全球科學技術發(fā)展對人才素質提出了更高的要求。為培養(yǎng)具有自我學習、自我創(chuàng)新的高素質人才，世界各國圍繞核心素養(yǎng)進行課程與教學改革，我國新課程改革也將提高學生的核心素養(yǎng)作為重要目標?？茖W課程強調對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，要求學生掌握科學的思維方法，提高批判性思維能力、創(chuàng)造性思維能力以及與他人合作交流的能力。這與思維型課堂教學培養(yǎng)學生的思維能力的目標是一致的。建構并實施科學學科思維型教學模式，可以切實提高科學學科教學質量，落實國家核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標。

思維型課堂教學原理認為：課堂教學應體現動機激發(fā)、認知沖突、自主建構、自我監(jiān)控、應用遷移，課堂教學應具備以誘發(fā)思維動機為特征的教學導入，以引發(fā)思維動力為特征的教學過程，以思維監(jiān)控為特征的教學反思和以抽象概括為特征的應用遷移?；谒季S型課堂教學原理的核心思想和基本特征，基于學生科學學科學習的特點，基于義務教育階段科學學科學習的內容，我們演繹出了三種思維型科學學科教學模式：思維型概念學習教學模式、思維型科學探究教學模式和思維型問題解決教學模式。

思維型概念學習教學模式

科學概念是科學學科知識體系中最基本的構成要素，是學生理解周圍客觀世界的基礎。思維型概念學習教學模式針對概念的理解和應用，在教學中主要用于具體概念和概念屬性的學習。相對于傳統的概念教學，本教學模式重視在學生充分感知的過程中發(fā)展歸納概括能力，在互動交流過程中發(fā)展邏輯思維能力，在反思評價中發(fā)展對知識模糊性的理解力和包容力。本模式能夠幫助學生形成對科學概念的正確理解，豐富學生的學習方法，培養(yǎng)學生的思維能力和思維品質。（教學程序見下圖）

實施思維型概念學習教學模式，教師要根據學生的概念水平和思維能力精心設計概念學習進程。①明確本單元教學中的重要概念，并理順上下位概念間的關系。②按照學生形成概念的認知順序將相關材料進行排序，但大多數教材并不完全按照學生學習的認知順序進行編寫，因此，教師要對教材內容進行整合、增補和排序。③挑選概念學習材料，列舉正面或反面例子。④事先設計并準備足夠多的有結構的材料。⑤合理安排教學時間，依據概念的復雜程度合理安排教學時間；對于復雜程度高的分解概念或大概念，可以連續(xù)安排幾節(jié)課進行學習，也可以安排在不同的學期。

思維型概念學習教學模式特別強調對事物現象的歸納概括和對生成概念的遷移應用。首先，對事物和現象進行歸納概括。概括是忽略事物中的細枝末節(jié)，尋找共同點的能力。概括能力在思維中十分重要，因為思維是以概念（概括和抽象的結果）形式進行的。依據中小學生的認知特點，低中年級學生多為形象思維，可以從具體的或學生熟悉的日常物品入手，引導學生尋找、發(fā)現共同點；高年級學生已具備一定的知識基礎和抽象能力，可引導學生從外部的、非本質的特征向內部的本質特征深入，從形象的感性材料逐步抽象、升華，進而完成概括。其次，對所學概念進行應用遷移。在教學中經常會遇到這樣的場景，有些學生似乎已經理解了某些概念，甚至課堂提問或紙筆測驗也都能答對，但是在相似的情景中，即情景中某個要素發(fā)生了變化，學生就無法正確回答問題或無法用已學的概念分析和解決問題。這說明學生對概念的理解和概括不夠深入，應用遷移的能力不夠，做不到舉一反三。教師要采用循序漸進的方法，緊密聯系學生的生活實際，由簡單到復雜，逐步加深對概念的掌握和理解，提高學生應用遷移的能力。

需要強調的是，概括與應用遷移是密切相關的，沒有對舊情景中知識的概括，就無法完成遷移。

思維型科學探究教學模式

探究教學模式最本質的特點是：探究活動起源于學生可以研究的科學問題，在尋找問題答案的過程中，學生圍繞問題提出初步的假設，隨后針對假設開展觀察、測量、實驗、記錄等活動，獲取信息和證據，運用歸納、推理、論證、建模等思維方法進行解釋，最后通過師生之間和生生之間的交流，形成共識。這種教學模式重點培養(yǎng)學生的探究技能、推理和論證能力、批判性思維和解決問題的能力，理解科學本質。（教學程序見下圖）

實施思維型科學探究教學模式，教師的主要任務是設計或創(chuàng)建探究環(huán)境，引導學生“真刀真槍”地做科學研究。教師應遵循以下的理念和原則：①確保要探究的問題是一個科學問題，且學生有能力進行探究；②問題無效時，要給予時間和機會重新提問；③不輕易或急于評價學生的結論，努力提供給學生自由的思維空間；④要求或幫助學生清晰準確地表達他們的思考或發(fā)現，為他們進一步的概括提供依據；⑤使用探究過程中的特定語言，例如，你試著“推理”一下，請你做出“解釋”，說說你的“證據”等；⑥為了培養(yǎng)批判性和創(chuàng)造性思維，教師需要從小學生思維習慣的培養(yǎng)入手，例如通過成果發(fā)布、觀點辯論、頭腦風暴、專門訓練等方法幫助學生養(yǎng)成自主思考的習慣。

思維型科學探究教學模式特別強調學生自主建構過程的探究推理和解析證據。

科學是以實驗證據解釋客觀世界的運行機制和事物發(fā)展的變化規(guī)律。在本教學模式中，學生在實驗室、校園里或其他場所，通過觀察、實驗、調查來獲得證據，證據的收集通常需圍繞學生對問題的解釋性假設展開。中小學生對事物變化和發(fā)生原因的假設通常較為簡單，經常表達為是或否、有或無，教師需要耐心引導。另外，教師需要提前精心準備，提供結構化的實驗材料幫助學生完成證據的收集。在獲得證據后，學生需對證據進行解釋和推理，初步形成對問題的認識。

推理是科學探究教學中最重要的一個環(huán)節(jié)，有歸納推理和演繹推理兩種形式。歸納推理通常經歷以下幾步：①仔細觀察和分析收集到的幾組信息或數據；②對這幾組信息或數據間的聯系或規(guī)律進行對比，抽取其共同的特點；③嘗試說明所發(fā)現的共同特點，得到某個規(guī)律；④通過重復驗證，確定發(fā)現的規(guī)律是否正確。演繹推理的過程大致有以下幾個步驟：①確定是哪個因素或變量與所解決的問題有關；②分析該變量產生作用時，必須具備的前提條件；③在條件符合的情況下，進一步依據獲得的證據進行推理。

思維型問題解決教學模式

與前面兩種教學模式不同，思維型問題解決教學模式不聚焦科學事實和科學概念的獲得，也不針對科學問題的探究，它適用于教學“解決生活問題”的內容。教學時以科學概念和科學原理為依據，以現實生活中的問題為出發(fā)點，以制作作品或模型為表現形式，最后用作品幫助自己或他人解決現實世界中的真實問題。（教學程序見下圖）

思維型問題解決的教學模式圍繞真實問題而展開。從提出問題到形成方案，或制作完成產品模型，始終是以學生的需求和興趣為中心。教師的核心作用為：選擇教材和學習資源；有限干預學生活動，在學生學習過程中指導、啟發(fā)和激勵，促進學生的深入思考而不是提供現成答案，也即促進小組學習，而不是向學生傳授知識；組織管理問題解決過程，保持合作小組中學生的相對穩(wěn)定，提高解決問題的效率。

思維型問題解決的教學模式與其他模式相比，需要突破課堂、突破教室、突破教學時間，同時需要借助較多的社會資源和輔助材料。該模式要求教育空間、教育內容、教育渠道具備開放性，并且建立起學校教育、社會教育和家庭教育相結合的網絡，為培養(yǎng)學生問題解決能力提供有效支持。

以上三種教學模式中，思維型概念學習教學模式的教學目標是幫助學生理解、掌握具體概念和概念屬性，較適用于陳述性知識的教學；教學評價側重于學生對概念的理解和掌握程度。思維型科學探究教學模式的教學目標為通過探究活動培養(yǎng)學生的分析、綜合、判斷、推理能力，培養(yǎng)學生的批判性思維、創(chuàng)新性思維和解決問題的能力；教學評價側重于分析、綜合、判斷、推理思維能力和解決問題的能力。思維型問題解決教學模式的教學目標以現實生活中的問題為出發(fā)點，以科學概念、原理為依據，以制作作品或模型的形式，解決現實生活中的真實問題，適合于技術與工程領域的學習；教學評價側重于學生“動手做”過程中解決問題及學生自我管理和交流能力。

這三種模式互相補充，各有側重，利用這三種教學模式可以有效完成中小學階段科學學習的主要內容。我們運用此三類教學模式進行了為期兩年涉及千名中小學生的科學教學實踐，學生的科學思維水平、科學探究技能、科學問題解決能力有明顯提高，學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)得以有效落地。