基于思维可视化的小学生科学思维能力提升策略

引言：

小学生科学思维能力的发展是学生科学核心素养发展和形成的重要内容，创新小学科学课堂教学模式，培养学生科学思维，是当前小学科学教学改革的主要方向。然而，在实际科学课堂中，教师仅关注学生科学知识的学习和掌握、学生科学实践能力的发展，并未关注学生多元科学思维的形成和发展。应用思维可视化教学策略，将学生抽象的科学思维生成和发展过程以直观性、可视化形式呈现出来，能使学生体会科学思维的发展过程，在多元活动中促进学生科学思维提升。本文结合小学科学课堂教学经验，探究多元思维可视化教学方法，达成提升学生科学思维能力的教学目标。

一、设计自主学习任务，在可视化探究过程中发展科学思维

教育改革背景下，小学科学课堂教学关注学生的主体地位，为学生设计自主学习、自主探究多元任务活动，将抽象的科学知识转为可视化的学习任务，在明确的任务目标指引下开展有序的自主学习和探究活动，经历观察、思考、实践的思维发展过程，提升学生科学思维发展水平[1]。

例如教科版小学科学五年级上册第三单元“地球表面及其变化”单元教学活动中，重新整合单元教材内容，重构四个课时的教学活动。以第二课时“地球的地形地貌会改变吗”教学为例，学生已经掌握了地球地形、地貌的基础知识和常见的地形地貌，本节课需要学生解决地形地貌变化的原因，在探究过程中形成多元科学思维品质。课堂中，教师结合学生的学习基础和经验，在希沃白板上播放“水滴石穿”“岩石遇冷爆炸”的视频，并为学生提供生成式人工智能学习工具，由学生应用学习工具完成以下自主学习任务，在学习、思考与探究的过程中发展科学思维。

任务一：观察“水滴石穿”视频，思考导致该科学现象的原因，利用学习工具搜索与该科学现象作用相同的图片。

任务二：观察两个视频内容，思考是什么作用引起了地形地貌变化，学生利用学习工具搜索能够反映出多要素对岩石作用的图片。如动物、植物等。

在任务一中，学生自主观察与提炼视频中的科学信息，认识到“水滴石穿”是流水对岩石的作用，应用“流水”“改变”“岩石”作为搜索关键词，由生成式人工智能给出相关图片后，学生对图片内容进行分析，筛选出与视频内容最符合的图片，形成逻辑推理思维。

在任务二中，学生自主观察两个视频内容，创新思考在自然界中可能存在哪些要素对岩石产生作用，提出动物、植物等可能对岩石产生作用，并应用生成式人工智能技术开展搜索与验证，形成创新思维和批判性思维。

二、设计科学问题链条，在可视化操作活动中实现思维构建

在科学课堂中，设计科学问题链，以科学问题为导向，促进学生在层层递进的问题探究过程中加深对科学知识的理解和应用。同时，教师在课堂中为学生提供直观操作的问题解决工具，实现问题解决过程的可视化转变，助力学生构建科学知识体系、开展有逻辑的思考与探究，形成科学思维[2]。

例如教科版小学科学三年级上册“压缩空气”的课堂教学中，由于“空气”具有不可视化的特点，学生在学习过程中存在思维受限、学习困难。因此，教师设计能够推动学生动手操作的问题链，在问题引导下实现思维外化和可视化发展。

问题一：教师呈现学生生活中常见的气球和注射器，引导学生使用注射器将气体注入气球中，思考空气在进入气球是否出现了变化。在该问题探究活动中，教师给出隐藏材料 -- 橡皮塞，由学生在问题引导下，尝试将橡皮塞与问题联系起来，思考应用橡皮塞、气球、注射器探究气体的变化。在学生实践操作过程中，发现空气被压缩时空间会变小、空气被拉伸时空间会变大，在可视化操作过程中形成推理和概括思维。

问题二：使水和沙子代替空气，开展注射器操作活动，水和沙子是否会发生变化。在该操作活动中，学生无论如何压缩注射器水和沙子均不会发生被压缩的现象。随后，学生对空气、水、沙子的特点开展分析与思考，形成比较和推断思维。

三、构建可视科学模型，在解释科学现象中强化思维水平

可视化科学模式的应用能够将复杂、理解困难的科学现象、知识、原理等呈现出来，学生在构建可视化科学模型的过程中能够将自己对科学知识的理解可视化呈现出来，在学习、探究、分析、解释的过程中形成科学思维、提升科学思维发展水平。

例如教科版小学科学五年级上册“身体的运动”课堂中，课程内容围绕身体部位开展“运动系统组成”的讲解活动，要求学生掌握关节运动、保护关节促进关节生长的相关知识，存在抽象性特点。教师应用可视化科学模型，结合人体科学知识，使用人体模型开展理论知识讲解活动，并设计学生完成肢体动作、教师讲解的组织模式，促进学生科学思维发展。

比如，有的学生演示用手臂举起水杯的过程，教师模仿学生的动作，并使用人体模型对学生的动作进行慢动作再现。如教师使用人体骨骼模型举起水杯，由学生观察大臂、小臂、手掌、手腕以及相应关节的变化和运动状态，同时体会骨、关节和肌肉是如何相互配合拿起水杯的。

在该活动中，学生通过观察可视化科学模型，理解复杂的科学现象，实现形象思维、抽象思维的过程，提升学生科学思维发展水平。

结论：

总的来说，本文以思维可视化教学理念为引导，结合教科版小学科学教材，提出多元教学策略，推动学生在学习任务中、在解决问题中、在科学模型支持下，实现抽象思维的可视化、直观化，并在探究、操作与思考的过程中将复杂的科学概念、科学现象等转为直观理解的形式，丰富自身学习体验的同时，建立科学思维，提升科学思维发展水平。未来，在小学科学教育改革背景下，教师要关注学生主体地位，创新应用智能技术、先进教育理念等，创新科学教学活动，降低学生开展科学知识学习、科学探究实践的难度，促进学生创新能力、科学思维的综合发展，为培养综合素质人才奠定基础。

参考文献：

[1] 张菁 . 基于“思维可视化”的小学科学探究教学策略 [J]. 科学咨询 ,2022, (10): 254-256.

[2] 杜伟 . 小学科学思维型教学具象化处理策略 [J]. 教学与管理 , 2023,(29): 54-58.

作者简介：谢琼芳，女，福建省宁德福安市人，汉族，1987 年8 月出生，学历：本科，职称：一级。