〔摘" "要〕" 科學思維的培養(yǎng)需要學生經(jīng)歷激發(fā)動機—構(gòu)建沖突—自主建構(gòu)—自我監(jiān)控—反思遷移等過程，而科學探究的要素則包括提出問題、做出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價等?？茖W思維的發(fā)展是促進學生科學探究能力發(fā)展的關(guān)鍵因素。思維型科學探究的培養(yǎng)需要學生自主參與，合作探究，共同實現(xiàn)。自主參與以自主建構(gòu)為基礎(chǔ)、以自我監(jiān)控作為保障。本文以《比較相同距離內(nèi)運動的快慢》為例，詳細闡述了思維型科學探究在實驗教學中的應用。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學科學；思維型科學探究；實驗教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 055-057

一、思維型科學探究起源及教學模型

科學教育領(lǐng)域提出科學探究的初衷，是以科學探究教學來實現(xiàn)訓練學生思維之目的。隨著教育改革的深入，科學探究既為過程也為目標的“多重身份”，讓我們有一個全新的角度審視它——以思維作為科學探究的核心。2022年版《義務教育科學課程標準》指出，科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，包括了模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等?？茖W思維的培養(yǎng)需要學生經(jīng)歷激發(fā)動機—構(gòu)建沖突—自主建構(gòu)—自我監(jiān)控—反思遷移等過程，而科學探究的要素則包括提出問題、做出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價等?？茖W思維的發(fā)展是促進學生科學探究能力發(fā)展的關(guān)鍵因素。

思維型科學探究的培養(yǎng)需要學生自主參與，合作探究，共同實現(xiàn)。自主參與以自主建構(gòu)為基礎(chǔ)、以自我監(jiān)控作為保障。而學生的認知建構(gòu)（即已有生活經(jīng)驗和已有知識）和社會建構(gòu)（即師生、生生課堂上的思維、情感、行為互動）又是學生自主建構(gòu)的主要構(gòu)成模塊。合作探究是一種具有挑戰(zhàn)性的學習方式，在思維型科學探究的教學中更有利于激發(fā)學生學習動機，讓學生體驗科學家的合作探究過程。

二、思維型科學探究的實驗教學內(nèi)容剖析

《比較相同距離內(nèi)運動的快慢》是小學科學教科版三年級下冊第一單元“物體的運動”的第五課。學生在前一課實驗探究中留意到斜面上物體運動有快有慢，本課和后一課又引導學生正確使用工具進行測量，因此，本課在教材中起到承上啟下的作用。本課探索板塊主要由三部分組成：第一步，通過了解不同物體運動相同距離所需時間，比較快慢；第二步，在兩條一樣長的軌道上，比較物體運動快慢；第三步，在同一條軌道上比較物體運動的快慢。三個探索活動通過激活經(jīng)驗—限定長度、同時運動—限定長度、秒表計時的方式引導學生思維層層深入。

2022年版《義務教育科學課程標準》強調(diào)學生的科學核心素養(yǎng)由科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任四個維度組成。在深度解讀教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，回歸課標、把握素養(yǎng)，確定教學目標、教學重難點、教學方法等。因此，從學科核心概念、跨學科概念、學習內(nèi)容、內(nèi)容要求出發(fā)，結(jié)合學生前概念，分析本課教材，并制定了本課學業(yè)要求、教學策略、學業(yè)質(zhì)量描述及對應核心素養(yǎng)的年級特征，讓教學有的放矢。

三、思維型科學探究的實驗教學實施

（一）引入真實情境，發(fā)散提出問題

教學情境的創(chuàng)設(shè)是引導學生理解科學觀念、激發(fā)學習動機、主動進行科學探究的先決條件。原教材設(shè)置了“動物王國賽跑，并給獵豹、兔子、羚羊、斑馬、大象、黑熊六種動物按照運動快慢排列名次”的問題情境。雖然該情境活潑可愛，但對于大部分學生來說較為陌生。因此，在教學中，筆者替換了這部分情境，以我校開展校運會，學生參加100米比賽時的比賽視頻引入?！靶＿\會”這一真情境貼合學生實際生活，很容易引起學生的興趣，從而真正實現(xiàn)“激趣導入”，也更加自然地聚焦了本節(jié)課的研究問題：各種物體運動快慢不一，怎樣比較它們運動的快慢？

三年級學生在進行科學探究時，主要通過觀察科學現(xiàn)象，將其與有關(guān)經(jīng)驗及已有科學概念建立聯(lián)系，從而實現(xiàn)觸及最近發(fā)展區(qū)的目的。在真情境中，部分學生觀看筆者拍攝的運動會視頻后，能發(fā)散思維，從多角度提出不同問題，其中有學生提出疑問：“如果兩個運動員的速度十分接近，又該如何判斷他們的快慢呢？”這是學生經(jīng)過觀察、聯(lián)想、發(fā)散、分析、比較等形成的高認知問題，而高認知問題的提出更容易引起學生的認知沖突、激發(fā)其動機水平，從而激發(fā)學生積極思維，促使其真思考。

（二）創(chuàng)新實驗器材，經(jīng)歷深度探究

三年級學生在開展科學探究時，由于其處在具體運算階段，具體形象思維較強，更容易根據(jù)生活經(jīng)驗對兩個事物做出簡單的比較。因此在“初探究”時，筆者提供給學生兩個速度快慢有明顯差異的小球，分別代表參加校運動比賽項目的兩個學生A和B，以比較兩者運動快慢。學生通過小組合作探究，利用長度相同的軌道，通過單一變量的對比實驗，能夠較輕松地“以觀察兩個小球到達終點的先后順序”為依據(jù)，判斷小球運動速度的快慢。而這一探究環(huán)節(jié)與情境導入的“觀察校運會視頻確定運動員的比賽名次”一一對應。

“再探究”環(huán)節(jié)中，學生著力解決“如果兩個運動員速度十分接近，又該如何判斷他們的快慢呢？”這一問題。大部分學生能夠聯(lián)系生活經(jīng)驗，聯(lián)想到在體育課上教師使用秒表計時的場景。因而在這一環(huán)節(jié)中，學生自行找到了適合的探究工具——秒表。但當學生進一步開展探究時卻發(fā)現(xiàn)，由于秒表的精度較低，以及組員間的配合問題，導致實驗效果不佳——在“初探究”中有明顯快慢差異的小球，用秒表計時后卻顯示通過相同軌道所用時間相同，這給學生造成極大的困惑。不少課堂在這一環(huán)節(jié)就草草收場，以秒表有誤差或精度不佳敷衍過去。但學生的思維并沒有得到有效流動，而是停滯在此，甚至對引入工具產(chǎn)生了疑惑——難道使用計時工具還不如肉眼觀察效果好嗎？

此刻，問題解決方案也隨即呈現(xiàn)——更換更加精確和靈敏的計時工具，并要保證小球自由滾落。由此滿足以上條件的“數(shù)顯可調(diào)節(jié)軌道器材”在學生的思維碰撞下應運而生了——該器材由可調(diào)節(jié)伸縮軌道、激光感應計時器、復位器、激光觸發(fā)器組成。其使用方法和工作原理為：當小球出發(fā)時擋住了激光1射出的激光，觸發(fā)啟動計時；當小球到達終點擋住激光2射出的激光時，終止計時，此時記錄數(shù)據(jù)后按下復位器即可進行下一輪計時。該儀器能有效捕捉小球運動瞬間，將計時數(shù)據(jù)精準至毫秒，大大提升實驗效率的同時，也提高了實驗數(shù)據(jù)的可信度，解決了“初探究”和“再探究”中實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)矛盾的情況。而實驗數(shù)據(jù)可靠的深度探究才是有利于學生思維發(fā)展的真探究。

（三）尋找身邊材料，初建系統(tǒng)模型

2022年版《義務教育科學課程標準》指出：模型建構(gòu)體現(xiàn)在以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ)，對客觀事物進行抽象和概括，進而建構(gòu)模型；能運用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。

蘭本達曾說，材料引起經(jīng)歷。多元化、生活化、建構(gòu)性的材料更有利于學生經(jīng)歷思維型科學探究，讓學生更容易觸及其“最近發(fā)展區(qū)”。因此，在學生能夠利用創(chuàng)新實驗器材順利進行試驗后，筆者引導學生大膽尋找身邊的物品展開探究，除了教材中提供的兩個小球外，將泡沫小球、金屬小球、玻璃小球等身邊的物品逐步添加到“材料超市”中。實驗小球的豐富多彩，有利于幫助學生核心概念從特殊到一般的歸納，從而初步建立一個能比較快慢的系統(tǒng)模型，實現(xiàn)從3～4年級“知道運動有快慢和不同類型，快慢可用速度表征”向5～6年級“速度有大小和方向”，以及7～9年級“理解速度的定義、單位和計算”的學習進階。

（四）巧用信息技術(shù)，滲透數(shù)據(jù)意識

在數(shù)據(jù)處理及交流匯報環(huán)節(jié)中，筆者巧用信息技術(shù)，將不同材料小球經(jīng)過3次重復實驗后的精準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為更加直觀的條形圖。學生在觀察本組數(shù)據(jù)時，可以在獨立的高層次思維活動引領(lǐng)下，分析、比較、歸納出各類型小球運動速度的特點。這確保了學生在科學探究中順利完成個人建構(gòu)。

筆者通過創(chuàng)設(shè)有利于學生交流合作的社會文化環(huán)境，輔以多媒體手段和圖表實時生成技術(shù)，組織學生通過觀察全班數(shù)據(jù)圖，利用對比、分析、綜合、評價等思維方式，互相交流彼此間的實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象，從而清晰闡述個人建構(gòu)形成的科學解釋。同時能對他人的解釋提出合理問題，并為自己的闡述進行辯護，以發(fā)展合作探究素養(yǎng)。

（五）結(jié)合評價量表，助力自我監(jiān)控

由于思維型科學探究的復雜性，需要一個主體多元、內(nèi)容全面的綜合評價體系。因而其評價要從發(fā)展學生的關(guān)鍵能力和必備品格出發(fā)，以科學核心素養(yǎng)的培育為抓手，考查學生科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任等素養(yǎng)的發(fā)展。自我監(jiān)控作為自主學習的保障，教師應充分重視并鼓勵學生大膽進行自我監(jiān)控、自主參與學習。

在該課例中，筆者在學生經(jīng)歷“提問—猜想—計劃—實施—研討—改進”的探究全過程后，又引導學生系統(tǒng)地對探究過程進行批判性回顧，以分析、比較、概括等思維方式，對科學探究過程進行反思和自我評價，而評價依據(jù)則是《比較相同距離內(nèi)運動的快慢》學習評價表。依據(jù)學習評價表，學生能積極主動地自我檢查、自我評價和自我調(diào)節(jié)，保證學有所依、學有所評。這不僅能推動學生完成最終的學習目標，使學習活動真實發(fā)生，也有助于教師監(jiān)控學習活動，及時為學生提供幫助，真正做到“教學評一體化”。

（六）運用核心概念，遷移拓展生活

核心素養(yǎng)強調(diào)在真實情境中解決復雜的問題。不少學生通過這樣一場深度的科學探究，已經(jīng)能自我總結(jié)歸納出“兩個物體同時運動相同的距離，用時短的運動得快”，“不論有幾個物體同時運動，只要用時短就是更快的”，“即使物體不同時運動，只要保證它們運動的距離相同，用時短的就快”。探究后的交流又一次形成思維的碰撞，從特殊（兩個物體、同時運動）到一般（多個物體、不同時運動）的歸納已經(jīng)實現(xiàn)了抽象與概括的初步進階，同時也為接下來學習“比較相同時間內(nèi)運動的快慢”打下了基礎(chǔ)。

思維型科學探究的最終歸宿是回到生活中，運用所學解決真實情境下的復雜問題。因此，當筆者以一個奧運會的比賽視頻引起學生注意時，不少學生發(fā)現(xiàn)，在競技程度高的體育場所，運動員之間的水平不相上下，僅僅依靠秒表或激光計時器是沒有辦法準確判斷運動員用時的。這時，筆者介紹光感應終點攝影機和光電子眼，能夠精準記錄下每個運動員到達終點的時間。由此，學生感受到科技進步為社會發(fā)展提供了強大支撐，以此激勵學生從小學科學、愛科學、用科學。

至此，學生經(jīng)歷了一次全過程的思維型科學探究，其思維不再僅限于觀察后的知道、記憶、了解、運用等低階思維，而是以科學探究為思維生長點，逐步螺旋式上升，向思考后的分析、綜合、評價、創(chuàng)造等高階思維過渡。

【基金項目：本文系福建省電教館立項課題“信息技術(shù)支持下的小學生本課堂案例研究”的研究成果，立項批準號：閩電教館KT23008】

【本文創(chuàng)新實驗材料——數(shù)顯可調(diào)節(jié)軌道器材獲2023年福建省中小學實驗教學說課“小學科學”組三等獎】

參考文獻

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