江蘇省南京市雨花臺區(qū)實驗小學(xué) 張 熙

當今世界科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，為人類在更大范圍，更深層次上認識并合理利用自然提供了可能?？茖W(xué)技術(shù)推動了生產(chǎn)力的發(fā)展、經(jīng)濟的繁榮和社會的進步，促進了人們的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式的變革?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對每一位公民的科學(xué)素養(yǎng)提出了新的要求。現(xiàn)代學(xué)校教育誕生以來，課堂教學(xué)是以知識為本位的，教師往往圍繞著教材上的內(nèi)容對學(xué)生進行“灌輸”或“填鴨”，學(xué)習(xí)方式以死記硬背為主，課堂教學(xué)大多徘徊在低階思維水平。高階思維不是教師教出來的，而是學(xué)生自己學(xué)出來的，只有把教師灌輸填鴨式的教學(xué)轉(zhuǎn)化為學(xué)生通過自我建構(gòu)、深度學(xué)習(xí)，才會發(fā)生高階思維。所以為適應(yīng)信息化、智能化社會的需要，應(yīng)對現(xiàn)有的基礎(chǔ)教學(xué)形式進行變革，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維。

一、低階思維——搭建高階思維的腳手架

探究活動是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，小學(xué)科學(xué)課程把探究活動作為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，強調(diào)從學(xué)生熟悉的日常生活出發(fā)，通過學(xué)生親身經(jīng)歷、動手實踐，了解科學(xué)探究的具體方法和基本的科學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)和提出生活實際中的簡單科學(xué)問題，并嘗試用科學(xué)方法和科學(xué)知識來解決，在實踐中體驗和積累認知世界的經(jīng)驗，提高科學(xué)能力，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。

以四年級《彈力》一課為例，教師給學(xué)生準備了海綿、泡沫、彈簧、彈力帶和PVC 管這些材料，學(xué)生嘗試用不同的方法改變它們的形狀。此時學(xué)生的發(fā)散性思維被激發(fā)，嘗試用更多方法對物體施加力。教師再引導(dǎo)學(xué)生觀察物體受力后和撤去外力后的變化，引導(dǎo)學(xué)生歸納出“彈性”的概念，構(gòu)建低階思維。

安德森的《學(xué)習(xí)教學(xué)和評估的分類學(xué)》將認知目標劃分為“知識”和“認知過程”兩個維度，“知識”維度除了包含原有分類學(xué)中的事實性知識、概念性知識和程序性知識外新增了元認知知識；“認知過程”維度分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造。之后的馬扎諾等教育學(xué)者也提出了類似的研究成果，為中小學(xué)的課堂教學(xué)改革提供了強大的理論支持。學(xué)生的低階思維就是從“知識”“認知目標”出發(fā)，憑借以往的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗為腳手架，為高階思維的建構(gòu)提供可能。

二、設(shè)計——讓高階思維真正產(chǎn)生

教學(xué)設(shè)計時要從“目標設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、活動設(shè)計和細節(jié)設(shè)計”四個層級進行深入的思考。在目標設(shè)計時不僅要關(guān)注概念目標，還要在概念學(xué)習(xí)中滲透探究能力的訓(xùn)練以及科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要關(guān)注學(xué)生的認知邏輯，在進行活動設(shè)計時要仔細分析學(xué)生的探究歷程，選擇合適的教學(xué)策略。而課堂細節(jié)更要仔細推敲，一個小小的實驗改進，一個問題換一種問法都會起到意想不到的效果。學(xué)生通過實驗，發(fā)現(xiàn)了彈力產(chǎn)生的條件，教師引導(dǎo)學(xué)生思考是否所有的材料都是有彈性的并加以證明。此時學(xué)生的高階思維得以啟發(fā)萌動，但有限的生活經(jīng)驗又不足以支撐其想法，教師引入僅靠學(xué)生不易使其變形的材料供學(xué)生思考，再通過不斷加長加寬材料，喚起學(xué)生深層思維，最終得出“所有物體都能產(chǎn)生彈力”這一概念。

沿著“知識”維度“認知系統(tǒng)→元認知系統(tǒng)→自我系統(tǒng)”路徑對教材中的知識等級進行深度研發(fā)。隨著學(xué)習(xí)的深入，進而在“認知過程”維度開展“分析、評價和創(chuàng)造”等思維活動，推動學(xué)生高階思維的發(fā)展。

三、探究——讓高階思維真正落地

根據(jù)學(xué)生不斷探究形成的對“彈力”的認識，進而引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)“研究拉力與彈簧拉伸長度之間的關(guān)系”，從猜想、預(yù)測實驗結(jié)果、設(shè)計實驗，到得出結(jié)論、驗證實驗猜想，形成一個比較完整的科學(xué)探究過程，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗的能力、動手操作能力和分析歸納能力。四年級的學(xué)生處于小學(xué)中年段，通過一到三年級科學(xué)課的鍛煉已經(jīng)初步具備了基本的科學(xué)思維能力和科學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣，繼續(xù)培養(yǎng)學(xué)生更為嚴謹?shù)目茖W(xué)思維和實驗探究能力，將有利于高年段甚至將來更好的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

在四年級《彈力》一課的最后一個環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考通過實驗發(fā)現(xiàn)物體發(fā)生形變的程度除了與物體本身的狀態(tài)有很大的關(guān)系外，還有什么因素會影響物體的形變程度。學(xué)生根據(jù)先前的實驗探究過程很容易能發(fā)現(xiàn)物體的形變還與外界施加的力的大小有關(guān)，但具體有什么樣的關(guān)系，又如何去驗證，教師怎樣設(shè)計教具讓學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律，這些問題是教師需要深入思考并用心設(shè)計的。

例如：教師利用實驗室常見的帶指針的彈簧進行實驗單的設(shè)計，這類彈簧在小學(xué)生的實驗中只能做定性的研究，若想進行定量的研究，彈簧自身條件是不滿足“胡克定律”的。因此教師將實驗單設(shè)計在一塊白板上，將帶指針的彈簧通過調(diào)整長度以符合“胡克定律”的要求，再將其穿在木棍上，木棍兩端固定在白板上端制成滑軌，此方法比真正的滑軌方便實惠。實驗單上間隔相同的距離標上豎直的線段，以限定彈簧移動的距離，并在線段下方標記數(shù)字，數(shù)字對應(yīng)鉤碼的數(shù)量。不掛鉤碼時，彈簧移動到“0”刻度線處，用紅筆標記此時指針的位置，作為起始位置。通過改變鉤碼數(shù)量，觀察彈簧拉伸長度的變化，并用紅筆標記在實驗單上。學(xué)生通過記錄實驗結(jié)果就能獲得一張“拉力大小與彈簧拉伸長度的關(guān)系”的實驗單，只需要用直尺將每個紅色標記連起來，就能發(fā)現(xiàn)拉力大小與彈簧拉伸長度之間的線性關(guān)系。教師根據(jù)學(xué)生的實驗單再引入“胡克定律”的發(fā)現(xiàn)歷程，讓學(xué)生認識到只要運用科學(xué)的探究方法，不斷發(fā)問并嘗試用不同的方法解答疑問，就能夠像科學(xué)家那樣去思考和發(fā)現(xiàn)。

四、結(jié)語

（一）動手實驗喚起舊知，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通過學(xué)生動手探究，觀察當注射器口被堵住時，拉開的活塞在推回去的過程中被壓縮的空氣彈回來這一現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生思考“活塞為什么會被彈回來”，喚起學(xué)生已有的認知經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生興趣，鼓勵學(xué)生用學(xué)過的知識解釋新的問題。順利引入本課課題并激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究的欲望。

（二）精心挑選實驗材料，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維

教師給學(xué)生準備的材料中，大部分是能夠發(fā)生明顯形變的，教師鼓勵學(xué)生用多種方法進行嘗試，從多個角度嘗試對物體施加外力，激發(fā)學(xué)生的發(fā)散性思維，培養(yǎng)學(xué)生積極探究的興趣及動手能力。通過師生問答、學(xué)生匯報和生生評價的活動，歸納出物體具有彈性的特征及彈力產(chǎn)生的條件。但筆者準備的14cm 長的PVC 管在受力后無法明顯觀察到與其他材料相同的現(xiàn)象，為第三環(huán)節(jié)“探究微小形變”埋下伏筆。

（三）尊重學(xué)生提出質(zhì)疑，順勢引導(dǎo)突破難點

本環(huán)節(jié)是對課本中第二環(huán)節(jié)的補充，學(xué)生通過不同的材料感受到物體的彈性后，總結(jié)出“受到外力后發(fā)生形變，撤去外力后恢復(fù)原狀的物體具有彈性”這一概念。但PVC 管這種較硬的材料，對于這個年齡段的孩子來說，還無法使其發(fā)生明顯的形變，勢必有學(xué)生提出質(zhì)疑，認為較硬的物體沒有彈性。此時，我們可以通過設(shè)計三種不同長度的PVC 管實驗，將較硬物體的形變進行放大，讓學(xué)生理解“微小形變”的存在，認識到物體受到外力后都能發(fā)生形變，但有些形變是肉眼無法直接觀察到的。培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和尊重實驗結(jié)果的精神。

（四）巧妙設(shè)計實驗器材，學(xué)以致用回歸本質(zhì)

最后一個環(huán)節(jié)的實驗器材是筆者將彈簧通過滑軌的方式與實驗單結(jié)合進行的創(chuàng)新設(shè)計，相當于將彈簧測力計的工作原理放大，讓學(xué)生能非常直觀地觀察到拉力每增加相同的大小，彈簧就拉伸相同的長度。用紅筆在實驗單上標記指針所在的位置，能讓實驗結(jié)果更明顯，更有利于學(xué)生間的交流評價。將學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)的規(guī)律與科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)聯(lián)系起來，讓學(xué)生體會到科學(xué)探究的樂趣和價值，在學(xué)生的心中埋下了成為科學(xué)家的種子。最后將本節(jié)課發(fā)現(xiàn)的規(guī)律運用到實際生活中，真正體現(xiàn)了知識來源于生活更服務(wù)于生活的教育理念。