将“心智脂肪”转化成“心智肌肉”

-----小学科学教学中“思维可视化”的教学初探

武进区李公朴小学  吴梦佳

摘要：心智脂肪是学生大脑中知识进行了填鸭式的堆积状态，心智肌肉是学生对知识的习得进行了知识线、思维线和心理线三重建构状态。小学科学作为一门科学启蒙课程，注重通过动手实践、思维参与和内心发展，共同实现科学核心素养的形成。纵观常态科学课堂样态，结合小学生思维特征，我们通过思维可视化的教学策略，创设可视化教学环境、把握可视化探究节奏、把脉可视化学习效果，实现“心智脂肪”向“心智肌肉”的成功转型。

关键词：思维可视化、心智脂肪、心智肌肉

正文：

课堂短板：心智教育中存在心智脂肪

现象一：笔者观察了近几年小学综合试卷：四年级的考卷和六年级的考卷，试卷上出现了占比较多的科学题目，多数题型为选择题，这些题目偏知识点的考察，学生只需要记住科学概念和部分实验操作技巧、步骤，就能很好答题，所以在常态听课过程中，笔者发现教师进行了一种填鸭式的式教学，把学生的大脑当作知识点的容器，教师把自己知道的知识或者认为会考的知识，直接强塞给学生，学生的大脑中形成了低品质实施堆积的教学，这是一种肤浅的（未能揭示学科思维本质及规律）、凌乱的（缺乏联系）、僵化的知识（难以迁移），看似满腹经纶的学生，实则是一个“心智脂肪”性的学生，随着低品质知识亮的堆积，学生自身危害重重。

现象二：笔者观看了二年级《推和拉》一课的教学，关于教学重点“力有大小和方向”的教学片段：

师生交流生活中的推和拉现象。

师：什么是推，什么是啦？

生：推是向外用力，拉是向内用力，（生动作示范）

师：看了同学的解释，你有什么发现吗？

生：回答不到教师想要的答案上来。

师辅助指点回答：力有方向。（上述问题是针对“辨别力”开展的活动，活动结束时，教师却要学生回答“力有方向”，有种牛头不对马尾，教师自身没带着问题进行活动，误导学生。）

谈话：同学们不仅能辨别推和拉的动作，还同桌合作感受了推和拉的体验活动，知道了推力和拉力。

师：我们进行挑战活动“大力士挑战”：用拉力器进行拉力比赛。

生：两生上台进行拉力比赛，发现一位拉得长，一位拉得短。

师：谁力气大？说明了什么？

生回答不上来。

师辅助指点回答：力有大小。（这个回答学生很含糊，因为“力气大”与“力有大小”没有直接的逻辑关系。）

上述教学案例中，教师为了完成教学重点“力有大小和方向”，进行了看似有体验探究的活动，但是我们看不到学生思维在动，这种动，体现为思维暴露、思维交流、思维争辩、思维生成等；我也也看不到学生的心里线有变化，这种变化体现为在活动中产生的好奇、冲突、顿悟、奖赏等；我们也没看到学生自助构建概念，这种自主构建，体现为学生根据教师设计的有层次的活动，步步生成概念。我们只看到了教师告诉了学生书本知识“力有大小和方向”，这种填鸭式的硬塞知识点，会造成心智脂肪的形成。哲学家斯宾赛曾说：“作为心智脂肪储备起来的知识并没有用途，只有变成了心智肌肉才有用”。根据艾宾浩斯的遗忘规律，学生容易遗忘或者要花很长时间死记硬背，影响学习效率；站在学习效度上分析，学生没有实现“授人以渔”的技能掌握，属于无意义学习。所以，上述两种现象中的学生，他们的心智体验和心智发展很浅或者就是没有。

策略跳板：思维可视化能促进心智教育中心智肌肉的养成

 要把“心智脂肪”转化成“心智肌肉”的有效途径，是采用“思维可视化”教学策略。所谓“思维可视化”，就是通过图形、情境、实验以及思维导图，直观、生动、动态、完整地表征学生的思维，将隐形的思考方法、思考路径显现出来，让学生全方位看清楚自己和同伴的思维，从而促进科学探究活动有效开展,培养学生的科学思维能力，提升学生的科学思维品质。

根据皮亚杰的认知发展理论，他把认知划分成四个阶段，小学生正处于第二阶段“形象思维向抽象思维的过渡阶段”。这个阶段的思维有四种特点：一是单向思维占主导，只有直观的现象才能引起他们的注意；二是感知思维占主导，思维的发展受限于生活经验，对于生活经验以外的知识难以理解；三是呈现出开拓性和跳跃性的思维特点，再加上抽象概括和语言能力较弱，表达常常杂乱无章；四是具有片段化和模糊化的思维特点，思考难以全面、深入。因此，学生的思维犹如“暗盒”般不可见。针对小学生的思维特征，加上学生对图示语言更加敏感，可借助思维可视化为跳板，顺利的完成心智肌肉的发展及过渡。

所以，思维可视化就是支持学生实现心智肌肉的一种非常有效的学习策略，运用这种策略就可以帮助学生在完成知识建构的过程中发展他的心智水平，即实现“核心素养”的发展。因为在运用思维可视化建构知识的过程中（知识线），必然要经过问本质、理关系、建结构、明策略等一系列思考过程（思维线），同时学生也要经历从好奇、冲突、顿悟、奖赏的心理体验过程（心里线）。也就是说，运用思维可视化策略学习时，通过知识线、心理线和思维线，三线同时发生，促进心智教育中心智肌肉的养成。

教学样板：思维可视化教学初探

    一节科学课能同时呈现学生的“知识线”（明显）、“心理线”“思维线”（暗线），是我们科学老师的追求。在长期的教学实践和教学理论指导下，我们以“思维可视化”为教学策略，通过数据呈现科学思维教学、用关键问题呈现思维步骤、用测评工具检测效度，实现可视化教学环境、可视化探究步骤、可视化学习效果。

1.用数据呈现科学思维教学，创设可视化教学环境。

   科学数据是学生在寻找证据环节中最重要的证据，所以，首先我们要确保数据的科学性和精准度，然后，我们可以对数据进行各种能揭示激发思维的处理，创设一种可视化的学习环境，探寻数据背后抽象或隐形知识的可视化，促进新概念的理解和建构，提升学习力和表达力。

（1）制作能体现数据分析的表格。搜集证据的表格是有讲究的，我们的表格

设计要便于学生的直观思维分析，才算是有价值的表格。在研究“摆的快慢与什么有关”时，我们对“摆线长短”、“摆锤重量”、“摆幅大小”的实验记录表格进行设计，制作三张数据表格，学生实验结束后，看着自己的数据表格，进行数据分析，透过数据，就能一目了然地看到“摆的快慢与摆线长短有关，与摆锤重量、摆幅大小无关。”这是数据表格的可视化魅力，它能无形中安排每个数据的位置，只有每个数据都“各司其位”，才能便于我们直观看到科学概念。在研究“热水降温规律”的活动中，我同样设计一张数据表格，表格中有对应六个测试时间的温度记录表，以及先后两次测量温度的温差（增加的这一栏数据表格），这样可以提示学生的思维朝着正确的方向去思考，看到这组温差变化的数据后，学生自然就能看到现象背后的隐形的规律。
  （2）绘制能体现数据证据的统计图。电脑上可以选中我们搜集到的数字表格记录单，转化成各种图形，如柱状图、曲线图等。当我们搜集到了大量的实验数据后，仅仅对数据进行比较一一比较发现，对于学生来说还说是有难度的，此时我们可以教会学生“数据转化成统计图”的方法。例如在研究“摆的快慢与什么有关”的时候，我们把全班的数据进行大数据分析，绘制成三张统计图，第一张统计图：横轴代表摆线长短，竖轴代表摆动次数，我们可以更直观的看到一条“由高变低”的斜线，清楚的看到“摆线越短，摆得越快，摆线越长，摆的越慢”；第二张统计图：横轴代表摆锤重量，竖轴代表摆动次数，我们看到了一条平行得直线；第三章统计图绘制出来后，也是一条直线。

  （3）横向对比同类数据。教师要引导学生分析数据、处理数据、仔细观察数据:横向比较，你有什么发现?纵向比较，你有什么发现?哪几次的数据是一样的?数据与数据之间差别大吗?影响准确度的原因是什么?如果再继续做实验的话，你估计会是怎样的数据?像这样一步一步引导学生思考、讨论，各抒己见，就会促进学生思维火花的碰撞，而正是有了这样的讨论和分析，学生分析数据的能力才能一步步得到提升。例如，在制作一个“在10秒钟摆动15次的摆”，这是教材上第二课时的内容，教师放手让学生自主探究，摆动次数多了，就加长摆线，摆动次数少了，就缩短摆线。这样一个看似充探究的活动，其实就是一个机械操作，因为第一课时全课都在做这件事，我们应该做的是把上节课学生的实验数据拿出来，寻找到摆动15次的摆，摆线有多长，然后直接制作对应长度的摆，反正我们的思维方法是正确的。这是充分发挥实验数据的最大价值，同时也是一种思维方法。再如，在研究“呼吸和心跳”的时候，看自己的在“运动前、运动中、运动后”的呼吸和心跳，你会发现“呼吸快，心跳也加快”等知识，但是教师引领学生横向比较全班同学的这些数据的时候，你又会有新发现。所以我们要引领学生掌握对比同类数据的能力，提升他们的思维能力。

2.用关键问题呈现思维步骤，把握可视化探究步骤。

 在探究的重要环节，教师应该提一系列有追问价值的问题，暴露学生的已有思维，在每次的追问交流中，修改完善自己的思维，确保教师能掌握学生在探究过程中的思维轨迹和思维状态，从而有针对性的调整探究的节奏。例如在研究”岩石性质“的时候，教师呈现了五块岩石（花岗岩、砂岩、大理岩、石灰岩），从 “光滑度、硬度、是否有气孔、成分研究”四个方面进行研究，我通过关键问题的讨论，引导学生出声思维的可视化：（1）每个方面可以怎样研究（摸和看、小刀划、放入水中、滴稀盐酸）。（2）怎么划才公平？（用相同的力气划一下）。（3）实验的先后顺序有要求吗？为什么要这样的操作顺序？（先看--再划--再放入水中--最后滴稀盐酸），（4）滴稀盐酸前，有什么要做的？（用餐巾纸吸干水分，再滴），通过以上四个关键问题，我制作了动图，展现学生的思维步骤，便于实验的精准节奏和科学性。在研究《推和拉》的时候，生生示范“推力大力士”比赛和“拉力大力士”比赛，我通过关键问题的讨论，引导学生出声思维的可视化：（1）谁能用“直线+箭头”画出这两位同学的推力？谁能画出这两位同学的拉力？（2）你是怎么判断他是推力大力士的？你是怎么判断他是拉力大力士的？（3）通过推力和推力的比赛，拉力和拉力的比赛，你发现了什么？（4）看黑板，同样都是推力，有什么不同？同样是拉力，有什么不同？通过以上四个关键问题的引导，学生的思维在动起来，在经历思考、推理、分析、概括等，同时教学概念也主动建构起来“力有大小和方向”。因此，在关键问题研讨过程中，“可视思维”与“出声思维”相互转化，既是一种思维“呈现”，又是一种信息“反馈”。

3.用图示工具检测效度，把脉可视化学习效果。

大脑对“图”非常敏感，图示的直观性与思维的结构性、概括性结合起来，提高了思维信息传递及加工的效能，这些科学知识、概念更容易被理解、被评价、被迁移。思维导图、概念图、鱼骨图等图示工具是帮助学生搭建思维支架的好工具，以图文的形式，把科学问题的探究或科学概念层层表现出来，形成思维链接网络，形成一种可视化的思维图表。教材经常呈现主题探究序列化的单元内容，我们可以在单元最后一课，组织学生采用“概念图、思维导图、鱼骨图”等方法，整理本单元的学习内容，把每节课中的知识点融会贯通，实现相关概念的连结，让每节课的概念不再孤立的形式存在于大脑中，也便于记忆。如在执教《地球的形状》一课时，为了让学生感受到人类对地球探究的热爱和坚持，我会采用鱼骨图的方式组织学生自学，学生画出这张鱼骨图的同时，他们的内心是有触动的，也就是心理线有了发展。在执教《不用种子也能繁殖后代吗》和《种子繁殖》后，我会组织学生对“繁殖”进行概念图的绘制，让学生在整理知识点的同时，也巩固检查自己学习效能。在研究“未来人工智能有哪些功能”的时候，我会采用思维导图的方式展开研究，当我们看到学生的思维导图分支越来越多、思维导图的层级越来越多时，我们还能看到的是学生思维的不断拓宽和拓深。

结语

冯•格拉塞斯菲尔德建议：“教师必须要关心学生头脑中发生的事情，要倾听学生，解释学生所做的，并试图建立起学生概念结构的‘模型’。” 因此，在科学教学中，我们要需要通过行之有效的教学策略，实现学生“知识线、心理线、思维线”同时发生，顺应新课改和新课标的趋势，顺势而为，让每个孩子在科学殿堂中实现“心智脂肪”向“心智肌肉”的转化，更好的为学生的核心素养奠基。