《小学科学活动中学生思维可视化的探索与研究》结题报告

《小学科学活动中学生思维可视化的探索与研究》结题报告

一、 课题研究的背景：

1、科学教育理念的变化

20 世纪后半期，由于社会、经济和科学技术的发展，人类对世界尤

其是人与自然的关系的认识发生了许多变化，由此影响到对科学价值

的认识。科学教育的宗旨从“掌握科学”演进为“理解科学”。

西方科学教育的发展历程大体可分为三个阶段：从远古到夸美纽斯、

卢梭所处的时代为第一阶段，重在自然事实的教育；从工业革命到

20 世纪中后叶为第二阶段，重在学科知识的教育；从20 世纪80 年

代开始，进入到第三阶段，这就是我们所说的“理解科学”的教育阶

段，其基本特征是，重在“科学、技术、社会”的综合性教育，以教

会学生理解科学、善待科学、保持人与自然的和谐共处为主要目的。

在我国的素质教育要求下，把科学教育的价值理念定位在“提高公民

的科学素养”上。从科学素养的角度看：“掌握科学”指掌握科学的

基础知识、基本技能和基本方法；“理解科学”从对象上说，它不仅

指理解科学知识和科学方法，而且还指理解科学的本质与社会效应；

从性质上说，它不仅是一种认识活动，而且也是一种意向活动，一种

重在培养关于科学的态度和价值观的活动。理解科学是现在国际上对

公民科学素养概念内涵的一般界定。因此，以科学探究学习为基础重

构基础教育课程，成为世界各国课程改革的突出特点。一个共同的做

法是：不仅将科学探究作为一种教学方法，而且把它写进课程标准，

作为学习内容的一个重要领域。研究教师在科学探究活动中的指导策

略顺应了这种变化的需要。

2、我国基础教育课程改革的需要

与科学教育理念变化相适应，“理解科学”教育，提倡学生通过对科

学及其社会生活的参与，获得对科学的理解。我国新一轮基础教育课

程改革把“培养学生科学素养”作为小学科学课程目标的核心理念。

科学探究是培养儿童科学素养的重要方式，探究的重要并不意味所有

的教师都应以一种方式来教学生学科学，正如探究包含许多方面，教

师也需要运用多种不同策略来促进学生对知识和能力及方法过程的

掌握，并获得积极的情感体验，有积极的态度和正确的价值取向。教

师在科学探究活动中的指导策略的研究，有利于提高教育教学的质量

的效益。

3、素质教育深化发展的需要

素质教育的核心是培养学生的创新精神和实践能力。学生的探究欲、

好奇心和积极的态度是创造力的基础，关系到一个人今后能否有较高

的创造力。而我国目前的教育未能很好地培养人的创造性，在我国从

小就灌输崇尚师古的教育，强调接纳、继承，少怀疑和创新。压制了

学生的想象力、好奇心和探究欲，使我国的创新能力与国外相比差很

大。改变学生单一的、机械呆板的接受式的学习方式，使学生在科学

探究的创造性的活动中，培养其创造性的、质疑的、探索性的精神是

素质教育在科学教学中标志性的体现。教师在科学探究活动中的指导

策略在研究，将有利于实现学生学习方式根本性的变革和教师自身创

新能力的提高。

4、小学生思维的特点

（1）儿童思维具有具体形象性。由于儿童接触的事物和知识水平都

极为有限，所以他们的思维只能处于具体形象思维为主的阶段。虽然

随着年龄的增长，他们的思维会逐步由具体形象性向逻辑性、抽象性

发展，但他们在思维方面，很大程度上仍然具有一定的形象性。

（2）儿童思维还缺乏批判性。由于小学生对事物的认识还处于启蒙、

幼稚阶段，所以决定了他们的思维缺乏批判性。常常不能根据事物、

情况的变化而改变，盲目信任老师。

（3）儿童思维具有发展性。儿童在小学学习的时间较长，随着年龄

和知识的增长，思维能力也慢慢有具体形象性向抽象性转化和发展。

5、小学科学教学成效现状

我国进入课改以来，越来越多的人开始关注科学这门课程，越来越多

的科学教师致力于课堂教学的改革。通过几年的探索与思考，虽然已

经有了让探究成为科学主要学习方式，让丰富的亲历活动充实教学过

程的意识，但实际操作中对学生的探究活动缺乏科学的指导，探究活

动的价值不高，由原来教师的满堂灌走向学生漫天讲的另一个极端。

另外在科学活动中，对于学生思维的研究，在数学、物理、语文等学

科中较广泛，在科学学科中还不多见。科学的思维方式，活跃的思维

活动，显现的思维成果有助于改变科学教育重知识轻能力，重结果轻

过程，重间接经验的传授轻亲身体验的局面，培养学生的动手操作能

力、解决问题能力、探索精神等科学素养。本课题在借鉴、参考有关

科学教育、思维研究成果的基础上展开研究。区别在于本课题以学生

在科学活动中的思维可视化为研究切入点，关注学生科学思维过程、

方式，培养学生科学素养。与学生和具体教学活动紧密联系，更具操

作性和实用性。

二、课题的界定：

思维：是一种高级的认识活动，在感知觉、表象、语言所提供的材料

的基础上对客观事物本质属性与规律的概括的间接的反映。

思维可视化：运用图示、符号、表格、动作、多媒体等多种手段直观、

深入浅出地将思维的过程表现出来。

小学科学活动中学生思维可视化的研究：即在科学活动中通过个体活

动培养学生善于运用形象、符号、动作等多种手段、界面直观、深入

浅出地表现自己思维的过程。与研究性学习有机结合，使小学生把“搞

研究”作为一种乐趣和展示自己的手段，进而提高自己的创新意识和

操作水平，实现科学活动中的学生高级智慧的培养与发展。

三、课题研究的目标：

1、挖掘学生思维可视化多种呈现方式

初步研究和了解思维的分类、特征、基本规律；了解创造性思维的个

性品质。在小学科学活动中充分创造各种条件，激发学生的活跃的思

维，运用多种呈现方式将思维的过程表现出来。初步建立几种思维可

视化的教学实践模式。

2、促进学生思维能力的发展

在小学生的科学探究活动中，学生的思维不是独立的，单一活动的，

而是综合、整体性的活动。在研究过程中，我们要引导学生在观察、

搜集证据、实验操作的过程中、借助于形象思维，借助于自己喜欢的、

简洁的方式将思维的过程表现出来，以此理解科学现象、科学原理、

科学概念，发展学生的抽象思维、逻辑思维。

3、促进学生学习能力的发展

思维品质与思维能力是学习能力的重要内容之一，思维能力是学习能

力、学习效果与智力因素的综合反映。研究过程中，通过关注、引导、

训练学生思维的发展以提高学生的学习能力。

4．培养高素质的小学科学教师

强调理论学习、强化研究氛围、强化研究意识、制定研究机制。要求

科学教师要加强理论学习，更新教育观念，树立起新课程、思维可视

化理念。在教学过程中，通过加强理论修养和实践锻炼，提高广大教

师培养学生思维可视化的意识和能力，开发思维可视化模式和相应的

评价模式。

四、课题研究途径：

1、学生思维可视化在课堂教学中的渗透

在科学课堂上，教师将采用培养学生的问题意识、关注假设背后的思

想、巡回实验验证的过程、提升讨论交流的价值、促成实验记录的完

善。

2、学生思维可视化在科学社团活动中的显现

借助本课题的研究，改变学生的思维方式，拓展现有的学生文化，促

进学生人格全面和谐发展，加强教师的专业发展，丰富学校课程建设，

形成学校独特的文化品味。通过本课题的研究，从学生思维特点出发，

引导学生参与科技实践活动，在学生亲自参与、动手中培养学生科学

情趣，提高科学素养，发展学生的思维。

3、学生思维可视化在信息技术平台中的锻炼

计算机是程序化的产物，我们的思维活动也需要一定的程序化，它可

以提高研究的效率。我们给学生提供计算机，建立动力学系统，教会

常用的操作技能，学生便可以自己设计客观世界，所有的物体属性都

参数化，所见即所得，这样学生在仿真环境中就像玩一次三维游戏，

每一次思维活动都能及时得到反馈，这种思维方式有助于提高现实条

件下实验操作的有序性和实效性。

五、课题研究方法：

文献法：收集小学生思维特征方面的资料。

调查法：了解学生在科学活动中思维可视化的显现，对于课堂中，课

外活动中学生思维可视化方面的研究，以及教师所发挥的作用。

行动研究法：将教学行为与研究工作结合起来，使教师边研究，边总

结，边修正不断提出改革意见和方案，使研究尽可能处于最佳状态。

观察法：了解学生运用思维可视化的多种方式对于学习科学方法的改

变及效益。

六、课题研究概况：

（一）课题研究的范围及对象

本课题由镇江市教育局教研室孙国芳老师主持、策划，有润州教

育局教研室、镇江市实验学校、镇江市中华路小学、镇江市实验小学、

镇江市桃花坞小学、丹阳华南实验学校、扬中市三跃中心校共同承担、

完成研究。本课题研究涉及四个地区6 所学校3-6年级学生。其中4

所市区小学，1 所城镇小学，1 所乡镇小学。

（二）课题研究的主要阶段

1、准备阶段：（2005.10—2006.7）

①建立课题研究网络；

②设计课题研究方案；

③确立子课题，进行总课题及子课题方案论证。

2、课题实施阶段：（2006.9—2007.12）

（1）子课题确认

在论证的基础上，子课题实验单位进一步明确课题研究的视角、内容、

任务，完善课题研究的方案；

（2）专题行动研究

①开展丰富的专题研讨活动

5 月在市实验学校举行教学研讨活动，课题组成员高先锋、

黎勇执教了《今天天气怎么样》《预测》；

12 月7 日开展了课题研讨活动，镇江市实验小学王燕彬老师、市京

口实小老师赵胤执教了《月球探秘》《摩擦力的秘密》，市实小林路老

师进行了子课题的小课题“水环境保护”课题阶段性研究汇报。小学

课程专家、南师大教授、苏教版教材主编郝京华教授对如何在课堂教

学中、学生科学活动中关注学生思维可视化的研究进行了点评和报

告，此报告将课题研究引向了理性、规范的研究，为课题研究提供了

理论支撑、实践操作的方式方法的指导。

07 年6 月课，在郝京华教授讲座、指导的基础上，课题组要求各课

题实验学校在认真吸收、理解专家讲座的同时，对各子课题研究内容

进行反思、调整，进行阶段性小结，实施调整课题实施方案。

②各子课题实验单位以课题研究为主题开展校内研究。

③收集过程性研究资料（包括文本、图片、照片、录象、光盘等）

3、课题总结阶段 ：（2008.6-2008、12）

①撰写课题总结报告

③整理、完成《课题方案集》《课题研究报告集》《课题工作报告集》

《教师案例、论文集》《学生小论文集》《学生实验方案、记录集》

七、课题研究结论

（一）“思维可视化”在小学课堂教学中的功能研究

学生“思维可视化”在小学科学课堂中具有诊断功能、发展功能、整

合功能、评价功能。

1、思维可视化具有诊断功能

思维可视化诊断功能是指一种通过可以觉察的视觉方式将思维进行

外化呈现，并加以了解判断。教师在科学课堂中，通过一定的方式让

学生思维外显，一方面能让教师及时了解学生的前概念，学习的认知

状态，有助于教师根据学生现有的认知状态合理的改变教学思路，通

过实践，发现这样的教学更有利提高课堂效率，更有利于促进学生的

发展。另一方面，也能让学生了解自己最初的想法，当然这些想法有

的是正确的，有的是错误的，并对自己的想法加以改进、完善。

2

学生的思维感性色彩较浓，往往需要借助于实物进行观察、思考。“思

维可视化”的多种表现、记录形式有利于学生借助图示、图画、表格、

模型进行深层思维，将学生的思维由感性、浅层的思考逐步完善、深

入，逐步达到抽象思维、逻辑思维的训练成效。

3、思维可视化具有整合功能

学生在研究过程中将信息及时收集、记录，在研究结束后，借助于本

身的思考的轨迹记录，再与同学进行展示、交流，、通过不同途径、

不同方式进入相同主题内容的学习，获得全面的理解与认识上的飞

跃。而学生的本身的“记录、设计方案”在交流、修改中整合了多方

面的思考和启示。

4、思维可视化具有评价功能

学生在研究过程中“思维可视化”的成果是学生讨论时相互评价、教

师评价时的凭借，载体。学生和教师可以通过这些外显记录了解同学

的思维轨迹、深度想法，并能做出准确的判断、评价。

①引导学生把思维“图示化”

★图示：

滑滑梯： 风车：

皮球： 荡秋千：

弹牛皮筋： 直行的火车：

跷跷板： 转椅：

水车： 拉锯子：

★集合图

概念图

像“我设计的新型垃圾筒”、“我的奇思妙想”“风车式街灯”等小发

明、小制作、小创造属于发散性思维，要鼓励学生多想、敢想、会想。

鼓励学生先将头脑中闪现的灵感用画、写的形式及时记录，再多次修

改方案、然后再将自己的想法用模型的形式表现出来。

③引导学生把思维“声化”

在学生进行合理实验方案的设计之后，为了判断学生的思维过程是否

正确，是否合理，是否科学，我们尝试让学生将自己的实验方案说出

来，先进行小组交流、再进行全班回报，针对不同的实验方案进行追

问，和学生展开充分的对话，深度了解学生思维的过程中的问题。出

声思维将学生的深层想法外显，使得学生间、师生间不断进行思维碰

撞，使实验方案的设计逐步科学、合理。

（三）思维可视化在小学科学教学活动中的运用研究

在小学科学课堂教学活动中的每个环节都可以渗透、体现“学生思维

可视化”，并能帮助教师提高教学效益。

1、实验预测中显现思维可视化

预测就是利用已有的主观认识经验和逻辑判断与推理方法为主，对事

物未来发展状况与趋势进行的推测和判断。科学活动前的预测，是学

生学习科学的一种基本技能。在教学中我们合理地挖掘此类教学内

容，精心引导学生把自己的预测用形象化的手段展示出来，达到思维

可视化的目的。

2、方案设计中显现思维可视化

活动方案的设计，目的在于更好地研究想要解决的问题。如何让自己

的方案合理明了，思维导图应运而生。思维导图能激发我们的右脑，

因为我们在创作导图的时候还使用颜色、形状和想象力。可以把关键

字和颜色、图案联系起来。

3、观察、记录中显现思维可视化

观察和记录是实验探究的核心环节。而核心环节的核心应该算学生的

思维轨迹。如何描摹学生的思维轨迹？思维可视化的工具自然可以派

上用场。观察什么，目的要明确，记录要准确。要合理地把实验过程

中出现的现象仔细地描摹下来。抓住关键，瞄准核心。

4、交流、汇报中显现思维可视化

语言交流是人与人沟通的一种方式，但，语言的表达不尽完美。科学

探究活动后的交流，我们常常引导学生采用实验展示，用简单图文与

语言相结合的方式。进行交流回报，这里的作品（图示、表格、数据、

实物）展示了学生的思维轨迹。

八、课题研究成果

课题组开展课题研究以来，教师的教学行为与学生的学习方式等诸方

面都发生了深刻的变化。

（一）教师在研究中发展

1、教学理念明显：由于通过“思维可视化”的方式，教师充分了解

了学生的前概念，了解了学生的现有知识结构，于是教师的教学行为

发生了深刻的变化：由“以教定学”向“以学定教”转变；由重结果

向“重结果更重过程”转变；由“知识权威”向“平等和谐”转变；

由“教学模式”向“教学个性化”转变。

2、精心组织探究活动。根据学生的思维原始点设计探究过程，做到

探究过程有序，探究思路清晰，既体现教师的主导、启发、引导、组

织的作用，又充分发挥学生主体作用，进行自主探究，合作探究。

3、教学民主、愉快。师生关系平等、民主、融洽、和谐，课堂气氛

活跃，充分体现了学生的思维活跃。学生交流、沟通、合作、互动的

现象明显增多。

4、评价主体的多元化。教师不仅能用恰当的语言评价激励学生，还

鼓励学生参与教学评价，反思自己的学习情况，激发了学生的学习积

极性。

5、教师专业化发展得到提升。课题研究锻炼和培养了一批骨干教师。

有4 位教师今年升格为镇江市小学科学学科骨干教师。课题组成员有

18 篇论文在省级以上刊物发表，40 篇案例、论文获国家、省、市等

级奖。

（二）学生在研究中成长

1、学习积极性提高，他们能主动参与学习活动，他们强烈的好奇心

及探究欲在科学课上得到了满足，科学课已成为学生心里记挂的一门

课。

2、质疑质量提高。在探究活动中，学生能提出自己想研究的问题，

大胆猜想、假设，制定研究方案，进行实验验证。能注重小组合作，

积极展示交流小组的研究成果。

3、勇于质疑。发言的学生多了，更可贵的是学生能，大胆表达自己

的想法，勇于和老师、同学争辩，成为课堂学习中的一大亮点。

4、探究成效高。学生在多种探究活动习得了学习的方法，探究的形

式，并将自己在探究中的体会、感悟记录下来，先后有11 篇学生小

论文在省级以上刊物发表，有32 人次在多种活动中获奖。

九、课题研究反思及进一步研究方向

1、缺少专家的引领、指导和有效培训，使课题研究深度不够。

2、课题组成员的变动，不同程度的影响了课题研究。

3、深入研究思维可视化的方式对提升学生学习科学效益的影响。

4、研究教师如何运用思维可视化对学生科学学习、实践活动中的评

价。