譚利華 馮士季

[收稿日期] 2020-06-27

[基金項目] 2019年度教育部人文社會科學研究青年基金項目（19YJC880021）

[作者簡介] 譚利華（1996—），男，湖南郴州人。碩士研究生，主要研究方向為科學教育。 *[通信作者] 馮士季（1983—），男，河南信陽人。博士，講師，碩士生導師，主要研究方向為學業(yè)測評、課程與教學論。

[ 摘 要] 科學繪畫是科學學習者通過繪制圖畫和符號來觀察記錄、設計思考、建構認知和表達交流的一種活動?？茖W繪畫的心理學基礎包括多元智能理論、信息加工理論和生成學習理論等。根據(jù)形式的不同，科學繪畫可以分為科學數(shù)據(jù)圖、描繪圖、設計圖、思維圖等不同類型，描述內(nèi)容主要包括事物的“特征與結構”“過程”和“關系”?？茖W繪畫的合理使用能夠促進學生的科學學習和教師的科學教學，并為科學教育研究提供新的可能性。要使科學繪畫成為科學教學的有效途徑和教育研究的有效工具，應該注意其使用策略，合理發(fā)揮其功能特點，使其成為傳統(tǒng)教學方式和研究工具的有益補充。

[ 關鍵詞] 科學繪畫;科學教學策略;科學教育研究

[ 中圖分類號] G622.0 文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2021）03-0079-08

從法拉第、達爾文和麥克斯韋的工作筆記，到如今某些科學家所接受的專業(yè)訓練，科學繪畫（Scientific Drawing）在科學研究中具有悠久的傳統(tǒng)[1]。科學家們通過繪畫的方式來觀察記錄、設計思考和表達交流。在科學學習過程中，學生也可以使用與科學家類似的方式，通過繪畫來學習科學（Drawing to Learn in Science）。作為一種思維表征方式，繪畫在學生的科學學習過程中與語言描述、數(shù)學建模等同樣重要[2]。擁有良好科學素養(yǎng)的學生應該具有閱讀科學圖像的能力，并能使用包括繪畫在內(nèi)的多種方式來思維和表達。科學繪畫及其在科學教育中的應用的相關研究在國外已相當豐富，在國內(nèi)卻未引起足夠的關注。教育實踐中并非沒有使用科學繪畫，只是往往“用而不知”，對其認識多處于感性經(jīng)驗水平。本文擬闡明通過繪畫來進行科學學習的心理學基礎，歸納分析科學繪畫的內(nèi)涵、類型以及使用策略，以期提高在科學教學中使用科學繪畫的水平，并為科學教育研究提供新的方式和手段。

1 科學繪畫的心理學基礎

科學繪畫的使用建立在相關心理學研究之上：多元智能理論提示繪畫是開發(fā)學生潛能的多種學習方式之一;信息加工理論說明了繪畫作為一種不同于言語信息的表征形式，對于學生的科學學習和問題解決具有重要意義，它同生成學習理論一起揭示了繪畫幫助學生加工信息并建構個人理解的心理機制。

1.1 多元智能理論

美國心理學家加德納（Gardner H）提出的多元智能理論（the theory of Multiple Intelligence）認為，人類至少存在八種智能，不同個體的智能特征存在差異，每個人都有自己喜歡、擅長的領域和學習的方式[3]。如果學校教育和標準化考試過分強調(diào)語言智能和邏輯—數(shù)學智能，否定其他同樣為社會所需要的智能，將使學生身上的許多重要潛能得不到確認和開發(fā)?？茖W繪畫對于空間智能、自然觀察智能的確認和開發(fā)非常重要?？臻g智能是人以三維空間的方式思維，能準確感知和操作視覺空間，并將其表現(xiàn)出來的能力[4]。通過進行顏色標識（Color Cues），繪制構想草圖（Idea Sketching）、圖解符號（Graphic Symbols）等方式進行教學，有利于開發(fā)學生的空間智能[5]。自然觀察智能是人觀察、辨別生物和自然景觀的能力[4]。繪畫是觀察記錄的常用手段，是培養(yǎng)學生觀察能力的好方法 [6，7]。因此，教師在教學中使用文字、圖像等多種方式呈現(xiàn)教學內(nèi)容，讓學生通過包括繪畫在內(nèi)的多種表達和操作活動來學習、思考，有利于教學適應學生的個體差異，更充分地開發(fā)其潛能。

1.2 信息加工理論

可以從信息加工過程和問題解決兩方面來考察學生如何通過繪畫來學習科學。

1） 信息加工過程。從信息的知覺過程來看，識別外部刺激信息的關鍵在于特征和特征分析[8]。在進行觀察記錄時，繪畫讓你專心致志，在畫的過程中更精確地知覺觀察對象的形狀和顏色等特征[6]?！袄碚摏Q定我們能夠觀察到的東西”，人的知覺還涉及自上而下的知覺過程。繪畫要求人把握觀察對象最重要的特征，并思考它背后反映的規(guī)律與聯(lián)系，這對于培養(yǎng)人觀察思考的能力非常重要。因此繪畫不僅是一種記錄方法，更是一種培養(yǎng)人的手段[6]。

從信息的加工和儲存來看，繪畫要求學習者對學習內(nèi)容的意義和特征進行精細加工，并仔細檢查自己的圖畫。在此過程中，學生形成了表象、表征，建立了繪畫的動作記憶、圖像化的信息與精加工的語義理解三者之間的聯(lián)系。研究表明，相對于語義的抄寫和精加工等方式，繪畫更有利于學生回憶所學習的科學詞匯、圖片和概念定義[9]。

從信息的表征形式來看，Paivio提出的雙重編碼理論（Dual Coding Theory）認為：人的思維表征系統(tǒng)分為言語系統(tǒng)（Verbal System）和非言語系統(tǒng)（Nonverbal System），兩個系統(tǒng)分別處理來自感受器的言語信息和非言語信息（如視覺圖像、觸覺、非言語的聲音等），并在彼此之間建立聯(lián)系，從而使人對事物的認識更完整，具有更強的思維能力（如圖1）[10]。具體而言，首先，對于如空間結構關系、形象特征等圖像信息的表征，表象代碼（Imagens）具有天然的優(yōu)勢，并能進行言語代碼（Logogens）所不能進行的操作（如心理旋轉、結構重組等），即所謂“圖一張勝過話一筐”[11]。其次，從對思維的作用來看，事物的形象由表象代碼表征，形象思維借助于表象而實現(xiàn)[8]。愛因斯坦曾說：“我思考問題時，不是用語言進行思考，而是用活動的跳躍的形象進行思考，當這種思考完成以后，我要花很大力氣把它們轉換成語言”。表象對于圖像處理、結構設計、安裝等必不可少，在問題解決、創(chuàng)造性活動中有重要作用[8]。

由于人的視覺表象特別發(fā)達，視覺表象被視為一種主要的表象代碼?？茖W研究本就經(jīng)常涉及空間和圖像化的內(nèi)容，理解圖像，并通過圖像和繪畫來思維與表達是學生科學學習中不可或缺的能力[12]。因此，在教學中應該開展融合科學繪畫的多種學習活動，以充分調(diào)動學生的非言語系統(tǒng)，建立兩個系統(tǒng)之間的聯(lián)系，幫助學生更好地學習。

2） 問題解決。認知心理學將問題解決過程分為問題表征、選擇算子、應用算子和評估當前狀態(tài)四個階段[8]。在解決疑難科學問題時，繪畫（如繪制思維圖）有利于幫助學生將問題的關鍵點之間的關系表征清楚，形成合適的問題空間，進而有利于學生選擇合適算子。在應用算子來改變問題的狀態(tài)時，繪畫能將問題空間的變化清晰地呈現(xiàn)，減輕認知負擔，并方便學生時時評價當前進展，逐漸接近目標。有研究表明，在某些科學領域中，使用繪畫能提高學生在問題解決測驗中的分數(shù)，學生表現(xiàn)的繪畫水平越高，解決問題的能力越強[13]。

1.3 生成學習理論

生成學習理論認為：學習的過程就是學習者原有的認知結構與從環(huán)境中接受的感覺信息相互作用的過程，在此過程中學習者主動地選擇和注意信息，并建構其意義[4]。

基于此，Van Meter 和Garner提出的“繪畫的生成學習理論”（the Generative Theory of Drawing Construction）認為，學生在通過繪畫學習科學內(nèi)容時，至少經(jīng)歷以下認知過程：（1）選擇（Selection）。根據(jù)繪畫目的搜索所知覺信息中的要素，激活長時記憶中的已有經(jīng)驗和認知，主動對信息進行選擇性的知覺和注意。繪畫過程中學生若發(fā)現(xiàn)新的信息要素，便重復此過程，重新知覺新的信息，思考繪畫要體現(xiàn)的內(nèi)容;（2）組織（Organization）。繪畫時將知覺的信息與長時記憶中的言語表征和表象表征建立聯(lián)系，主動理解信息的意義，建立表象;（3）整合（Integration）。將理解的各部分信息整合為完整的圖像模型，完成繪畫[7]。

通過繪畫來學習的優(yōu)點在于，形成的繪畫能清晰地表明學生現(xiàn)有的理解水平，為學生控制、調(diào)節(jié)和評價自己的學習提供重要的信息。另外，學習者在修改繪畫的過程中，必須反復地檢查文本和自己表象表征的意義，主動調(diào)用言語和非言語兩方面的認知系統(tǒng)，用表象表征明確言語信息中表達的圖像特點和空間結構關系，用言語表征中的概念和命題網(wǎng)絡引導整體表象關系的建構——這樣有利于建立言語表征和表象表征之間的聯(lián)系，形成結構良好、靈活有效的認知結構[14]。

由此看來，繪畫是學生學習、思維的一種重要方式，科學教育工作者應該對其有所關注。

2 科學繪畫的內(nèi)涵和類型

歸納分析科學繪畫的內(nèi)涵和類型，有利于對其形成更清晰具體的認識。

2.1 科學繪畫的內(nèi)涵

研究者認為：（1）繪畫過程包含一系列信息的選擇、組織、整合，是頭腦中思維模型的建立與外部圖像化表達的綜合[7];（2）繪畫表示的內(nèi)容包括（事物、模型）結構、（發(fā)生、運轉）過程和（事物、概念之間）關系，并有不同的抽象程度;（3）學生創(chuàng)作的開放性程度根據(jù)教師提供的幫助有所變化;（4）除紙筆之外，憑借任何媒體創(chuàng)作靜態(tài)、二維的作品都屬于繪畫[15]。因此，科學繪畫不僅是一種信息記錄與表達的方式，更是促進學生推理、設計、建模等高級認知能力發(fā)展的學習方法。

在此基礎上，將“科學繪畫”界定為科學學習者在紙張等媒介上通過繪制圖畫和符號來觀察記錄、設計思考、建構認知和表達交流的一種活動，是學習者將其內(nèi)部認知進行圖像化表達從而形成作品的過程。從外部來看，科學繪畫是學習者在科學學習中通過繪畫來觀察記錄、猜想預測、設計實驗與表達交流，是科學探究中不可或缺的一部分，能讓學生更好地體驗真實的科學活動;從內(nèi)部來看，科學繪畫是學習者對知識進行組織和整合，在頭腦中形成認知表象并進行外部表達的過程，是輔助學生開展科學認知的思維工具。

不同于藝術中的繪畫，科學繪畫更強調(diào)讓學生在繪畫過程中專注于科學概念和思維過程的描述與表達，幫助學生建立新舊知識的關聯(lián)，開展科學探究活動，形成個人對科學知識的理解和對科學活動的體會，進而促進其參與科學創(chuàng)造活動。

2.2 科學繪畫的類型

科學繪畫的類型多種多樣，不同類型具有各自的功能，適用于不同的表達需求。

首先，根據(jù)繪畫的形式劃分，科學教學實踐中常見的類型有：（1）科學數(shù)據(jù)圖（Graph），常用來整理、展示收集到的科學數(shù)據(jù)，包括線形圖、條形圖、餅狀圖等;（2）描繪圖（Representational Drawing），常用來記錄所觀察、學習的事物，描繪其特征與結構;（3）設計圖（Design Drawing/Design Sketch），常用來表達自己的猜想，設計自己的實驗。如用繪畫猜想黑箱內(nèi)部的結構，設計過濾水源的裝置;（4）思維圖（Mind Map/Thinking Map/Concept Map），常用來整理所學內(nèi)容，組織概念之間的關系，包括思維導圖、概念圖、韋恩圖、氣泡圖、網(wǎng)狀圖等。思維導圖是利用不同顏色、符號來表示各級主題的關鍵要素及其關系，將發(fā)散性思考過程在紙上畫出來，能引導學生理解抽象概念，整理所學知識，促進思維激發(fā)和思維整理[16]。概念圖是使用節(jié)點代表概念，使用連線表示概念間關系，用概念所屬層級表示其概括性水平的知識組織和表征工具，能精煉知識，將各種概念及其關系以類似于腦對知識儲存的層級結構形式排列，幫助學生建立、完善知識結構[17，18]。韋恩圖是一種用來選擇、分類和比較信息的圖示工具，易于顯示事物之間的異同。氣泡圖和網(wǎng)狀圖讓學生由一個中心主題發(fā)散出若干個分支關鍵詞，有利于學生在研討中及時整理研究成果，為探求新知確定起點。

其次，根據(jù)繪畫的內(nèi)容來劃分，主要包括“特征與結構”“過程”和“關系”三類。對內(nèi)容進行分類，有利于理解學生如何通過繪畫來學習不同科學內(nèi)容。在表述事物特征與結構時，繪畫能對其進行直觀描繪。其所傳遞的信息往往超過同樣版面大小的文字說明，同時更加準確和便于識別，這也是當初科學家們繪制、使用科學繪畫的原因[19]。在表征過程性的內(nèi)容時，繪畫能夠形象地表明過程發(fā)生的結構機理及先后順序。在表征關系時，對于數(shù)據(jù)而言，使用者可通過圖表使其圖像化，以便于發(fā)現(xiàn)變量之間的關系和數(shù)據(jù)變化的趨勢;對于概念等其他內(nèi)容，繪畫能將諸多要素并列呈現(xiàn)，方便使用者對其關系進行梳理，將科學知識結構化、概念網(wǎng)絡化。

綜合兩個分類維度，科學繪畫的各個類型及實例如表1。

值得注意的是，為了方便理解，這里提出的分類做了一定程度的抽象。在真實的科學活動中，科學繪畫的類型很可能不是單一的，其形式和內(nèi)容都可能比這里呈現(xiàn)的更加復雜。

3 科學繪畫在科學教育中的作用

在科學教育中，科學繪畫具有多方面作用。由美國科學基金會（National Science Foundation）支持，哈佛大學、麻省理工學院等負責的“繪畫學習”（Picturing to Learn）研究項目表明，繪畫能清晰地呈現(xiàn)科學概念，是揭示學生前概念的一種有效手段，是一種創(chuàng)新性的學生學習和教師教學的方式，參與項目的師生對科學繪畫的作用均作出了積極正向的反饋[20]。不僅如此，科學繪畫還可以作為獲取研究資料的方法，促進科學教育研究的開展。

3.1 科學繪畫在學生學習中的作用

1） 提高學生學習動機和課堂參與程度。由澳大利亞教育部（Australian Government Department of Education）支持的一項研究表明，相比于傳統(tǒng)教學，當學生們用融合科學繪畫的方式來探究、合作、學習時，他們的學習動機會更強[21]。繪畫讓學生對學習內(nèi)容更感興趣，學習時增加了投入程度，并更多地調(diào)動高層次思維[7]。國內(nèi)有研究對某市小學生進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相比于單純使用文字，更多學生喜歡用畫圖和圖文結合的方式記錄;而在教學中鼓勵學生用簡易能懂的符號圖形來記錄、學習后，學生課堂發(fā)言率和傾聽率都有了提高[22]。

2） 促進學生學習策略的使用，幫助學生管理自己的學習。繪畫讓學生根據(jù)目標對信息進行選擇和組織，形成自己的圖像表述，并依據(jù)繪畫產(chǎn)生的信息不斷外化、評估和調(diào)整自己的理解[7]。這樣的過程涉及復述、精加工等多種學習策略的使用，能讓學生從規(guī)劃繪畫內(nèi)容、監(jiān)控及評估自己理解的變化三個方面增強學習的自我管理水平，促進學生學習元認知能力的發(fā)展。

3） 幫助學生學習、整合所學知識。繪畫能幫助學生呈現(xiàn)（甚至其他測試方式難以揭示的）前概念[23]，并通過討論繪畫中自己的錯誤和同他人的差別來達成科學、全面的理解。學生在繪畫過程中需要調(diào)動已有認知對信息進行加工，并將理解的意義轉化為繪畫作品。同其他建構性學習活動一樣，繪畫能促進學生學習較復雜的知識[7]。

4） 為學生的思考與交流提供了表達工具和依據(jù)，并幫助學生了解科學研究中使用繪畫的傳統(tǒng)。對于特定內(nèi)容，繪畫能對其進行清晰簡明的描述與表達，形成思考和討論的文本依據(jù)，是學生交流的有效工具。另外繪畫可以讓學生了解各學科領域如何使用圖像和繪畫來幫助自己設計實驗、建立模型和表達交流，從而獲得與科學家如何做科學相似的活動經(jīng)驗[24]。

3.2 科學繪畫在教師教學中的作用

1） 幫助教師更好地呈現(xiàn)教學內(nèi)容。繪畫能根據(jù)教學需要或放大、或簡化以突出內(nèi)容結構。在教授圖像、空間性的內(nèi)容，展示復雜結構和多重關系時，使用繪畫往往比單獨使用語言更為高效和有力。部分繪畫作品生動有趣的表現(xiàn)形式也受到學生們的喜歡。

2） 幫助教師了解學生，成為與學生溝通的文本媒介。繪畫表現(xiàn)的內(nèi)容能體現(xiàn)學生頭腦中所理解的概念有哪些特征，幫助教師了解學生對事物的已有認識。通過繪畫來學習時，作品的變化體現(xiàn)著學生理解的變化。通過對繪畫創(chuàng)作進行觀察，教師能了解學生的思維過程。教師還可以用學生的繪畫作品開展討論交流，憑借繪畫啟發(fā)、引導學生，發(fā)展學生對某部分內(nèi)容所達到的認知水平。

3） 學生的繪畫作品可以成為教師開展相應教學活動的素材。教師可收集學生作品，建立資源庫，如體現(xiàn)出學生典型問題和認知類型的作品，可以成為教學研究的案例;體現(xiàn)出創(chuàng)造性表達和美感的作品，能給人啟發(fā)，可以成為寶貴的教學資源。

3.3 科學繪畫在科學教育研究中的作用

研究表明，7～9歲的兒童已經(jīng)發(fā)展出了一種繪畫的語言（graphic language）。這種語言有表達空間結構的獨特符號和規(guī)則，并隨年齡增長變得更寫實、更精確[25]。因此，科學繪畫能夠成為一種獲得資料的方法，在科學教育研究中發(fā)揮獨特作用。

科學繪畫的這種作用具體表現(xiàn)為：（1）它是學生進行科學學習活動產(chǎn)生的材料，為了解學生的科學學習提供了窗口;（2）在反映學習者頭腦中的某些視覺空間性的知識和模型時，能比其他方式更加直觀、準確;（3）能幫助研究者了解學生對環(huán)境、場景的感知，同時也為了解有某種語言、文字障礙的被試對象（如低齡、不擅長語言表達的兒童或跨文化研究）提供了較好的途徑[26];（4）還有一些研究者認為，繪畫能反映出許多個人特征，甚至被用作研究個體性格和心理狀態(tài)的工具。

基于此，研究者可以將其與訪談、實物操作等研究方式相結合，開展多方面的科學教育研究，例如：（1）科學前概念的研究。研究者通過繪畫作業(yè)并結合訪談等方式，了解學生腦中的概念和模型。如“畫地球”“畫河流”“畫身體內(nèi)部結構”等系列研究，能夠總結出學生對一些科學概念和模型的認知類型及特征，為教學提供參考;（2）科學事業(yè)認知的研究。如“畫一個科學家”（Draw-A-Scientist Test）等研究能夠揭示學生對科學家的認識和刻板印象;（3）對科學學習和教學的認知的研究。如用設計的DASTT-C（Draw-A-Science-Teacher-Test Checklist）去測試教師心中科學教師教學的圖景和信念[27]。

4 科學繪畫的使用策略

科學繪畫作為一種通過“非言語”路徑來開展教學活動和收集研究資料的方法和手段，有其優(yōu)點和不足。在使用這種方法時應依據(jù)學生繪畫的心理過程和類型特點進行仔細考慮。

4.1 科學繪畫在教學活動中的使用策略

在教學中開展科學繪畫活動，要注意以下幾點。

1） 繪畫活動的設計上，要將繪畫活動與學科實踐統(tǒng)一起來，并將焦點聚焦于科學學習?？茖W繪畫任務的有趣性和挑戰(zhàn)性主要在于達成科學認知和進行創(chuàng)造性表達。要根據(jù)學科特點選擇合適的繪畫內(nèi)容，讓其在科學探究等活動中發(fā)揮實質性的作用（如觀察記錄，提出猜想，設計實驗裝置等），保證繪畫活動合理、真實而有科學意義。

2） 繪畫是一種心理表征，符合其形成的心理規(guī)律。因此要關注學生在繪畫中的認知活動，通過設計個人創(chuàng)作、集體討論、修改等環(huán)節(jié)，讓學生組織信息，表達自己頭腦中的科學模型，并在與他人的交流比較中，完善自己的繪畫和科學認知。

3） 在整個繪畫過程中應給予學生必要的教學支持。教學支持是影響學生學習效果和繪畫準確性的重要因素[24]。一方面要在活動中指導學生如何用視覺空間的圖像表示學習內(nèi)容，提高學生繪制和閱讀圖像的能力;另一方面可預先提供部分繪畫內(nèi)容和適度指導，通過半開放的繪畫方式來減少學生完成繪畫作業(yè)的負擔，幫助學生將主要精力集中在對科學內(nèi)容的學習與思考上。

4） 針對特定類型的科學內(nèi)容為學生提供多種多樣的繪畫練習，以幫助其了解各學科的繪畫傳統(tǒng)，學會如何針對特定的學習任務（記錄、設計或交流）和內(nèi)容（特征與結構、過程或關系）選擇合適的表達方式（設計圖、思維導圖等）。

5） 不是所有時候都適合使用科學繪畫。如果學生沒有做好相應準備，讓其繪制圖解反而會使學生在問題解決中表現(xiàn)得更差[28]。對于有些內(nèi)容的學習來說，科學繪畫需要花費更多的時間和精力，在教學中應結合使用其他方法，取長補短[29]。

在科學教學中，可使用科學記錄本、科學繪畫作業(yè)等方式來提高學生的科學繪畫能力，并將科學繪畫融入科學探究過程中，讓學生在觀察記錄、設計思考與交流討論等活動中合理地使用科學繪畫，體驗真實的科學探究活動。

4.2 科學繪畫在教育研究中的使用策略

在科學教育研究中使用科學繪畫要認識到：（1）不是所有的孩子都喜歡并且擅長繪畫;（2）不是所有的圖像語言都能夠很容易被理解，繪畫作品有時不能完整地表達作者的含義并且容易被誤解。因而，在研究設計時要考慮所采用的繪畫方法能否收集到你想要的信息，分析繪畫作品時要注意以兒童自己所表達的含義來理解作品中表達的概念，并輔以訪談、文字描述等其他方式進行三角驗證[30]。

D. Bland建議：（1）在收集資料時，要使用有利于揭示相應年齡階段孩子“心聲”的最佳繪畫形式和方法，包括形象隱喻（Visual Metaphors）、概念圖/思維導圖（Concept Mapping /Mind-Maps）、概念想象畫（Imaginative Concepts）和寫實繪畫（Realistic Depictions）等。概念圖/思維導圖適于收集學生批判性思維和認知發(fā)展方面的信息，并適合不習慣在研究者面前說出自己想法的研究對象。形象隱喻是了解學生印象和想法的有效手段。研究者需從適宜性、收集信息的深度與廣度幾個方面考慮所采用的方法是否能收集到想要的資料;（2）全面地考慮影響測驗的各個方面因素，以保證分析結果的真實可靠[26]。

繪畫作品分析應結合學生的文字、口頭說明等其他材料來分析繪畫作品，防止對作品的錯誤解讀。

5 總結與展望

科學繪畫是一種可行的教學方法，其形式生動有趣，能彌補傳統(tǒng)教學只注重“言語系統(tǒng)”的不足，全面激發(fā)學生的認知活動，幫助學生進行學習與思考。但同時，繪畫活動更加耗時，學生對繪畫的喜好及繪畫能力水平也會影響教學效果。如何設計教學，才能更好地將其與科學探究等活動相結合？在繪畫中提供怎樣的教學支持，才能更好地促進學生的學習？這些都值得進一步研究。

科學繪畫還是一種值得探索的學業(yè)評價方法。繪畫要求學生重新組織知識并以圖像的方式進行創(chuàng)造性表達，能給學生不同的展示空間。科學探究活動中的繪畫記錄、實驗設計、分享交流，能體現(xiàn)出學生采集與處理信息、猜想設計和表達交流等科學能力。關注學生在真實生活情境中和科學探究活動中所需運用的高層次思維能力，開發(fā)具有真實性的科學繪畫任務，能豐富表現(xiàn)性評價、成長記錄袋等評價方式的評價手段，是值得探索的培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的評價方法。相較于其他替代性評價方式，科學繪畫依托于紙筆，更容易在現(xiàn)有大規(guī)模學業(yè)測試中實施，因此可以成為在大規(guī)模學業(yè)測試中探索使用替代性評價的一個突破口。但同時，科學繪畫呈現(xiàn)的作品往往豐富多樣，這也為評價標準的制定帶來了挑戰(zhàn)。

作為教育研究中一種收集資料的手段，科學繪畫在了解學生對視覺空間性內(nèi)容（結構與模型等）的認識，顯示對某事物綜合的認知印象方面具有明顯的優(yōu)勢。繪畫過程能外顯學生的思維過程和認知發(fā)展過程，并有利于克服研究中語言文字表述的障礙，幫助研究者獲得更全面、可靠的信息。值得注意的是，影響學生最終所呈現(xiàn)作品的因素很多，學生通過作品表達的意義可能具有多樣性，這對研究者的研究設計和作品分析都提出了很高要求。

總體來看，科學繪畫具有獨特的價值和意義，其合理使用能為我國目前的科學教學與研究提供新的可能性。在這一領域，國外已有豐富的理論和案例可供參考，今后應結合實際，創(chuàng)造性地探索運用科學繪畫的方式，提高科學教學的有效性和科學教育研究水平。

參考文獻

[1] AINSWORTH S，PRAIN V，TYTLER R.Drawing to learn in science[J].Science，2011，333（6046）：1096-1097.

[2] TYTLER R.Drawing to learn in STEM[R].Melbourne： australian council for educational research （ACER） research conference： improving STEM learning： what will it take？，2016.

[3] DAVIS K，CHRISTODOULOU J，SEIDER S，et al.The theory of multiple intelligences[C]//STERNBERG R J，KAUFMAN S B. Cambridge handbook of intelligence.NewYork：Cambridge University Press，2011： 485-503.

[4] 陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2007.

[5] ARMSTRONG T. Multiple intelligences in the classroom[M]. Alexandria： ASCD publications， 2009.

[6] LERNER N. Drawing to learn science：legacies of Agassiz[J].Journal of Technical Writing and Communication，2007，37（4）：379-394.

[7] METER P V，GARNER J.The promise and practice of learner-generated drawing：literature review and synthesis[J].Educational Psychology Review，2005，17（4）：285-325.

[8] 王甦，汪安圣.認知心理學[M].北京：北京大學出版社，1992.

[9] FERNANDES M A，WAMMES J D，MEADE E M.The surprisingly powerful influence of drawing on memory[J].Current Directions in Psychological Science，2018， 27（5）： 302-308.

[10] PAIVIO A.Mental representations：a dual coding approach [M].NewYork：Oxford University Press，1986.

[11] CLARK J M，PAIVIO A.Dualcoding theory and education[J].Educational Psychology Review，1991， 3（3） ：141-210.

[12] GILBERT J K.The role of visual representations in the learning and teaching of science： an introduction [R].Hong Kong：Asia-Pacific Forum on Science Learning and Teaching， 2010.

[13] HEIDEMAN P D， et al. Effectiveness and adoption of a drawing-to-learn study tool for recall and problem solving： minute sketches with folded lists[J].CBE-Life Sciences Education， 2017，16（2）：1-13.

[14] METER P V，F(xiàn)IRETTO C M.Cognitive model of drawing construction[C]//SCHRAW G， et al. Learning through visual displays. Charlotte， NC： Information Age Publishing，2013：247-280.

[15] QUILLIN K， THOMAS S.Drawing-to-learn：a framework for using drawings to promote model-based reasoning in biology[J].CBE-life sciences education，2015，14（1）： 1-16.

[16] 趙國慶.概念圖、思維導圖教學應用若干重要問題的探討[J].電化教育研究，2012 （5）：78-84.

[17] 裴新寧.概念圖及其在理科教學中的應用[J].全球教育展望，2001（8）：47-51.

[18] 李萬軍，孫志宏.基于翻轉課堂下的概念圖教學研究[J].教學研究，2019，42（2）：72-75+113.

[19] 王思宇.不可“言傳”的科學史——科學繪畫的本質與功能[J].自然科學博物館研究，2016（Z1）：71-79.

[20] FELICE FRANKEL.Picture this： explaining science through drawings [EB/OL]. （2008-04-10）[2020-06-27]. https：//www.nsf.gov/news/news_summ.jsp？cntn_id=111410&org=NSF&from=news.

[21] MARK W H，VAUGHAN P.Primary connections stage2 trial： research Report[M].Canberra：Australian Academy of Scienc，2005.

[22] 戴樂韻.圖示法在小學科學教學中的應用研究[D].金華：浙江師范大學，2016.

[23] WHITE R， GUNSTONE R.Probing understanding[M].New York：The Falmer Press，1992：95-106.

[24] WU S P W， RAU A M.How students learn content in science，technology，engineering and mathematics （STEM） through drawing activities[J].Educational Psychology Review，2019，31（1）： 87-120.

[25] WALKER K. Review of research： children and their purple crayons： understanding their worlds through their drawings[J].Childhood Education， 2007，84 （2）： 96-102.

[26] BLAND D. Using drawing in research with children： lessons from practice[J].International Journal of Research & Method in Education，2018，41（3）：342-352.

[27] AL-BALUSHI S， AMBUSAID A.Using drawing to reveal science teachers beliefs about science teaching[C]//KATZ P. Drawing for science education： an International perspective. Netherlands： Sense Publishers，2017：178-189.

[28] HECKLER A F.Some consequences of prompting novice physics students to construct force diagrams [J].International Journal of Science Education，2010，32（14）：1829-1851.

[29] FIORELLA1 L， ZHANG Q.Drawing boundary conditions for learning by drawing[J].Educational Psychology Review，2018，30（6046）：1-23.

[30] EHRLN K.Drawings as representations of children′s conceptions[J].International Journal of Science Education， 2009，31（1）：41-57.

Scientific drawing in science education

TAN Li-hua1，F(xiàn)ENG Shi-ji2

（1. Research Institute of Science Education，Guangxi Normal University，Guilin，Guangxi 541004，China;

2.Faculty of Education，Guangxi Normal University， Guilin，Guangxi 541004，China）

AbstractScientific drawing is a kind of science learning activity in which learners record， design， think， comprehend， and communicate science contents by drawing pictures and symbols. The rationale for drawing to learn in science isbased on psychological theories， including the theory of multi-intelligence， the theory of information processing， and the theory of generating learning. According to its′ difference in forms， scientific drawing can be divided into graphs， representational drawing， design sketch， and mind/concept map. different scientific content， such as structures or features， processes， and relationships， can be depicted and explored via it. The rational use of scientific drawing can help students to learn science better， and facilitate the teaching of science teachers and research in science education. In order to make scientific drawing a more effective tool for science teaching and educational research， we should pay attention to its using strategies so that it can be a beneficial complement to traditional teaching methods and research tools.

Keywordsscientific drawing;teaching strategy of science;science education research

[責任編輯 劉 冰]