〔摘 要〕 思維可視化技術(shù)在小學科學實驗教學中發(fā)揮了重要作用，通過將抽象思維過程具體化、形象化，促進學生對科學概念的深入理解和高階思維能力的發(fā)展。以思維導(dǎo)圖、概念圖、故事圖解和多媒體融合展示等多種可視化工具為媒介，科學實驗教學不再僅僅局限于操作技能的傳授，而是能夠有效激發(fā)學生的探究興趣，培養(yǎng)其系統(tǒng)性思維和創(chuàng)新能力。隨著科學技術(shù)的不斷進步，思維可視化將成為提升小學科學教育質(zhì)量的重要手段，并在未來的教育實踐中展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景。

〔關(guān)鍵詞〕 小學科學；思維可視化；實驗教學；教育技術(shù)

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 23 085-087

在當今科技迅猛發(fā)展的時代，教育面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。小學科學教育作為基礎(chǔ)教育的重要組成部分，其教學效果直接影響學生科學素養(yǎng)提升與思維能力發(fā)展。然而，傳統(tǒng)科學實驗教學往往側(cè)重于知識傳授與實驗操作訓(xùn)練，忽視了對學生思維過程可視化與邏輯推理能力的培養(yǎng)。思維可視化技術(shù)的引入，為科學實驗教學提供了一種全新方法與視角。通過將抽象的思維過程具體化、形象化，思維可視化不僅能夠幫助學生更好地理解和掌握科學概念，還能有效促進其高階思維能力發(fā)展。因此，探討思維可視化在小學科學實驗教學中應(yīng)用，具有重要的理論意義與實踐價值。

一、實驗教學引入思維可視化技術(shù)的意義

（一）傳統(tǒng)教學局限性：知識灌輸與思維培養(yǎng)矛盾

小學科學實驗教學中，傳統(tǒng)教學模式以知識灌輸為主，往往忽略了對學生思維過程的培養(yǎng)。這種教學模式存在明顯局限性，即教師在傳授科學知識時，過度依賴教材和固定教學流程，導(dǎo)致學生僅停留在機械記憶和表面理解層面，難以形成深度的科學思維與自主探究能力。此外，實驗教學中，由于缺乏有效思維引導(dǎo)，學生在操作實驗時容易忽視實驗背后的科學原理和邏輯思考，無法真正理解實驗核心概念和過程。思維可視化應(yīng)用有助于彌補這一不足，通過將復(fù)雜思維過程形象化，幫助學生更直觀地理解科學實驗步驟與邏輯關(guān)系，進而培養(yǎng)其批判性思維與問題解決能力。

（二）思維可視化獨特優(yōu)勢：將抽象思維轉(zhuǎn)化為具體形象

隨著教育理念的不斷更新，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)與創(chuàng)新能力已成為小學科學教育的核心目標。然而，在傳統(tǒng)教學模式中，科學實驗教學多以操作性技能傳授為主，忽視了學生思維過程的顯性化和可視化。這在一定程度上限制了學生深度學習與創(chuàng)造性思維發(fā)展。思維可視化通過將抽象科學概念與復(fù)雜的思維過程轉(zhuǎn)化為具體、直觀的視覺形象，使學生能夠更清晰地理解和掌握實驗中的核心原理與邏輯關(guān)系。這種方式能夠幫助學生在實驗過程中有效地組織和表達自己的思維，還能促進他們在面對復(fù)雜問題時進行系統(tǒng)分析與解決。因此，在小學科學實驗教學中引入思維可視化技術(shù)，不僅是順應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展趨勢的必要舉措，更是提升教學效果、培養(yǎng)高階思維能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（三）學生認知發(fā)展需要：激發(fā)探究興趣與培養(yǎng)科學思維

小學科學實驗教學中，學生認知發(fā)展具有階段性與層次性。如何有效激發(fā)學生探究興趣與培養(yǎng)科學思維，成為教師亟須解決的關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)教學方法往往以教師為中心，學生在被動接收信息的過程中，難以形成主動探究意識與AXpKqEneNw0gUIbMYDF1Xw==能力。而思維可視化技術(shù)能夠通過圖形化、結(jié)構(gòu)化的方式，將學生思維過程外顯，使其在科學實驗過程中更加直觀地理解實驗步驟與科學原理。這有助于學生形成清晰的認知結(jié)構(gòu)，還能夠增強他們的科學探究興趣，進而在實踐中培養(yǎng)獨立思考與科學推理能力。隨著學生認知能力的不斷發(fā)展，思維可視化為其提供了一個有效的工具，幫助他們在更高層次上整合知識與技能，滿足其成長過程中對于探索未知世界的需求。

二、實驗教學引入思維可視化技術(shù)的方法

（一）思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)

小學科學實驗教學中，思維導(dǎo)圖作為一種有效的可視化工具，能夠幫助學生在學習過程中構(gòu)建清晰知識網(wǎng)絡(luò)。以“光的反射與折射”實驗為例，教師在課前預(yù)習環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學生通過思維導(dǎo)圖預(yù)習相關(guān)科學概念和實驗步驟。學生可以通過繪制思維導(dǎo)圖，將光的基本性質(zhì)、反射與折射的定義、實驗儀器及實驗操作步驟，以圖形化形式展現(xiàn)出來。這種方式可以增強他們對實驗內(nèi)容的整體把握，還能幫助他們形成系統(tǒng)知識結(jié)構(gòu)。在課堂討論環(huán)節(jié)，教師通過思維導(dǎo)圖，引導(dǎo)學生對實驗現(xiàn)象進行觀察和分析。例如，學生在實驗中觀察到光線經(jīng)過不同介質(zhì)時產(chǎn)生折射現(xiàn)象后，可以在思維導(dǎo)圖中將光的入射角、折射角以及介質(zhì)的折射率等關(guān)鍵因素標注出來，并通過圖示形式展示光線在不同介質(zhì)中的傳播路徑。教師鼓勵學生通過對比思維導(dǎo)圖中的不同路徑，分析影響光線折射的因素。這種以思維導(dǎo)圖為基礎(chǔ)的分析討論，不僅有助于學生深入理解光折射規(guī)律，還能培養(yǎng)他們邏輯思維能力和科學探究精神。

（二）圖表工具輔助實驗分析

小學科學實驗教學中，數(shù)據(jù)可視化工具的應(yīng)用能夠顯著提升學生對實驗數(shù)據(jù)的理解與分析能力。例如，在“植物生長條件實驗”中，學生通過種植相同種類的植物，分別控制光照、水分和土壤等變量，以觀察不同條件對植物生長影響。在實驗設(shè)計階段，教師引導(dǎo)學生使用電子表格軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)記錄表，記錄植物生長高度、葉片數(shù)量等數(shù)據(jù)。隨后，在數(shù)據(jù)分析階段，學生可以利用軟件中的圖表功能，將各組植物生長數(shù)據(jù)以折線圖或柱狀圖的形式呈現(xiàn)出來。

這種圖形化展示使學生能夠直觀地比較不同條件下植物生長的差異，清晰地看到光照、水分等因素對植物生長的具體影響。同時，教師鼓勵學生通過分析圖表，歸納出不同變量對植物生長的影響的規(guī)律性結(jié)論，并在此基礎(chǔ)上提出進一步的實驗假設(shè)或改進建議。通過這一過程，學生不僅掌握了科學實驗中的數(shù)據(jù)處理方法，還培養(yǎng)了對科學現(xiàn)象的探究精神和批判性思維能力。

（三）概念圖深化知識理解

小學科學實驗教學中，概念圖作為一種有效的可視化工具，可以幫助學生梳理復(fù)雜的科學概念和層次，并促進知識的整合與遷移。以“電路基本原理”實驗為例，教師首先引導(dǎo)學生構(gòu)建一個初步概念圖，將電路中各個基本元件（如電池、導(dǎo)線、開關(guān)、燈泡）及其相互關(guān)系圖示化。在實際操作過程中，學生逐步完善和擴展概念圖，將所學電路連接方法、串聯(lián)與并聯(lián)電路特點以及電流流動路徑等信息加入其中。

通過這種動態(tài)更新方式，學生不僅能夠清晰地理解電路中各組成部分的功能和相互作用，還能在實驗過程中發(fā)現(xiàn)并糾正自己的理解誤區(qū)。實驗結(jié)束后，學生可以根據(jù)概念圖總結(jié)電路基本工作原理，并嘗試將這一原理應(yīng)用到新的情境中，如設(shè)計簡單家庭電路模型。這一過程不僅強化了學生對電路知識掌握，還培養(yǎng)他們的系統(tǒng)思維和問題解決能力。

（四）故事圖解提升實驗趣味

在小學科學實驗教學中，故事圖解作為一種創(chuàng)新教學策略，能夠有效地提升學生實驗參與感與趣味性。例如，在講授“物質(zhì)三態(tài)變化”這一主題時，教師可以通過一個擬人化的故事來引入實驗內(nèi)容。故事主角可以是一滴水，講述它在不同溫度環(huán)境下經(jīng)歷的奇妙旅程：從冰凍固態(tài)變成液態(tài)水滴，再到被加熱后蒸發(fā)為氣態(tài)水蒸氣。教師在講解過程中，結(jié)合具體實驗操作，將故事的情節(jié)轉(zhuǎn)化為實驗步驟，并通過圖解方式展示給學生。例如，當水滴遇到低溫時，故事圖解中展現(xiàn)水滴變成冰的過程，并引導(dǎo)學生在實驗中將水冷卻至冰點，觀察物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的現(xiàn)象。

通過這種故事圖解方式，學生不僅能對物質(zhì)三態(tài)變化科學原理產(chǎn)生直觀理解，還能在實驗過程中更加主動地參與，探索背后的科學現(xiàn)象。在故事發(fā)展的同時，教師可以逐步引導(dǎo)學生預(yù)測接下來的實驗結(jié)果，例如水滴會在何時開始蒸發(fā)，或者在何種條件下重新凝結(jié)成液體。學生在這個過程中，既是在進行科學實驗，又是在體驗一個生動的科學故事的情節(jié)，進而極大增強了學習趣味性和記憶效果。

（五）多媒體融合展示實驗結(jié)果

小學科學實驗教學中，多媒體融合展示作為一種現(xiàn)代化教學策略，能夠有效提升學生對實驗結(jié)果的理解與記憶。例如，在“植物光合作用”實驗中，教師可以運用多媒體工具，將實驗過程中各階段植物的生長情況記錄并展示出來。在實驗初期，學生種植相同種類的植物，并分別將它們置于不同光照條件下生長。通過使用攝像設(shè)備，學生可以定期拍攝植物生長過程，并利用視頻編輯軟件將這些圖像和視頻片段整合為一個連續(xù)的生長記錄。

實驗結(jié)束后，教師將這些影像資料與實驗數(shù)據(jù)相結(jié)_{g7pHriMXH8ESogtnbpOD2A==}合，通過多媒體展示工具向?qū)W生呈現(xiàn)植物在不同光照條件下生長差異。例如，通過光照充足植物與光照不足植物生長情況視頻的對比展示，學生能夠直觀地看到光照對植物光合作用的顯著影響。

（六）思維拼圖激發(fā)探究思維

小學科學實驗教學中，思維拼圖作為一種創(chuàng)新教學工具，可以有效促進學生自主探究和深度思考，尤其在實驗總結(jié)和問題解決環(huán)節(jié)中展現(xiàn)出了獨特優(yōu)勢。例如，在“水的浮力”實驗教學中，教師可以通過思維拼圖的方式，幫助學生梳理和整合實驗中的關(guān)鍵概念和原理。實驗開始時，學生通過簡單的實驗操作，如將不同材料小球放入水中，觀察它們是否漂浮，進而直觀地感知浮力的存在。在實驗結(jié)束后，教師不直接給出結(jié)論，而是引導(dǎo)學生利用思維拼圖工具，自主構(gòu)建和總結(jié)實驗核心概念。

具體來說，教師首先提供一組分散概念卡片，這些卡片上寫有與浮力相關(guān)的關(guān)鍵概念，如“密度”“體積”“重力”“浮力”等。學生需要將這些概念卡片按照一定邏輯關(guān)系進行排列和連接，構(gòu)建出一個完整的思維拼圖。在此過程中，學生需要回顧實驗中觀察到的現(xiàn)象，并結(jié)合所學的科學知識，思考每個概念之間的關(guān)系。例如，學生可能會將“密度”與“浮力”關(guān)聯(lián)起來，理解物體密度決定它是否能夠浮在水面上。同時，學生還需要考慮“重力”與“浮力”之間的平衡關(guān)系，得出“物體是否漂浮取決于浮力是否大于重力”的結(jié)論。通過這種拼圖式的思維活動，學生不僅鞏固了對實驗內(nèi)容理解，還在主動探究過程中發(fā)展了自己邏輯思維能力。

三、結(jié)語

當今教育改革不斷深化的背景下，思維可視化技術(shù)在小學科學實驗教學中的應(yīng)用展現(xiàn)了廣闊的前景。通過思維導(dǎo)圖、概念圖、故事圖解和多媒體融合等多種形式的思維可視化工具，教師能夠有效提升學生科學探究能力和高階思維水平。這些工具不僅能幫助學生更直觀地理解復(fù)雜的科學概念，還可以促進他們在實驗中主動學習與深度思考。未來，隨著教育技術(shù)的進一步發(fā)展，思維可視化技術(shù)將在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)方面發(fā)揮更加重要的作用，成為推動教育現(xiàn)代化的重要力量。這一研究的意義，不僅在于豐富了教學方法理論基礎(chǔ)，更為實踐提供了具體可行的指導(dǎo)方案，值得在更廣泛的教育場景中推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]林玉環(huán).基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下小學科學實驗中高年級高階思維可視化的實踐研究[J].新課程研究（下旬），2016（z1）：17-20.

[2]林玉環(huán).技術(shù)支持下的小學科學中高年級學生高階思維可視化研究：以《抵抗彎曲》實驗為例[J].教育信息技術(shù)，2015（6）：17-20.

[3]徐燦.基于思維可視化的小學科學課堂教學策略探析[J].教師，2022（12）：84-86.

[4]劉燕紅，胡林.基于數(shù)字技術(shù)的小學科學可視化實驗教學策略[J].教育信息技術(shù)，2020（7）：153-155.

[5]段鑫雅，顧建鋒.數(shù)據(jù)圖表中的科學思維可視化表達[J].小學教學研究，2023（34）：86-87.