否有碎片；有的借助放大鏡進一步觀察；有的用兩塊巖石相互摩擦，比一比哪塊更硬。從看，到摸，再到敲一敲、比一比，學生的探究行為逐漸多樣，伴隨著的是學生的思維動態(tài)變化，從簡單向復雜遞進。多種研究方法、尊重證據的意識正是科學探究活動中必不可少的科學素養(yǎng)，學生的思維力體系也在不斷完善。

3.基于“數據分析”的思維可視化

實驗數據是定量實驗結果的主要表現形式，亦是定量研究結果的主要證據。在教學中，一方面需要學生關注獲取哪些數據，更要關注數據如何獲??？獲取的方式方法是否科學、正確？獲取的途徑是否合適、可靠？另一方面需要學生明確實驗數據與結論之間的內在邏輯關系，即實驗結論的得出，是在對實驗數據的分析、比較、綜合的基礎上，通過推理、概括形成的。這些都離不開學生高階思維的積極參與。endprint

在記錄數據時，一般可以把數據列成表格形式，既可以簡單而明確地表示出測量的量之間的對應關系，使數據有序，便于分析和發(fā)現數據變化的趨勢，有利于學生對數據組進行歸納、概括，發(fā)現共性，并把共性作為規(guī)律性進行提煉、總結，形成結論。同時，這樣的數據也有助于檢驗和發(fā)現實驗中的問題。當然，因小學生對實驗數據缺乏一定的敏感性，在對數據分析過程中需要將一系列數據之間的關系或其變化情況用圖線直觀地表示出來，使“數據”變得直觀、可感。

在教學《吸熱和散熱》時，讓學生通過具體的測量比較油和水的吸熱性能、散熱性能，學生先預測給水和油同時加熱1分鐘，再停止加熱1分鐘，誰的吸熱快？誰的散熱快？然后分組實驗，觀察每分鐘內水和油的溫度，并記錄。表1和表2為其中的一組數據。

學生通過對數據的橫向、縱向比較與分析，發(fā)現水加熱1分鐘后溫度由原來的18℃上升到了19℃，而油卻由原來的19℃上升到了22℃。以后的每分鐘，油的溫度都比水升得快，由此說明油比水更容易吸收熱量，也證明他們的猜測是正確的。而接下來對水和油的散熱的情況進行分析時，我們發(fā)現這組數據比前一組數據更為復雜，很多小組不能用規(guī)律性的語言進行概括。如果把這組數據轉化為折線統(tǒng)計圖，提供學生思維的“支架”，不僅能讓學生直觀地看到水和油停止加熱后溫度變化的曲線和變化的趨勢，還能進行直觀地比較兩者變化的差異性，也有利于教師有更為充足的時間引導學生分析“停止加熱后，水和油的溫度還在上升，過一會兒才下降”的原因。事實上，后者的教學中學生能主動分析、歸納，并能聯(lián)系前面所學的有關熱傳遞的知識解釋“剛停止加熱時水和油的溫度還會上升”的原因，學生的科學思維得到有效的激活。

三、評測科學探究的效度：學生學習效果可視化

在教學過程中，可通過圖文的形式，形成一種可視化的思維圖表，也可通過特定情境中提出的問題與方案來測評學生的學習效果。

1.基于圖示工具的思維可視化評測

大腦對“圖”非常敏感，圖示的直觀性與思維的結構性、嚴密性、概括性結合起來，提高了思維信息傳遞及加工的效能，這些科學知識、概念更容易被理解、被評價、被遷移。思維導圖、概念圖等圖示工具是幫助學生搭建思維支架的好工具，以圖文的形式，把科學問題的探究或科學概念層層表現出來，形成思維鏈接網絡，形成一種可視化的思維圖表。

在一個主題探究單元學習后，可以指導學生畫一張思維導圖或概念圖，學生有步驟、有目的地對科學探究活動的回顧與梳理，把一些相關聯(lián)的概念形象地聯(lián)結起來，為學生架構思維的橋梁，使他們清楚地看到各個概念之間的相互關聯(lián)，建構學生的思維，促進意義學習的發(fā)生，使學習效率得到提高。

如在學習完《宇宙》單元后，有老師指導學生用思維導圖進行了梳理，從學生“畫”出來的各種“思維導圖”可以看出，學生的學習方式從“識記主導”升級為“思考主導”，在科學知識、概念的網絡建構過程中，發(fā)展出較強的歸納、概括、推理、分析、綜合等高階思維能力。在教學實踐中，如果能較好地運用思維可視化策略，一張圖就可以喚醒學生的思考意識，可以評價學生對某類科學知識、概念的領悟、理解的程度。

圖示工具是觀察及測量學生思維發(fā)展的最佳工具和方法，能真實、完整地呈現學生的思維過程，能有效培養(yǎng)兒童思維力在廣度、深度和長度上的拓展、延伸。

2.基于特定探究情境的思維可視化評測

西蒙認為，思維可以被視作是在問題空間上進行的搜索過程，科學探究一般是從提出問題開始到解決問題結束，這樣就構成了一個完整的科學思維過程。而任何一個科學問題的提出都需要已有知識背景作為基礎，因此對學生科學思維的測評重點應關注學生在特定的探究情境中，能否根據已有的知識經驗和現實條件提出具有研究價值、研究可行性的科學問題與研究方案?；谝陨纤伎?，在實際測評中：一方面可以采用情境化探究活動過程“再現”的方式，主要觀察學生的探究、實踐、操作、記錄的全過程；另一方面可以參考PISA科學素養(yǎng)試題，為學生設置在現實生活中可能遇到的，如臺風、海嘯、地震、海洋生物、大氣、陽光、溫室效應、細菌、冰山等情境化、主題化閱讀和理解材料，包括短文，圖像，表格，圖表等，有效測評學生對有關自然世界和科學本身的知識的應用，以及對待科學事物的態(tài)度，特別是了解學生在科學學習中對已有實驗數據圖表進行分析的能力，推理的能力，批判性思考方式等。

古希臘智者學派的代表人物普魯塔戈拉說：“頭腦不是一個要被填滿的容器，而是一把需要被點燃的火把?！睂W與教的思維可視化策略，是能夠實現科學探究有效開展的一種重要途徑。學生思維可視化的過程中，科學探究實驗的設計、操作、記錄、交流等行為，學習方式真正走向“主動參與、探究發(fā)現、合作交流”，能有效培養(yǎng)學生的思維能力，使思維的品質得以提升。

責任編輯：趙赟endprint