方 華 上海市黃浦區(qū)徽寧路第三小學

一、知識結構圖的界定

美國康奈爾大學心理學家諾瓦克和高登提出知識結構圖是由知識節(jié)點和邏輯連線組成的，反映知識之間相互關系的結構表征圖，也是一種表示、檢查、修正和完善知識結構的認知工具和策略。

從以上描述中可以看出，知識結構圖是由有邏輯關聯(lián)的知識點構成?，F(xiàn)在科學學科注重學生對知識之間關聯(lián)性的理解和掌握，提升學生的科學素養(yǎng)。單課設計相比單元整體設計需要具體化的知識及其結構性，促使學生對單課知識點有結構性認知，所以知識結構圖就是依據(jù)單課知識點和學科內在的邏輯，將探究過程中得到的知識用直線和符號連接起來，構成了一個有結構的知識圖示。

知識結構圖是將概念詞匯通過直線連接起來，構成一個結構清晰的關系圖，以方便學生清晰地縱觀整個知識脈絡，而且學生記憶起來也更加容易。知識結構圖不僅可以了解學生對知識點的理解，也可以看出學生對知識框架的掌握情況，是一種評判學生對知識理解水平的手段。

二、設計知識結構圖的作用

知識結構圖主要展示了概念之間的聯(lián)系，使得知識從陳述性轉向程序性，加深了學生對自己所學知識的掌握，使得記憶更加持久，從而提高了學生的學習效果。知識結構圖雖是一種輔助教學工具，但其在教學中的作用不容小覷。

（一）新課導入工具

作為新課導入工具，可以幫學生理解掌握中心概念的組成；作為復習工具，可以幫學生快速厘清已學的知識；作為評價工具，可以優(yōu)化評價結構。

小學自然中涉及的基本概念很多，因此，選擇合適的方法講授新課，才能讓學生更好地理解掌握新的抽象概念。利用知識結構導入新的課程，可以有效解決這一難題。

使用知識結構圖時，可以將核心概念詞匯放在中間位置，將其他的相關概念放在周圍，然后用箭頭將概念連接起來，這樣就形成了發(fā)散式的關系圖。知識結構圖主要是將概念詞匯通過直線連接起來，構成一個結構清晰的關系圖，以方便學生清晰地縱觀整個知識脈絡，而且學生記憶起來也更加容易。在應用知識結構圖時，要按照步驟一步一步地構建，先要把中心點確定，然后圍繞中心點找出概念知識，分析并排列。知識結構圖是一種有層次的知識圖，因此，當將相關概念全部羅列完后，接著需要把各詞匯之間的關系弄清楚。把含義較為廣泛的概念詞匯放置在圖的頂端，然后進行逐一排列。這種知識結構圖的層次設置比較少，并且同一層之間的各種概念都是獨立存在的，因此，可以幫助學生理解和掌握中心概念的組成。

（二）教學評價工具

知識結構圖不僅可以了解學生對知識點的理解程度，也可以看出學生對知識框架的掌握情況，是一種評判學生對知識結構理解的手段。學生通過知識結構圖，可以認識到自己的不足，從而進行反思與改正，使自己的知識結構更加完善；教師通過看學生設計的知識結構圖，可以了解其知識掌握和理解程度，反思、評價教學過程中存在的問題，進行實時改進。首先，教師應該引導學生去反思自己的學習情況，然后再對學生畫的圖進行評價，這樣就可以更好地引導學生去掌握學得比較欠缺的知識點。其次，教師通過具體分析學生的手繪知識結構圖，可以發(fā)現(xiàn)大部分學生在學習某些知識點時存在的問題，通過進一步的講解，幫學生掌握與理解這些知識點。最后，教師也可以讓學生結合知識結構圖進行自我評價。此外，繪制知識結構圖也有利于學生厘清學習的思路，幫學生實現(xiàn)理性學習的目的。因此，在進行教學評價時，教師應該突破傳統(tǒng)的單一評價方式，有效地將知識結構圖這一工具應用其中。

三、設計知識結構圖

（一）設計建構知識結構圖的路徑

設計建構知識結構圖的路徑一般包括五個步驟：分析單元知識結構圖、分析教學內容與學情、細化單課知識點、創(chuàng)建聯(lián)系、形成知識結構圖。具體操作路徑如圖1所示。

圖1 設計建構知識結構圖的路徑圖

1.分析單元知識結構圖

單元知識結構基于主題內容結構，知識結構圖又基于單元知識結構。如果單元知識結構圖中牽涉的單課知識內容及其關聯(lián)和教材的內容完全一致，知識結構圖可以從單元知識結構圖中按單課知識內容逐一完整拆分，一般以課時劃分為依據(jù)，直接形成知識結構圖。更多的是在單元知識結構圖中按單課知識內容尋找的相應部分并不能和教材內容完全一致，或者無法包含整個單課內容，那就要根據(jù)教材單課知識內容及其關聯(lián)和學生情況進行進一步的細化和設計，再形成知識結構圖。

以小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”單元為例。單元知識結構圖如圖2所示：

圖2 “感知外部世界”單元知識結構圖

從圖2 可以看出，整個單元由四個課時構成，每個課時都是以人體某個感覺器官的結構和功能為知識點，從邏輯上各知識點呈并列關系。以本單元第一節(jié)課“眼睛的作用”為例。從單元知識結構圖中找到關于眼睛的結構與功能的以下部分，作為設計知識結構圖主要依據(jù)（如圖3 所示）。其中眼睛的組成部分并沒有全部羅列進去，是根據(jù)《小學自然學科教學基本要求（試驗本）》的知識要求所作的處理。

圖3 “眼睛的作用”單課知識邏輯圖

2.分析教學內容與學情

圖3 顯然不是我們需要的知識結構圖，它展現(xiàn)的是粗線條的知識點和知識點之間的邏輯關系，我們需要基于圖示來分析教學內容，了解學情。根據(jù)圖示分析教學內容需要考慮到知識點是否在課標和教材范圍內，學生對其探究需求的程度，以此來分析細化圖上的知識點。了解學情是為了更好地確定知識點，知識點應該難度合適且符合學生需求。知識的獲得與形成結構要通過探究活動實現(xiàn)，所以知識點要細化和具體化，才能落實到位，讓活動設計有的放矢。

例如通過小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”單元第一節(jié)課“眼睛的作用”，可以分析出單課知識內容有兩點：①人的眼睛結構；②眼睛各部分功能。

分析學情可以了解到學生通過以前的學習及生活經(jīng)驗，知道眼睛能接收很多外部信息，能說出眼睛的一些組成部分名稱，但是沒有全面了解人眼的具體結構，對人眼的工作原理、眼球內各部分協(xié)同工作知之甚少。在教學中，學生往往會產(chǎn)生“為什么人要用雙眼”的問題。這個問題教材中也是有的，探究難度不高，通過簡單的對比實驗即可認識，而且對學生掌握視覺形成的相關知識是有幫助的。根據(jù)學情分析，在單課知識內容上加入“雙眼比單眼在視覺上有優(yōu)勢”的內容。

現(xiàn)在可以進一步完善單課知識內容。將原本的知識內容完善為“物體發(fā)出的光線通過角膜、瞳孔、晶狀體后在視網(wǎng)膜上形成像，并通過視神經(jīng)被大腦感受到，我們就看到了物體”；增加知識內容。

完善后的單課知識內容如下：

①人的眼睛主要由角膜、瞳孔、晶狀體、視網(wǎng)膜與視神經(jīng)等構成；

②物體發(fā)出的光線通過角膜、瞳孔、晶狀體后在視網(wǎng)膜上形成像，并通過視神經(jīng)被大腦感受到，我們就看到了物體；

③雙眼比單眼在視覺上有優(yōu)勢。

3.細化單課知識點

完善后的單課知識內容還不能形成知識結構圖，必須要將其細化為更具體、學生可以接受的語言所描述的知識點。在“眼睛的作用”一課中，三個知識內容中人的眼睛結構是顯性的知識點，無需細化，而眼睛看到物體的原理和雙眼的功能并沒有完全在知識點中顯性出來，并且學生在理解知識的時候會產(chǎn)生疑問：“視網(wǎng)膜上的像是倒的，為什么我們看到的像是正的？”“雙眼為什么會比單眼有優(yōu)勢？”所以單課知識內容需要進一步地細化為單課知識點：

①眼睛的組成包括角膜、瞳孔、晶狀體、視網(wǎng)膜與視神經(jīng)等；

②角膜、瞳孔、晶狀體能讓物體的光通過；

③視網(wǎng)膜能形成物體的像；

④視神經(jīng)能傳遞信息到大腦，大腦能翻轉倒立的像、能組合雙眼看到的像；

⑤雙眼的好處在于視野范圍大、能產(chǎn)生立體視覺。

4.創(chuàng)建聯(lián)系

細化的知識點之間是有著聯(lián)系的，要確定是并列關系還是遞進關系。如果是并列關系，那么知識點的順序是可以前后調換的；如果是遞進關系則不能隨意調換知識點的順序?！把劬Φ淖饔谩奔毣闹R點從知識邏輯來說，明顯呈現(xiàn)遞進關系，即眼睛的組成→眼睛各部分功能→眼睛各部分的協(xié)同工作→雙眼的好處。那么知識結構圖的構建必然從細化的知識點眼睛的組成開始，然后是眼睛各部分的功能，再是大腦的作用，最后是雙眼的好處（如圖4所示）。

圖4 “眼睛的作用”單課知識聯(lián)系圖

5.形成知識結構圖

各個細化的知識點建立聯(lián)系后，就可以建構知識結構圖。因為知識結構圖依據(jù)的是單課知識點和知識點之間的邏輯關系，所以建構過程中必須加以體現(xiàn)。在知識結構圖的形式上既要有單課知識點的描述，也要有符號加以連接，并且符號上有連接詞進行串聯(lián)。知識結構圖的構建方式有很多種，如括弧法、云朵法、樹狀法等，本文中所采用的知識結構圖用自左向右的橫向樹狀圖表示。

在構建過程中確定關鍵概念，也就是單課所要探究的最終目標或對象。一般可以從課題中進行尋找或總結。例如，課題“眼睛的作用”的關鍵詞就是“眼睛”。在圖3 中，角膜、瞳孔和晶狀體的功能是一致的，將其用大括號合并在一起。而雙眼的優(yōu)勢被單獨列出，實際上它是可以和大腦能組合雙眼看到的像這個知識點聯(lián)系起來的，所以可以將其變成這個知識點的一個分支呈現(xiàn)。最后形成知識結構圖（如圖5所示）。

圖5 《眼睛的作用》知識結構圖

（二）設計建構知識結構圖的要點

1.基于單元整體知識的結構設計知識結構圖

單課教學實施，必定基于主題內容之下。主題內容是知識結構化的重要表現(xiàn)，它是依據(jù)課程標準，圍繞某一核心內容組織起來的。雖然是單課，但學生需要在教師的引導下，全面把握知識內容的本質聯(lián)系，如果單純地學習單課知識，容易讓學習停留在表層，缺乏學習深度。所以在知識結構圖的設計過程中，教師要有單元整體設計的觀念，前后單課要有聯(lián)系，若干單課結合起來要能反映整個單元的知識結構。

有聯(lián)系的單元知識結構圖能更加清晰地呈現(xiàn)單元中知識及其聯(lián)系，是教師設計單課可以參考的有價值的工具。當然，知識結構圖是知識的提煉，不能照搬單元知識結構圖，要根據(jù)教學內容、學情、理解程度、學習過程對知識結構圖進行細化，完善建構整堂課的知識結構。例如，小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”單元第一節(jié)課“眼睛的作用”從單元知識結構圖中首先找到了單課的兩個知識點。（詳見圖3“眼睛的作用”單課知識邏輯圖）經(jīng)過一系列的分析，最終細化出四個具體的知識點，添加了一個知識點，這樣用五個知識點來構建知識結構圖，完成了基于單元整體知識結構來設計知識結構圖的過程。

2.知識結構圖主要羅列學習結果

在學習單課教學內容之前，學生的頭腦里并非一無所有，而是有著一些零散的已有知識或經(jīng)驗，分別來自低階的學習、課外的閱讀或生活中的經(jīng)歷。這些知識或經(jīng)驗有些是與教學內容一致的，有些是不完整的，或者矛盾甚至背道而馳的。因此，教師首先要清楚主要羅列的學習結果，準確地幫助學生共同建構知識結構圖。利用知識結構圖對整個知識內容進行梳理，呈現(xiàn)給學生的必須是正確完整的知識以及知識之間的聯(lián)系，以此幫助學生建立結構化的知識體系，養(yǎng)成整體把握知識的良好習慣。

在探究中，每一個知識點都是學生通過學習活動獲得的成果，源自學生親身的探究。教師引導學生將它們用知識結構圖來呈現(xiàn)，并幫助學生理解知識間的關聯(lián)，久而久之，使學生形成構建知識結構圖的能力。例如，小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”第一節(jié)課“眼睛的作用”的知識結構圖。在這個結構圖中，每一個箭頭都羅列了細化的知識點，學生整堂課的學習結果一目了然。

3.正確表述學習結果和補充的事實性知識

設計的知識結構圖必須保證學習結果的正確性，最好的方法就是逐行讀一讀知識呈現(xiàn)的結果，并與預先設定的知識點進行對比。

有些事實性知識在單元知識結構圖上沒有呈現(xiàn)，但在教材中有所體現(xiàn)，或者是學生會提出相關問題，那就需要在知識結構圖上補充上去。例如，小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”單元第一節(jié)課“眼睛的作用”中的知識點“雙眼好處在于視野范圍大、能產(chǎn)生立體視覺”并沒有出現(xiàn)在單元知識結構圖上，但由于教材中有所呈現(xiàn)，對于單課知識結構有著補充的作用，所以可以在知識結構圖上添加上去。但是有些事實性知識超出課標要求就不適合在知識結構圖中呈現(xiàn)。

4.創(chuàng)建聯(lián)系時確定選擇合適的連接詞正確表達邏輯關系

設計的知識結構圖要有可讀性，可以幫助學生迅速理解和掌握單課知識結構。在設計知識結構圖過程中，每一條分支從頭至尾連起來都可以讀成一句通順的話，這句話一般都和教學目標中的知識內容相符。其中連接詞尤其重要，連接詞不僅要把幾個詞語或短句連成通順的句子，還要準確表達其中的聯(lián)系。一般使用比較多的連接詞如“能”“可以”“包括”“有”等；有些連接詞表達的是唯一性的結果，例如“是”“有”等；有的連接詞表達的是非唯一性的結果，例如“可以”“如”等；還有些是表達范圍的連接詞，例如“包括”“組成”等，教師面對知識點及其之間的聯(lián)系要靈活準確地使用連接詞。

例如，在小學自然科教版第十冊第3 單元“感知外部世界”第一節(jié)課“眼睛的作用”的知識結構圖中讀出的結論：眼睛的構成包括角膜、瞳孔、晶狀體、視網(wǎng)膜和視神經(jīng)。這里的連接詞使用了“包括”，說明除了列舉的五個部分外，還有其他部分并未呈現(xiàn)。雙眼的好處如視野大、產(chǎn)生立體視覺。這句的連接詞使用了“如”，說明雙眼還有其他的好處。如果將“如”改為“是”，那就是說明雙眼就只有這兩個好處。

5.構圖后核查知識結構圖

構圖完成并不意味著萬無一失，必須根據(jù)先前細化的知識點逐一核查其準確性，保證無遺漏，無錯誤，特別是構圖后由于用詞不當、連接不當可能會造成的錯誤。例如，小學自然科教版第十冊第3 單元《感知外部世界》單元第一節(jié)課“眼睛的作用”的如下知識結構圖中眼睛組成部分視神經(jīng)下少了省略號，會讓學生誤以為眼睛的結構就是這五個，另外缺少了體現(xiàn)雙眼的好處部分，通過核查修改形成完整的知識結構圖（如圖6所示）。

圖6 “眼睛的作用”知識結構圖修正過程圖示

知識結構圖的核查需要完整地讀整個結構圖，如是否可以讀通，是否呈現(xiàn)了正確的知識關聯(lián)；還需要截取部分內容，朗讀每一條知識是否讀得通，每一句知識是否精確。這要求連接詞的準確性和合理性。

四、運用知識結構圖的反思和展望

（一）反思

1.設計知識結構圖為學生形成科學觀念積累事實

認知心理學認為“把心中生動的形象和言語或抽象資料聯(lián)系起來，可以更輕松地在記憶中建立聯(lián)系，檢索資料”。設計知識結構圖，利用圖示的特點，將知識點及其聯(lián)系的描述變成生動的形象，在這個生動形象中呈現(xiàn)抽象語言，利用直觀的方式幫助學生積累事實。由于知識結構圖強調知識的關聯(lián)呈現(xiàn)，可以使學生形成能檢索的長期記憶。連續(xù)的知識結構圖能讓學生不斷積累事實及其關聯(lián)，逐步建構單元知識體系，這種積累事實的方式和技巧，有利于學生形成知識關聯(lián)的科學觀念。

2.設計知識結構圖有利于培養(yǎng)學生的分析思維和批判性思維

《義務教育科學課程標準（2022年版）》針對科學探究目標提出八大要素，其中“搜集證據(jù)”和“得出結論”要素都明確提到分析思維的方法，其他要素也涉及分析思維，這意味著分析思維貫穿科學推理的始終。知識結構圖呈現(xiàn)的是知識關聯(lián)，面對各知識點需尋找其中的關聯(lián)，建立單課知識結構，學生需要進行大量的分析。知識結構圖作為可視化思維工具，能更加生動、形象地表現(xiàn)各個知識點之間的內在邏輯關系，圖像相比單純的文字更容易讓學生認識和理解，幫助他們進行各類分析活動。所以通過知識結構圖可以引導學生由點及線、由線及面地理解基礎知識，把握各個知識點之間的內在邏輯關系，培養(yǎng)學生的分析思維。

美國學者羅伯特·恩尼斯認為求真、反思、審慎、質疑是批判性思維的特點。學生通過知識結構圖，可以驗證自己的探究實踐成果，從中認識到自己的不足，從而進行反思與改正，形成批判性思維。批判性思維能夠在證據(jù)和結論之間建立聯(lián)系，而知識結構圖中有著知識間聯(lián)系的認識和反思，這也為學生的批判性思維提供了更多嘗試的機會。長期的嘗試，有利于培養(yǎng)發(fā)展學生的批判性思維。

3.設計知識結構圖有利于提高教師教學設計能力

要設計知識結構圖，教師必須不斷提升對小學階段科學內容的結構、知識體系的認識，從整體到局部再到單課，從“大觀念”到“大主題”再到單課。因為在設計知識結構圖的過程中，教師必須加深對每條知識的理解，避免教學設計中出現(xiàn)科學性錯誤。教師要思考知識間的聯(lián)系，提升對知識探索過程中的應對能力，久而久之，對整個知識結構體系有所了解，這樣才能提升教學設計能力。這些都有利于教師設計相應的活動和問題，幫助學生去理解知識。

（二）展望

知識結構圖研究未來必將延伸至單元關聯(lián)式教學設計。結合知識結構圖能在單元視域下細化單元知識點之間的相互聯(lián)系，并以此為載體展開的一種系統(tǒng)化、科學化的教學設計。單元關聯(lián)式教學設計對教師的教、學生的學均有明顯的優(yōu)勢。單元關聯(lián)式教學設計可以使單元中課與課之間、活動與活動之間、問題與問題之間都能相互勾連，交相輝映，從而讓教師清楚地了解單元內的每一節(jié)課、每一個活動甚至每一個問題由何而來、為誰鋪墊，有利于培養(yǎng)學生的結構性認知，在科學觀念層面，讓學生不斷拓展與核心知識相關的知識點；在責任與態(tài)度層面，幫助學生形成整體看問題的意識，而不是片面、孤立地看問題；在科學思維層面，促進學生高階思維的發(fā)展；在探究實踐層面，發(fā)展學生運用已學知識解決問題的能力。