沈亮亮

［摘 要］有的放矢地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是當(dāng)下科學(xué)教學(xué)的重要研究課題。小學(xué)科學(xué)教師結(jié)合兒童思維發(fā)展特點(diǎn)，采用以問(wèn)引學(xué)、以探促學(xué)、以辯思學(xué)、以用遷學(xué)的教學(xué)策略，能讓學(xué)生在真實(shí)的問(wèn)題情境中通過(guò)“探究—研討—應(yīng)用”，參與高水平的思維活動(dòng)，真正達(dá)成讓學(xué)生主動(dòng)參與、實(shí)踐探究、合作交流、學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)，有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)思維品質(zhì)。

［關(guān)鍵詞］小學(xué)科學(xué);科學(xué)思維;教學(xué)策略;教學(xué)設(shè)計(jì)

［中圖分類(lèi)號(hào)］ G623.6［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1007-9068（2024）09-0078-03

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出：“科學(xué)思維是從科學(xué)的視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等?！笨茖W(xué)學(xué)習(xí)提倡學(xué)生進(jìn)行與科學(xué)家研究類(lèi)似的科學(xué)探究，并在此過(guò)程中掌握科學(xué)知識(shí)和方法，形成科學(xué)思維能力，樹(shù)立科學(xué)工作者態(tài)度。如果說(shuō)科學(xué)探究是學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的外顯形式，那么科學(xué)思維則是學(xué)生科學(xué)探究的內(nèi)核目標(biāo)。如何有的放矢地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是當(dāng)下科學(xué)教學(xué)的重要研究課題。

《溫度不同的物體相互接觸》是教科版科學(xué)教材五年級(jí)下冊(cè)《熱》單元的第3課，旨在引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)測(cè)量冷水在熱水中的溫度變化，了解熱的傳遞過(guò)程和方向，對(duì)熱傳遞形成初步認(rèn)知。筆者分析教材后認(rèn)為，本節(jié)課的教學(xué)不應(yīng)局限于達(dá)成“熱通常從溫度高的物體傳向溫度低的物體”這一淺顯的概念目標(biāo)，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生探究熱傳遞發(fā)生的條件與傳遞過(guò)程所具有的特點(diǎn)?；诖耍P者采用以問(wèn)引學(xué)、以探促學(xué)、以辯思學(xué)、以用遷學(xué)的教學(xué)策略，對(duì)本節(jié)課進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與實(shí)踐，在科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等科學(xué)思維能力，并為后續(xù)學(xué)習(xí)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流與熱輻射做好充足的準(zhǔn)備。

一、以問(wèn)引學(xué)，自主式驅(qū)動(dòng)思維

科學(xué)學(xué)習(xí)通常從一個(gè)好的探究問(wèn)題開(kāi)始。一個(gè)好的科學(xué)探究問(wèn)題一定是真實(shí)、有意義且與學(xué)生個(gè)人生活經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)的。這樣的探究問(wèn)題既能讓學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，又能喚醒學(xué)生原有的生活經(jīng)驗(yàn)，引發(fā)思維的高度參與。

教材將本課的問(wèn)題聚焦于“熱水是怎樣使牛奶由涼變熱的”。學(xué)生在生活中已積累了用熱水加熱冷牛奶的生活經(jīng)驗(yàn)，都知道通過(guò)浸泡會(huì)使冷牛奶變熱、熱水變冷。但熱量的不可見(jiàn)性使得該問(wèn)題過(guò)于抽象，學(xué)生的探究熱情不高，最后演變成“師說(shuō)生做，按步開(kāi)展”的局面。因此，教師要活用教材，將教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為真實(shí)、有意義的探究問(wèn)題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生在運(yùn)用已有知識(shí)解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維，從而打造指向科學(xué)思維培養(yǎng)的研學(xué)課堂。在充分考慮教材、學(xué)情與教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，筆者創(chuàng)設(shè)了以下任務(wù)情境：冬天，當(dāng)我們想喝一杯熱牛奶時(shí)，我們通常會(huì)把牛奶放到熱水中泡一會(huì)兒，但有時(shí)候拿得早了牛奶還不夠熱，拿得遲了又牛奶太燙了，我們?cè)撌裁磿r(shí)候去拿牛奶？

為了解決這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生一方面要明確牛奶加熱到多少攝氏度適合飲用，另一方面要知道多久能加熱到這個(gè)溫度。這樣，學(xué)生自然而然地就提出了新的探究問(wèn)題：加熱過(guò)程中，熱水和冷牛奶的溫度會(huì)怎么變化？同時(shí)，思考出解決方法：測(cè)量熱水和冷牛奶的溫度變化。新的探究問(wèn)題正指向熱傳遞發(fā)生的條件與傳遞過(guò)程所具有的特點(diǎn)。學(xué)生思考如何解決問(wèn)題并提出新的探究問(wèn)題之時(shí)，也是科學(xué)思維自主參與之時(shí)。這樣以問(wèn)引學(xué)，能充分激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促使學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行思考。

二、以探促學(xué)，螺旋式激發(fā)思維

學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種思維活動(dòng)。學(xué)生只有經(jīng)歷了具有較高思維含量的學(xué)習(xí)活動(dòng)，才能有效發(fā)展科學(xué)思維能力。本課教學(xué)中，為了幫助學(xué)生建構(gòu)熱傳遞概念，筆者在初次執(zhí)教時(shí)安排了兩個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)。

活動(dòng)1：預(yù)測(cè)冷水與熱水接觸后二者的溫度變化情況。

活動(dòng)2：測(cè)量并記錄冷水放入熱水中二者的溫度變化情況。

筆者在執(zhí)教后發(fā)現(xiàn)，在活動(dòng)1中，由于沒(méi)有精確測(cè)量過(guò)熱水加熱冷水這一過(guò)程中二者的溫度，學(xué)生此時(shí)的預(yù)測(cè)是沒(méi)有依據(jù)的盲目猜測(cè)，僅停留在“熱水溫度降低，冷水溫度上升”的低階思維層面?；顒?dòng)2是本節(jié)課的主要環(huán)節(jié)，要求學(xué)生每隔2分鐘（共12分鐘）測(cè)量并記錄冷水和熱水的溫度變化情況（加上時(shí)間損耗，大概需要15分鐘）。該活動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)觀察實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生以4人為一組完成實(shí)驗(yàn)探究單。他們要做的只是等待2分鐘，記錄溫度計(jì)示數(shù)，再等待2分鐘，再記錄示數(shù)……無(wú)須主動(dòng)思考，也無(wú)須科學(xué)思維的參與。在這寶貴的15分鐘內(nèi)，學(xué)生獲得的只是操作與技能層面上的熟練，科學(xué)思維并未得到發(fā)展?；诖?，筆者對(duì)上述探究活動(dòng)進(jìn)行了整合重構(gòu)。

1.“預(yù)測(cè)+實(shí)測(cè)”：動(dòng)態(tài)修正，拓寬思維

在明確探究問(wèn)題后，學(xué)生小組討論，確定哪些證據(jù)是解決問(wèn)題需要的，以及收集證據(jù)的方法。教師要為學(xué)生提供80℃的熱水、20℃的冷水，以及溫度計(jì)支架，后者能解放學(xué)生雙手，減少手持溫度計(jì)導(dǎo)致的測(cè)量誤差，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

任務(wù)1：實(shí)驗(yàn)探究，預(yù)測(cè)、實(shí)測(cè)，并記錄熱水和冷水的溫度變化，畫(huà)出溫度變化折線圖。

筆者將預(yù)測(cè)和實(shí)測(cè)進(jìn)行整合，改進(jìn)記錄單（見(jiàn)表1），增設(shè)預(yù)測(cè)溫度變化一欄，以提高探究活動(dòng)中學(xué)生思維的參與性。小組4人每人一張記錄單，在記錄初始溫度后預(yù)測(cè)2分鐘后的溫度，再實(shí)測(cè)并記錄2分鐘時(shí)的溫度；緊接著預(yù)測(cè)4分鐘后的溫度，再實(shí)測(cè)并記錄4分鐘時(shí)的溫度……學(xué)生一邊預(yù)測(cè)一邊實(shí)測(cè)，人人參與思維活動(dòng)，充分暴露對(duì)熱傳遞過(guò)程中溫度變化的前概念，并比較預(yù)測(cè)溫度與實(shí)際測(cè)量溫度，從而在思維加工的過(guò)程中動(dòng)態(tài)修正原有認(rèn)知，產(chǎn)生對(duì)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與科學(xué)事實(shí)的深度思考與探究欲望，發(fā)展科學(xué)思維。

2.“數(shù)據(jù)+建?！保撼橄蟾爬ǎ罨季S

科學(xué)的實(shí)質(zhì)是在觀察證據(jù)基礎(chǔ)上的有效描述。在探究過(guò)程中，學(xué)生要對(duì)觀察到的結(jié)果進(jìn)行描述、分類(lèi)和解釋?zhuān)固骄拷Y(jié)果更科學(xué)、具體。模型建構(gòu)是對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，以及運(yùn)用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及其變化的過(guò)程。它是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要方式，也是縮短證據(jù)與解釋之間差距的過(guò)程。為了更好地引導(dǎo)學(xué)生建立證據(jù)與解釋之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生建構(gòu)熱傳遞概念，筆者在任務(wù)1的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了任務(wù)2。

任務(wù)2：根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用箭頭畫(huà)出熱水與冷水熱傳遞的情況。

該任務(wù)支架能很好地引導(dǎo)學(xué)生建立證據(jù)與解釋之間的聯(lián)系，輔助學(xué)生提煉概念、深入思考。學(xué)生需要充分運(yùn)用分析與綜合、抽象與概括、歸納與演繹等思維方法，將小組獲得的數(shù)據(jù)和科學(xué)事實(shí)，運(yùn)用圖示的形式建構(gòu)模型來(lái)解釋。圖示的直觀性與思維的結(jié)構(gòu)性、概括性相結(jié)合，能讓探究過(guò)程中隱性的思考方法、思維路徑顯現(xiàn)出來(lái)，變得可見(jiàn)、可感、可測(cè)，從而發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)能力，深化學(xué)生的科學(xué)思維。

三、以辯思學(xué)，進(jìn)階式提升思維

高質(zhì)量的研討交流是促使學(xué)生思維快速、深入發(fā)展的有效方式。但在日常教學(xué)中，教師往往只抽取個(gè)別小組的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，而其他小組也很少提出質(zhì)疑，課堂缺乏廣泛的研討；在匯報(bào)時(shí)，直接引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)據(jù)中得出結(jié)論，導(dǎo)致學(xué)生的辯證思維缺位；當(dāng)學(xué)生回答不到關(guān)鍵點(diǎn)上時(shí)，教師往往采用“挖洞填空”的方式，硬生生地讓學(xué)生說(shuō)出教學(xué)設(shè)計(jì)所需要的回答，忽視了學(xué)生邏輯思維的參與，抹殺了學(xué)生思維的批判性。因此，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改進(jìn)研討策略，以合理解決探究問(wèn)題為根本目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生在探究中積累證據(jù)素材，使其在研討交流中有話可說(shuō)；要鼓勵(lì)學(xué)生在真實(shí)的問(wèn)題中，運(yùn)用觀察得到的證據(jù)形成抽象的概念，運(yùn)用獲得的知識(shí)和觀察到的結(jié)果進(jìn)行推理解釋。本課的研討主題即結(jié)合小組數(shù)據(jù)，分析熱傳遞發(fā)生的條件及傳遞過(guò)程中所具有的特點(diǎn)。

1.“說(shuō)”出理由：逆向研討，引領(lǐng)辯證思維

課堂推進(jìn)至此，學(xué)生已經(jīng)積累了許多證據(jù)素材，為深入研討提供了保障。探究結(jié)束后，各小組評(píng)選出一張最佳記錄單，教師利用多媒體展示記錄單，開(kāi)展逆向研討。與先拿出證據(jù)再得出結(jié)論的常規(guī)研討不同，逆向研討是先由學(xué)生說(shuō)說(shuō)小組的發(fā)現(xiàn)，并提出論證觀點(diǎn)“熱水將熱量傳遞給冷水，熱水溫度下降，冷水溫度上升”，再在全班觀點(diǎn)初步統(tǒng)一的情況下提取證據(jù)，并進(jìn)行論證。證據(jù)即實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)與圖表。學(xué)生圍繞“一開(kāi)始是怎么預(yù)測(cè)的？為什么這么預(yù)測(cè)？實(shí)際測(cè)量后又有什么新發(fā)現(xiàn)？”展開(kāi)交流。由展示的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，學(xué)生起初預(yù)測(cè)溫度會(huì)出現(xiàn)均勻變化、先慢后快或先快后慢等情況，在實(shí)際測(cè)量后發(fā)現(xiàn)溫度變化是先快后慢。學(xué)生不斷修正接下去的預(yù)測(cè)，在修正中發(fā)現(xiàn)溫度的變化規(guī)律，并思考熱傳遞的特點(diǎn)。

逆向研討利用數(shù)據(jù)證實(shí)或證偽學(xué)生提出的論證主張，引導(dǎo)學(xué)生分析解釋熱傳遞發(fā)生的條件與過(guò)程中具有的特點(diǎn)，有助于發(fā)展學(xué)生的辯證思維。通過(guò)對(duì)比分析，學(xué)生更容易聚焦“熱量傳遞引起溫度變化”的觀點(diǎn)，認(rèn)識(shí)到溫度不同的物體由于含有的熱量不同，在接觸時(shí)熱量會(huì)出現(xiàn)從高到低傳遞的趨勢(shì)，最終二者達(dá)到溫度（熱量）的平衡，并以此為依據(jù)修改建模圖示。此時(shí)，學(xué)生對(duì)熱傳遞概念的認(rèn)知是深刻的。通過(guò)以上任務(wù)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從熱量到溫度再到熱傳遞的概念進(jìn)階。

2.“放”開(kāi)空間：?jiǎn)栴}思辨，激發(fā)批判性思維

“放”開(kāi)空間，指教師作為引領(lǐng)者，要將思辨的主導(dǎo)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生在問(wèn)題情境下展開(kāi)思維碰撞，接受他人的質(zhì)疑，并表達(dá)自己的觀點(diǎn)，最終達(dá)成共識(shí)。本節(jié)課要解決的問(wèn)題是牛奶要加熱多久才適合飲用（達(dá)到40℃）。通過(guò)折線圖，學(xué)生很容易找到牛奶從初始溫度上升到40℃的時(shí)間點(diǎn)。此時(shí)，教師提問(wèn)：“除了這個(gè)時(shí)間，還有其他時(shí)間能滿足要求嗎？”學(xué)生集中注意力，很快發(fā)現(xiàn)再過(guò)一段時(shí)間，熱水和冷水的溫度都會(huì)在某一時(shí)刻下降到40℃。教師繼續(xù)追問(wèn)：“這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)都能滿足要求，你們覺(jué)得哪一個(gè)時(shí)間去取牛奶更好？為什么？”學(xué)生圍繞這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)思考和討論，激發(fā)了批判性思維。有些知識(shí)儲(chǔ)備豐富的學(xué)生想到，加熱過(guò)程中，牛奶中蘊(yùn)含的蛋白質(zhì)會(huì)因溫度過(guò)高而變性，飲用后可能對(duì)人體造成不良影響。教師可以相機(jī)出示相關(guān)資料，讓學(xué)生了解到蛋白質(zhì)在60℃的環(huán)境中會(huì)開(kāi)始變性且不可逆，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)取牛奶的時(shí)間點(diǎn)做出最佳選擇。

四、以用遷學(xué)，漸進(jìn)式發(fā)散思維

以用遷學(xué)，即學(xué)以致用，是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知與思維再發(fā)展的重要策略。教師要引導(dǎo)學(xué)生在新的問(wèn)題情境中遷移應(yīng)用結(jié)論，從不同的角度思考、分析問(wèn)題，解釋新的現(xiàn)象或提出解決問(wèn)題的新辦法，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

在本課教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，筆者讓各小組圍繞“夏天，當(dāng)我們想喝一杯冰涼的飲料時(shí)，我們可以怎么做呢？”這一問(wèn)題展開(kāi)討論。一方面，該問(wèn)題的研討既是對(duì)本課核心概念的遷移應(yīng)用，又是對(duì)學(xué)生能否運(yùn)用熱傳遞知識(shí)來(lái)解釋制冷過(guò)程的考查。通過(guò)上面的探究，學(xué)生已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到熱傳遞發(fā)生的條件與傳遞過(guò)程中所具有的特點(diǎn)，自然能反向推導(dǎo)出制冷的原理：熱飲料將熱量傳遞給冰塊，使飲料溫度降低，冰塊溫度上升。另一方面，這個(gè)問(wèn)題讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：常溫水不僅可以成為受熱對(duì)象，也可以成為熱源去傳熱，只要與它接觸的物體比它溫度低。這樣，打破了學(xué)生對(duì)常溫水只能被傳熱的思維定式。在對(duì)熱水加熱冷水、冰塊制冷飲料這兩個(gè)常見(jiàn)現(xiàn)象的比較與解釋中，學(xué)生不斷發(fā)散思維，加深了對(duì)熱傳遞概念的理解，培養(yǎng)了科學(xué)質(zhì)疑精神。

科學(xué)思維的培養(yǎng)不僅是科學(xué)教學(xué)的內(nèi)核目標(biāo)，更是落實(shí)科學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑。教師應(yīng)注重在科學(xué)探究中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，在真實(shí)的問(wèn)題情境中通過(guò)“探究—研討—應(yīng)用”，達(dá)成讓學(xué)生主動(dòng)參與、實(shí)踐探究、合作交流、學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)，有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)思維品質(zhì)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2］ 喻伯軍.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）課例式解讀：科學(xué)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2022.

[3］ 季榮臻.聚焦以科學(xué)思維為核心的科學(xué)探究[J].江蘇教育，2017（73）：39-41.

[4］ 查良.基于大概念的單元起始課教學(xué)改進(jìn)與實(shí)踐：以教科版五年級(jí)《熱》單元為例[J].小學(xué)教學(xué)研究，2020（14）：70-72.

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（責(zé)編 蔡宇璇）