搭建·组合·拓展：小学高段科学教学中借助可视化思维支架提升推理能力的策略研究

摘  要  基于新颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》，本文以提高小学高段学生科学推理能力为出发点，对高段小学科学教材进行合理的教学设计，使内容编排合理，通过研究可视化思维支架、科学推理能力及小学科学课程的联系，结合学生的思维发展规律，探究可视化思维支架在科学学科教学中的运用，提出关于高段小学生科学推理能力培养的策略，以期促使学生建构全面的知识体系，培养科学推理能力，深度提升思维水平，学习效果达到最优化。

关键词  小学高段   可视化思维支架  推理能力 新课标

一、课标引领，聚焦科学推理能力

（一）对比新旧课标，寻找教学方向

在当今信息爆炸式增长的时代之下，人们的学习记忆速度远不及知识更新速度，学完所有的知识已不符合现实，更为重要的是掌握学习方法。因而，近年来，随着我国教育改革稳步推进和深入，教育不再完全以基础知识为导向，而是更加注重学生的思维与素养。小学科学是学生科学素养的启蒙课程，肩负着培养学生科学思维的重任，而科学推理能力则是科学思维的构成要素之一。

《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》（后称“旧课标”）中有诸多关于科学推理的要求，如科学探究总目标中“经过推理得出结论”，以及科学态度总目标中“基于证据和推理发表自己的见解的意识”等内容。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（后称“新课标”）颁布并指出，科学课程要培养的学生核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。

通过对比新旧版本的课程标准（表1），可以发现新课标小学部分有关推理能力的内容有大幅度增加，推理能力的培养获得了更多的关注。除此之外，目前小学新编的教材以主题活动为基本单元，各单元内容的展开也能够充分体现科学探究和推理过程。

（二）把握关键时期，培养推理能力

随着年龄的增长，小学生的科学思维能力在不断发展，但每个方面的发展情况有所不同。其中五到六年级是科学建模、科学推理能力发展的关键时期。在教材中小学高段科学每课时都富有思维含量。而新课标学段目标的具体描述（表1）也体现出对推理能力的要求主要针对小学高段学生。因此，我们需要抓住关键期，在小学高段致力于培养学生的科学推理能力。

为有效培养小学生的科学推理能力，教师需要摒弃传统的拿来主义教学，合理引导学生在课堂上按照思维过程的规律进行思维活动，学生才能形成良好的科学推理能力，锻炼出较好的思维品质，获得真正的发展。但当前关于提升科学推理能力较多的研究大多侧重于单独的推理技能的传授等方面，较为缺乏以学生视角出发的教学方法。

（三）搭建可视支架，实现教学目标

思维可视化能够充分尊重学生的主体性，以图示、图示组合、语言表达等作为途径，将学生看不见的思维呈现出来，使其清晰可见，既能让学生清楚看见自身的具体思维过程，完善思考路径，还能让教师看见学生是怎样进行思维的，具象学生不可见的思考过程，从而给学生更加适当地提供一些学习素材和活动，以便促进学生思维的有效发展。因此，本文提出在课堂上搭建可视化思维支架，通过支架将头脑中的隐形知识可视化，让看不见的思维可见化，有效推动科学推理能力的培养。它不仅可以促进学生的学习，还可以在促进教师教学设计创新能力发展等方面提供支持和帮助。

新课标在学业要求方面明确提及推理能力主要包括，一是物质的运动与相互作用，要求5～6年级的学生能运用分析、推理的方法认识地球引力，能分析光的行进路线及反射现象，二是能的转化与能量守恒，要求5～6年级的学生能对自然界存在的各种形式的能进行简单分类，能简单解释能的转化现象，能对热传递的方式进行分析和推理。基于此，本文以小学高段教材内容为出发点，搭建合理、适宜的可视化思维支架，促进学生“做中学”和“学中思”，真正培养高段小学生的科学推理能力。

二、支架搭建，能力培养“有枝可依”

可视化思维支架可以帮助教师深层次了解学生探究学习情况，及时合理地调整教学节奏和教学方法，提高教学效能。当前教育领域思维可视化应用较广但深度不够，存在创新水平匮乏，学生参与欠缺，应用价值处于表层，教师理解力度不够等问题，并且思维可视化工具的概念混淆现象、应用误区现象比比皆是，这对于培养小学生的科学推理能力将会产生极大的阻碍。

另外，值得进一步探讨的是，思维类活动作为课堂教学的核心活动，科学教学中的观察、实验等都与之息息相关，但同时思维活动又是一个内隐的心理活动，教师往往只能看到思维活动产生的结果，而思维的过程难以观察，导致一些教师对学生思维活动的忽视。思维可视化又往往侧重于学生成果类的展示，但在推理能力的培养中，推理过程更值得深究和推敲，因此，在培养研究中，应注重学生思维过程的展示，以此搭建更全方位的支架，更全面地培养学生探究能力，提升学生的科学素养。

基于以上思考，本文将通过搭建合理、有效的可视化思维支架，使之与小学科学教学设计有效整合，发挥思维可视化的深层价值，提出系统的、高效的教学设计策略，以此真正做到提升小学生的科学推理能力。以下为探讨和应用的部分可视化思维支架类型。

1.语言表达支架

思维无声，但言语有声。语言对了解推理思维有极大的影响，因此教师还需设计精准的语言表达支架以具体、深入地把握学生推理思维。例如，在学生合作交流环节，教师应当为学生提供语言表达技巧的支架，基于不同情境设立支架，通过有参考的语言表达避免学生在问题解决过程中的无序探索和交流，帮助学生更好地交流、达成共识。在师生问答环节中，有意识地，但话语有声，语言在思维展现上具有重大效能。为展露学生内在思维，首先教师应当鼓励学生克服害羞心理，在课堂上积极主动地发言。无方向、无重点的倾听对于为学生提供富有逻辑性的提问顺序，让学生通过逐步阐述、解释、说明的顺序向大家展示自己的推理思维，提高交流质效。

【案例1】在《弹簧测力计》一课中，学生对自制弹簧测力计进行介绍和互评时，老师将发言要求主要分为“自己发言时、他人发言时、总结结论时、观点不同时”，让学生能够清晰、明确地表达自己的思路，例如：“自己发言时”，老师给予学生“我先安装的是……我发现安装后可以……所以我们组的弹簧测力计优点为……但我认为还有以下问题……”的发言模板，让学生在言语中不自觉地形成推理思路。

2.思维导图支架

20世纪60年代，东尼博赞（Tony Buzan）提出思维导图（Mind Maps）。1974年，他出版《启动大脑》，书中第一次详细阐述了思维导图。思维导图是大脑进行发散思维的有效方法，它模拟了人类大脑神经网络的辐射结构，以视觉的方式呈现了认知结构和外化的大脑思维图。思维导图可以促进学生思维发展，提升教学效能。因此教师可以在课堂上利用X-Mind等思维导图软件为学生建构结构化、网络化知识体系，让学生在导图的直观呈现中清晰了解推理思路，拓展思维广度，建立起科学思维、建模意识。

【案例2】在《火山喷发的成因及作用》一课中，教师通过思维导图的方式将“冒出热气、番茄酱溢出、出现裂缝、土豆泥脱落”等原本碎片化的实验现象通过思维导图的形式与真实场景联系起来，以此与火山喷发的现象和成因联系起来，例如：番茄酱溢出→底部受到某种力量喷上来→红色的番茄酱模拟岩浆→岩层下也有力量在推动岩浆喷发。

3.图表支架

已有研究表明，小学生对图示语言较为敏感，图表的直观形象性既能帮助学生思考理解，又能促使学生实现知识的有效建构。图示语言反映了学生的思维轨迹，让思维看得见。因此，教师可以引导学生用画图填表的方式呈现头脑中的线索和要表达的观点，借助几张简易直观的图表让学生的思路更加清晰，而教师则可以透过学生画出的图表来分析和掌握学生的思维进程与深度。

【案例3】在学习电路及开关制作知识时，教师可以将小灯泡、电池等模型贴在黑板上，让学生先观察各部件，根据自己的观察在旁边画出平面图。基于理解再将连接小灯泡的路线画在黑板上，将示意图展示给全班同学的方式，让学生们直观地看到各个小组的连线情况，展现推理流程，以此开拓学生的思维，对于推理能力的培养和提升有很大的帮助。

4.数据支架

科学课堂中有许多实验内容，但教师往往倾向于给予学生一个宏观或过于理论化的结论，忽视了科学非常重要的内在逻辑性，对于学生推理思维严密性十分不利，因而教师应通过数据支撑和分析的方式，直击学生思维盲点，完善推理流程。而其中，在科学推理的记录中还会遇到实验数据多且复杂的问题，对于这样的数据，学生在整体把握上比较困难，教师可以借助数据图表，通过测量或统计的数据，帮助学生认识数据之间的内在关系，发现事物的性质及变化规律。

【案例4】在《光的反射方向》一课中，学生往往对“入射角等于反射角”的概念没有深刻认识，老师需要借助数据的力量，让学生进行真实操作。老师可以给出“30°、45°、60°”三组入射角的要求，让同学们借助量角器进行实验操作，把得到的反射角数据统一写在老师在屏幕上准备的表格中。学生通过互相了解数据情况，在统一分析全班的数据后，通过分析总结出最后的结论。

三、支架组合，能力培养真实发生

可视化思维支架可以被广泛应用于每一课中，不同课程能应用的支架类型不同，教师需要对每一节课进行重难点分析总结，选择合适的支架进行组合使用，实现“1+1＞2”的推理能力培养结果。下面本文从高段各课程入手，搭建环环相扣、互相依靠的可视化思维支架，致力于突破教学重难点，以及实际教学中容易出现的问题，以下为应用到组合支架的具体教学实践内容。

1.《我们的水钟》：图表支架+数据支架+语言表达支架

本节课中，学生需要在制作完成后，通过肉眼观察、判断水的流速，但对于细微的流速变化是难以察觉和记录的，容易出现难以理解和改进的情况。通过引入间隔摄影，控制间隔时间，让学生拍摄水滴的下落速度，直至图像稳定不变，测量水滴间距，准确判断水的流速，让学生从图像中明确认知水的流速，在数据记录和语言表达中加深“孔越高，流速越快”的认知，并以此为基础思考如何通过其他方法改变水的流速。

2.《摆的快慢》：数据支架+语言表达支架+图表支架

本节课的重点实验是数出规定时间内摆的摆动次数，但在课堂教学中容易出现学生计数不清楚、误差大的现象，导致重复实验之间产生差距，难以得出“摆的快慢与摆锤质量无关”以及“摆的快慢与摆绳长短有关”的结论。通过引入红外线计数器，以明确的计数标准进行计数，让学生认识和学习计数规范性。最后统计学生的实验数据，以图表的形式体现出来，由此得出标准结论。

3.《食物链与食物网》：视频支架+游戏支架+语言表达支架

本节课传统介绍各生物间“吃与被吃”关系的授课形式容易出现学生一听就忘、难以记忆的问题，后续的游戏环节就随之产生了秩序混乱的问题，究其原因是记忆点不足。改进小游戏，让学生观看、记忆剪辑后的食物关系视频，并进行快问快答、抢答等，提升学习注意力，增强课程趣味性。

四、支架拓展，能力培养融会贯通

支架的应用不能局限于课堂，要在课前课后都体现出来，作为拓展和提升，让学生能够自主强化科学推理能力。例如，在学习“绿豆苗发芽”的相关内容后，学生已经学会如何运用“对比实验”进行实验设计和结论推理。后续的《绿豆苗的生长》课程中，绿豆苗的生长周期相对较长，在学校课堂中难以落实，适合作为支架拓展内容，让学生对绿豆苗的生长情况和过程进行自主记录，自行推理实验成果，与同学们分享所得所获。学生之间交流讨论后，再得到一个正确的、完善的结论。

参考文献

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