图示模型表达帮助学生建构核心概念

〔摘

要〕

图示模型是用绘图的形式再现原形物体的本质属性，比如它的功能、结构、关系、变化过程等。《义务教育科学课程标准（2022年版）》要求，教师应立足学生核心素养的发展，聚焦核心概念，以了解四大科学领域的一些常见基础知识，并初步形成基本的科学观念。笔者发现在日常教学中尝试运用图示模型，可以帮助教师找准学生前概念，纠正错误的概念，辨析模糊的概念，从而建构科学的核心概念。模型是对事物现象过程的一种简化，是对事物现象过程、结构、机理整体的描述与呈现。科学模型是人们按照特定的科学研究目的，根据一定的假设条件，用物质和思维的形式再现原形物体的本质属性，比如它的功能、结构、关系、过程等。模型是认知世界的一种方式，模型无处不在，只要是有规律的事物，都可以用模型来表达。图示模型表达指的是学生在科学课堂学习过程中，用一些非常简洁生动形象的符号、绘画、图示的方式记录表达物体的功能、结构、关系、过程，这种记录与寻常用文字、表格、语言描述等方式，是有区别的。《义务教育科学课程标准（2022年版）》要求，教师应立足学生核心素养的发展，聚焦核心概念，以了解四大科学领域的一些常见基础知识，并初步形成基本的科学观念。科学教师应当精心设计相应的教学活动，初步认识科学的本质，掌握与认知水平相适应的科学知识。小学生在正式开展科学学习之前，可能已经通过多种途径获得了对有关现象的认识并形成了概念。由于年龄小，学生认识和理解能力受到局限，他们头脑中形成的概念可能是正确的，也可能是错误的、不清晰的。因此，“活动有余，概念不足”成为当前小学科学课堂普遍存在的问题之一。笔者尝试在课堂教学中采用图示模型表达的方式帮助学生建构核心概念。一、图示模型表达，了解学生前概念学生在新知识学习前，有着自己对科学概念、科学规律、科学现象的理解和认识。我们把学生这样的理解和认识称作前概念。正确的前概念对学生的学习有正面作用；学生头脑中那些原始的、不清晰的，甚至错误的前概念则对学生的学习有消极作用。那么，学生那些错误的前概念怎样才能被教师发现呢？笔者认为，有时候利用图示模型表达就可以帮助教师了解学生的前概念，尤其是针对表达能力有限的1～2年级的学生。小学生的思维和语言还在一个持续发展的阶段，他们头脑中的想法、解释在有些时候，是难以用准确的词语、清晰的表达来传递的。而图示模型可以让他们的想法和理解较为直白、清晰地表达出来，尤其是能让每一个孩子展现并互相交流自己的真实想法。由于小学生的学习以直接体验、感性经验为主，图示模型表达中绘图、符号等直白、形象，符合孩子的思维特点，也切合儿童认识科学世界的规律，因此，图示模型表达使孩子头脑中的思维可视化了起来。如“月相变化”教学片段：课件出示古诗《古朗月行》：小时不识月，呼作白玉盘。又疑瑶台镜，飞在青云端。问学生圆盘一样的月亮会在什么时候出现呢？学生大多第一个想到的是中秋节那一天。老师接着追问：但是一年中它只圆一次吗？学生会意识到这与现实不符。部分学生就能说出每个月的十五都会圆。这里需要强调一下，是农历的每月十五。（板书：农历十五）进一步追问：月亮除了有像白玉盘那样圆圆的，还有过其他形状吗？引出学生对月亮的其他形状的记忆，像眉毛，还有的时候是半圆形、大半个圆。借此机会教师提出，在圆缺变化过程中月亮的各种形状，叫月相。引导学生寻找月亮的形状变化的规律：请同学们分小组根据农历的日期，在老师准备好的纸板上把月亮发光的部分涂上颜色。从学生画的模型表达中可以了解到学生对月相变化的前概念中有正确的认识，如知道十五的月亮是圆的，知道月亮是逐渐从满月变为残月的等;但也反映出学生对月相变化前概念的一些模糊和错误认识，如各小组绘制的月相图中残月的大小、亮面的朝向等都有一些错误之处。这样，在图形表达中让学生充分暴露其前概念，便于教师在学生已有认知水平基础上有的放矢地组织教学。教师在课堂教学中利用富有儿童情趣的图示模型了解学生的前概念，帮助教师了解了学生在新授课之前的学习基础和认知状况，可以促使教师有效地寻找到教学的起点和突破教学重难点的方法，并帮助学生建立准确的概念，为后续的科学探究学习打下基础。二、图示模型表达，纠正错误的核心概念改变学生错误的核心概念有时候没有大家想的那么简单。不是背一背书、教师讲一讲就能纠正的。有的错误核心概念非常顽固，只有学生深刻理解和掌握了相应的科学知识，才能扭转他们的认知。要使学生拋弃错误的核心概念，死记硬背是不可行的，教师课堂上重复讲解也不一定有效。科学的事实用什么样的方式呈现给学生，才能诱发学生认知的冲突呢？制造认知冲突，可以使学生原有的前概念产生崩塌，并对建立新的认知产生强烈的需要。我们科学教师可以通过图示模型表达，让学生先用绘图、符号、图示来描述自己的前概念，再通过科学探究，让学生把现象和图示模型进行对比，当看到的现象无法用自己的科学前概念来解释时，正确的核心概念与学生的元认知产生冲突，教师此时要做的就是让学生对错误的核心概念进行反思，提出新的解释。如教学《把盐和糖放进水里》这一课，2022年版科学新课标对于1～2年级的要求是：能操作简单的实验，观察和描述这些物质在水中的溶解现象；对生活中的溶解现象产生探究兴趣，能描述观察到的现象。对于盐的溶解的内容学生已经有了一些自己的观点。比如，有学生认为，物质放入容器中过一段时间就会被水慢慢吸收，有学生认为物质溶解在水中后，容器底部浓度会更大点。显然学生头脑中关于溶解的核心概念是错误的，但他们都坚持自己的观点。为了帮助学生纠正错误的核心概念，笔者设计了观察赤砂糖溶于水的实验（由于赤砂糖溶于水后能使水变成棕色，所以更容易观察溶解的过程）。实验的过程：第一步，把赤砂糖倒入水中，此时不搅拌，直接观察水中赤砂糖的变化，教师请学生从溶液的上下左右等不同的角度观察水和赤砂糖，记录发现；第二步，学生进行首次搅拌，但是只进行五次搅拌，停止搅拌继续观察水中赤砂糖的变化，把发现记录下来；第三步，学生进行第二次搅拌，这次需要一直搅拌，直到看不到赤砂糖颗粒，观察现象。在实验的过程中，笔者指导学生一边实验，一边让学生用图示模型记录下来，结合图示模型，学生清楚地发现赤砂糖一放入水中就开始溶解，水的颜色开始变化，搅拌加速溶解后，整个容器里的水都变成了棕色，溶解后的溶液颜色均匀。这说明糖在水中的溶解過程是均匀的，且立即就进行溶解。这时学生恍然大悟，原来认为“盐放入容器中要过一段时间才会被水慢慢吸收”是错误的，而“盐溶解在水中后，容器底部浓度会更大点”的认识也是错误的。通过图示，学生了解了盐在水中溶解的正确核心概念，这与学生原先的错误概念产生冲突；由于图示模型表达直观、清晰，学生很快将原先错误的概念纠正过来。在弹力、摩擦力、浮力的教学中，用箭头符号来描述力的方向，要比教师、学生口述简明直白得多。在分析下沉的物体是否受到水的浮力这一难点时，教师先让学生画一画水中物体的受力情况，四年级学生虽然没有学过二力平衡，但是用箭头方向表示浮力、重力方向，用长短表示力的大小，学生是能理解下沉的物体也受到浮力，但由于浮力比重力要小，所以这些物体不能浮起来这一科学概念的。利用图示模型表达帮助学生纠正错误的核心概念，同时，还可以较好地帮助他们认识错误的原因，从而建立正确的核心概念。三、图示模型表达，辨析模糊的核心概念科学课上的概念多是由文字表述的，而很多事物的特征由于相近或相似，用语言表达概念时，往往意思相近。在实际应用时，学生很难准确把握概念从而出现差错。这些相近的概念如果不能让学生准确掌握，学生就会出现认识上的模糊，从而导致对知识掌握得一知半解。笔者尝试用图画的方式指导学生进行辨析、比较，让学生一目了然，从而有效地帮助学生构建科学的概念。《认识岩石》这一课，2022年版科学新课标这部分的要求是：学会通过观察和使用简单工具，比较不同岩石的颜色、坚硬程度、颗粒粗细等特征。在教学研究岩石特征时，笔者让学生观察了几种岩石后，让学生说说各种岩石的特点，并设计了以下表格让学生分组填写。以下是经汇总后学生填写的答案。在教学过程中，笔者发现，学生根据“结构”一栏填写的内容，在对笔者拿出的有关实物进行分辨时，出现了差错。有的学生把砂岩当成了石灰岩，有的学生把花岗岩当成了砂岩。为什么会出现这种情况呢？笔者经过了解，发现是文字的表达使学生造成了困惑。因为学生经过对岩石观察后得出的岩石结构的文字表述相似：它们都是由大小不一的颗粒组成。这就形成了学生对岩石结构模糊的核心概念。虽然每块石头都是由石砾组成，但是组成岩石的石砾的大小和形状等特点是各不相同的。显然学生在建构岩石“结构特点”的概念时不能全面认识和表述。如果用图示模型的方式来表达，帮助学生认识岩石的结构特点，效果可能更好。于是，在另一个班级教学时，笔者指导学生观察岩石的实验结束后，让每位学生根据写出的文字概念，再对照实物，画出岩石的简易图示。通过画图学生就可以进一步明确不同岩石的特征：组成花岗岩的石砾均匀而稍大；组成砾岩的石砾大且分布很不均匀；组成石灰岩的石砾细小且分布密集。这样一来，原来根据语言描述比较模糊的概念一下子变得清楚明白了。笔者再找出不同的石块让学生辨析时，学生的正确率和学习的积极性都大大提高了，真是一举两得。图示模型表达对于帮助学生辨析模糊的概念确实有用，因为图示模型可以将抽象的文字符号具象为具体生动的图画，而学生对通过符号认识事物明显更加适应，这样，教学中，老师和学生一边认识文字概念，一边动手绘画，不仅对概念的认识和理