借助思维导图提升小学生科学思维能力

摘要：本文简单介绍了思维导图的几种类型、理论基础，以及在小学科学教学中使用思维导图的必要性。科学课程的教学内容包括13个核心概念和4个跨学科核心概念，针对不同的教学内容，使用不同类型的思维导图，在苏教版小学科学教学中，有很多地方可以使用思维导图，举例说明不同类型的思维导图的使用方法和对科学思维能力的提升作用。

关键词：思维导图  科学思维  可视化

一、思维导图的概述

思维导图最先是由大卫·海勒先生提出的，他是美国的教育学博士，他提出的思维导图（Thinking Map）源自于认知心理学和语意学，是一种帮助学习者学习的工具。

思维导图是基于人体的左右脑的机能，遵循记忆规律、阅读和思维规律，巧妙地帮助人们把图像与色彩、关键词、想法等联系在一起思考，从而提升人们的思维发展。一般来说，思维导图可以分为八种类型（见图1）。在小学科学的学习以探究实践为基础，将思维导图用于探究实践中，能够引导学生用图文结合的方式，将探究实践中所学到的科学内容，或者自己要展示、汇报的信息，形象直观地呈现出来，帮助学生学习科学概念和相关知识，降低学习的难度。利用思维导图还可以方便师生之间、生生之间的信息传递，从而提高教学效果。

二、思维导图的理论基础

（1）左右脑分工理论

左右脑分工理论是由美国的神经生物学家斯佩里提出的，他认为，人的大脑可以分为左右两部分，左脑侧重逻辑思维，思维方式具有连续性、延续性和分析性。右脑侧重形象思维，思维方式具有无序性、跳跃性和直觉性。思维导图增加的形象、想象、色彩、节奏等，有助于右脑功能的开发。

（2）多元智能理论

美国教育心理学家加德纳提出的多元智能理论，该理论认为，人的智力，不应该仅仅包含语言、空间和数学等能力，还应该包含运动、美术、音乐等其他九种智力。多元智能理论极大地拓展了人们对智力的认知。思维导图有多种特点，如特别重视图形图像、在绘制的过程中注重节奏等一些特点，这些都和多元智能理论不谋而合。

（3）知识可视化理论

随着科学计算可视化和数据可视化，以及信息可视化的发展，逐渐发展起来了知识可视化理论。知识可视化理论以“双重编码”理论为基础，即长时记忆中语言文字的语义编码与图像、图画的表象编码并存且同时加工。它以视觉表征为手段，促进群知识的创造和传递。

通过以上几种理论，我们可以发现，它们都支持利用思维导图发展学生的科学思维，为在小学科学教学中使用思维导图提供了一些理论基础。

三、利用思维导图培养科学思维必要性

1、人类获取信息的途径以视觉获取为主

赤瑞特拉（Treicher）是著名的实验心理学家，作过著名的心理实验——关于人类获取信息的来源。他通过大量的实验证实人类获取信息的途径来源，实验的结果见表1。

科学教学中，引导学生利用思维导图进行交流，既能看得见，又能听得见。这样通过多种感官的刺激，获取大量的信息就可以掌握大量的知识。这说明借助思维导图进行交流有利于学生获取信息。

2、知识保持实验支持利用思维导图

20世纪60年代，著名的实验心理学家赤瑞特拉（Treicher）进行了一个著名的实验—知识保持即记忆持久性的实验，实验结果见表2。

在科学教学中，借助思维导图进行探究实践，既能看到又能听到，在交流中还可以使用。这就是说，根据赤瑞特拉的实验结果，在科学教学中使用思维导图，引导学生通过讨论、交流，用自己的语言表达出来，科学知识和技能的保持将大大优于传统教学的效果。

二、思维导图对科学思维培养重要作用

思维导图在科学思维培养中具有重要的作用，可以帮助人们更好地理解和组织复杂的信息结构，促进关联思考和系统思维，激发创造性思维和灵感的产生，增强记忆能力，以及促进沟通与合作。首先，它利用了我们大脑对视觉信息的易于记忆性，可以帮助人们更好地记忆和理解复杂的信息结构，可以增强记忆能力。思维导图使用可视化元素来展示和组织信息，帮助学生更快地浏览和理解复杂的文字信息，可以提高信息处理效率，其次，思维导图可以帮助学生发现主题之间的联系和关联，促进关联思考，从而促进系统思维。这对于理解科学概念和原理之间的联系，以及将这些概念应用于实际问题中非常有帮助。思维导图可以激发创造性思维。在不同的分支中提供多样化的想法，激发创造性思维和灵感的产生。这对于科学研究和创新非常重要，可以帮助人们发现新的科学规律和解决方案。

培养学生的科学思维：思维导图的绘制过程需要学生理清思路、组织信息、加强记忆，这有助于培养学生的科学思维，养成良好的思维品质。通过思维导图的引导，学生可以更深入地理解科学知识的内在联系和逻辑结构，从而更好地掌握和运用知识。

总的来说，思维导图在科学教学中具有重要的作用和意义。它不仅可以帮助学生和老师更有效地理解和掌握知识，还可以培养学生的学习能力、思维能力和创新能力，从而提高科学教学的效果和质量。

四、思维导图在科学教学中使用策略

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出“科学思维方法主要有：抽象与概括、分析与综合、比较与分类、归纳与演绎、联想与想象、重组思维、发散思维、类比思维等。”思维的过程往往是不可见的，思维导图通过文字与图像相结合，更加地形象、直观，能够以可视化的形式，把看不见的思维过程清晰的呈现出来，反映大脑逻辑输入和创意输入相结合的工作模式。小学科学教学内容包括13个核心概念和4个跨学科核心概念，面对不同的教学内容可以使用不同类型的思维导图，通过培养学生的的思维倾向，将学生培养成善于学习和思考的人。

1、借助气泡图，形成综合思维能力

气泡图（Bubble Map）是由多个气泡组成，中间位置的是主题气泡，描述核心主题，周围的是属性气泡，描述关于这个主题的属性，每个属性气泡都有一条线和主题气泡相连。气泡图通常用来定义事物的属性，或相应的联系，增加描绘事物的深度和多样性。它能将事物的各项特点整合在一起，直观的再现事物的完整特征。

例如，在一年级下册，学生学习《水是什么样的》，也可以借助这样的气泡图（见图1），帮助学生梳理水的相关特点，如无色，无味，透明，会流动等，然后整理到气泡图中。与此类似的，学生在研究空气、土壤、石头、粘土、磁铁等相关内容时，都可以借助气泡图进行梳理和学习，将学习到的它们的性质特点进行整理。气泡图可以帮助学生将学习过的内容进行有效整合，从多方面更加形象直观地认识水的特点，形成综合思维能力。

2、使用双气泡图，锻炼比较思维能力

双气泡图（Double Bubble Map）属于气泡图的变种，实际上，它是由两个气泡图结合而成的。利用气泡图，将中心的两个事物的特征展开，有的相同、有的不同，把相同的部分连接在一起，便形成了双气泡图的结构。小学低段的科学教学中，采用双气泡图来比较事物的相同与不同，方便学生对观察对象作更全面的认识，被对比的两个物体之间有什么共性，双气泡图中可以一目了然了。

例如，在一年级下册，在学生学习了《水是什么样的》和《空气是什么样的》之后，可以借助双气泡图来引导学进行对比（见图3），把相同点写在水和空气都相连的气泡中，把不同点分别写在水和空气的各自对应的气泡中。在对比中更加清楚认识到两者的共同点和不同点，从而提升对比思维能力。

3、利用桥状图，提升类比思维能力

桥状图（Bridge Map）通常用来描述事物之间的相似性，或者关系，由一根桥型的横线串联。在桥状图的最左边，写出一个主题，右边分别列出各个相似主题。桥状图主要用来帮助孩子学习类比事物，类比是一个十分抽象的概念，而桥状图将这种抽象化为了具象。比如：在四年级学习《简单电路》一单元的时候，电是看不见的，没有具体的形状，学生对于电流、电压比较难以理解。此时，我们可以用学生熟悉的水来类比，水压类比电压，用水流类比电流（见图4），帮助学生理解电压和电流的概念，在类比的活动中培养学生的类比思维。

4、运用括号图，培养分析思维能力

括号图（Brace Map）通常可以用来分析一个事物的结构，能有效地帮助孩子理解主题，及其属性的联系。它从对象出发，用括号的形式将整体与局部区分，指向组成事物的各个部分。此外，流图还能帮助我们查漏补缺，避免活动流程、逻辑上出现遗漏，确保活动流程的完整性。运用括号图帮助学生看透事物的组成，为进一步的探究打好基础。

在三年级下册，学生学习《植物开花了》一课，教师可以给学生提供这样的括号图（见图5），引导学生借助这个括号图分析花的构成部分，并填在括号图中，提升学生的分析思维能力。

5、应用流程图，增强聚合思维的能力。

流程图（Flow Map）由箭头串联起的小框组成，用来表示步骤、先后顺序或事件发展的过程，能帮你梳理活动流程的先后顺序，让策划、思考的思路更清晰。。因为学生的理解能力有限，我们可以把一件事按步骤拆分开来，从而能够帮助学生更好地理解。锻炼学生的逻辑思维能力和思维的缜密性。

三年级下册，学生学习《植物的一生》单元时，对比黄瓜和番茄的共同点发现，他们的生命都经历了共同的阶段和过程（就是本单元的四课），对发芽阶段再分析，发现它们在发芽阶段都经历了长根和叶（见图6），从而得到结论，它们都有根、茎、叶、花、果实、种子六大器官，这些器官都是随着生命周期的展开依次生长出来的。

在学习完果实的相关知识后，发现果实里面是有种子的，它们的生命过程又回到了种子阶段。将结果和种子之间连接起来，再调整一下，可以得到植物的一生（见图7）。用这样的方式记录植物的一生，在学习到植物的六大器官之余，还能帮助学生理解植物的一生在循环中。学生在学习养蚕的知识后，可以采用类比的方式，用类似这样的图来梳理蚕宝宝的一生（见图8），更好的理解蚕宝宝的一生中经过“卵—幼虫—蛹—成虫—卵”的发育过程。植物和动物在生长发育的同时，都在进行生命的循环，为六年级学习“遗传和变异”相关知识，打下坚实的基础。

用流程图将植物的一生和蚕宝宝的一生表示出来，更好地认识植物的生长过程的共同点，很好地培养学生的聚合思维的能力。

6、依托树状图，强化分类思维能力。

树状图（Tree Map）因形似散开的树枝而得名，也叫系统图，从主题开始分散出各个子类是其特征。分类的过程也是一个提取事物特征并分析的过程，是对事物特征更深入的学习。如在五年级下册，学习《撬重物的窍门》时，学生经过研究发现，杠杆的类型有三种，这时可以给学生提供柱状图，帮助学生分类整理生活中的物品是哪种杠杆。树状图让孩子更容易地完成分类归纳，帮助孩子养成分类思考的习惯。

五、结语

思维导图是一种革命性的思维工具，它可以增强人的思维能力，对记忆、筹划、沟通等要素起到关键性的帮助。在科学教学中使用思维导图，可以培养和提升学生的科学思维，发展学生的科学核心素养。思维导图可以作为一种记忆工具，能够帮助学生更好地记忆和理解探究实践中收获的信息。在科学教学中，可以根据不同学段学生的身心发展特点，针对不同类型的科学学习内容，使用不同的思维导图，帮助学生更好地组织和管理思维，培养和提升学生的科学思维。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022

[2]郝京华 路培琦. 《义务教育教科书 科学》（一年级下册）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2017.

[3]郝京华 路培琦. 《义务教育教科书 科学》（三年级下册）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2019.

[4]郝京华 路培琦. 《义务教育教科书 科学》（五年级下册）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2021.