營(yíng)造多重場(chǎng)域，發(fā)展高階思維
——以《壓縮空氣》一課的教學(xué)為例

□王燕群

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》“倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過(guò)程；重視師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和方法進(jìn)行總結(jié)、反思、應(yīng)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)”。培育學(xué)生高階思維的基礎(chǔ)是在科學(xué)教學(xué)中設(shè)置適宜思維參與的探究場(chǎng)域，使學(xué)生通過(guò)探究實(shí)踐實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。以教科版《科學(xué)》三年級(jí)上冊(cè)“空氣”單元中的《壓縮空氣》一課為例，教師可以采用六大實(shí)踐策略，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，發(fā)展高階思維。

一、營(yíng)造問(wèn)題場(chǎng)，明確探究的方向

科學(xué)探究往往是從提出問(wèn)題開(kāi)始的。所謂問(wèn)題場(chǎng)，一般指為催生針對(duì)性問(wèn)題而營(yíng)造的學(xué)習(xí)場(chǎng)域。建構(gòu)問(wèn)題場(chǎng)，有利于學(xué)生進(jìn)一步明確探究的方向，提升探究的實(shí)效性。

【教學(xué)片段1】

1.引入。教師出示裝滿水（染成紅色）的瓶子和空瓶子，引導(dǎo)學(xué)生用“占據(jù)空間”一詞來(lái)描述現(xiàn)象：裝滿水的瓶子的實(shí)質(zhì)是水占據(jù)了瓶子的空間；空瓶子的實(shí)質(zhì)是空氣占據(jù)了瓶子的空間。

2.思考。教師提問(wèn)：可以再往裝滿水的瓶子里加水嗎？可以再往空瓶子里加空氣嗎？師生合作演示：用一個(gè)抽取了30 mL 水和一個(gè)抽取了30 mL空氣的注射器分別向兩個(gè)瓶子里打水與空氣，并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：你有什么發(fā)現(xiàn)？裝滿水的瓶子無(wú)法再加入水，裝滿空氣的瓶子看似滿了卻還能再加入空氣，你怎么看待這個(gè)現(xiàn)象？

3.應(yīng)用。教師讓學(xué)生討論：往一個(gè)裝滿高彈棉的透明玻璃杯中依次再塞入一些高彈棉碎塊，可能會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

教師可以結(jié)合小學(xué)科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生已有的知識(shí)，通過(guò)有結(jié)構(gòu)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，營(yíng)造良好的問(wèn)題場(chǎng)，讓學(xué)生帶著問(wèn)題開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象，從概念的內(nèi)涵和外延出發(fā)解決問(wèn)題，提高科學(xué)探究能力。上述教學(xué)片段中，教師創(chuàng)設(shè)了“往裝滿水的瓶子里加水，往裝滿空氣的瓶子里加空氣”的對(duì)比情境，及時(shí)引入問(wèn)題，為學(xué)生提供觀察、思考的對(duì)象，使學(xué)生清晰把握探究的方向，主動(dòng)對(duì)知識(shí)進(jìn)行加工整理，讓科學(xué)探究更具指向性。

二、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，挖掘探究的深度

實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)是對(duì)未知領(lǐng)域進(jìn)行探索。作為一種探究活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)不僅有顯性的行動(dòng)屬性，也有隱性的思維屬性。教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中獨(dú)立思考、驗(yàn)證結(jié)論，讓科學(xué)探究往縱深處推進(jìn)。

【教學(xué)片段2】

1.引出思考問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：空氣真的能壓縮嗎？我們來(lái)找找證據(jù)。學(xué)生開(kāi)展小組討論，思考如何用實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)說(shuō)明。

2.實(shí)驗(yàn)前研討。（1）操作：用橡皮抵住注射器口、平視。（2）觀察：空氣占據(jù)的空間會(huì)不會(huì)變??？什么樣的現(xiàn)象能夠說(shuō)明空氣可以被壓縮？（3）記錄。

3.分組探究活動(dòng)。學(xué)生分小組開(kāi)展探究活動(dòng)。

上述教學(xué)片段中，教師引導(dǎo)學(xué)生借助注射器，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，通過(guò)“討論—設(shè)計(jì)—探究”等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生經(jīng)歷猜想、驗(yàn)證的思維過(guò)程?！笆褂米⑸淦餮芯?，收集空氣能壓縮的證據(jù)”這一探究活動(dòng)的推進(jìn)與高階思維的發(fā)展同步，呈現(xiàn)了逐步深入的特點(diǎn)。學(xué)生先猜測(cè)“空氣真的能壓縮嗎”，再探討“怎么做”，然后完成“用注射器取空氣、壓空氣”的實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的創(chuàng)設(shè)有助于學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊思考，提升學(xué)生的綜合能力。

三、開(kāi)設(shè)辯論場(chǎng)，發(fā)展批判性思維

批判性思維既是一種思維技能，也是一種思維傾向。它指的是個(gè)體在思維活動(dòng)中獨(dú)立發(fā)現(xiàn)與批判質(zhì)疑的能力和傾向。課堂上，教師可引導(dǎo)學(xué)生抓住關(guān)鍵點(diǎn)，提出質(zhì)疑，辯出結(jié)論，由此發(fā)展學(xué)生的批判性思維。

【教學(xué)片段3】

1.小組內(nèi)研討。教師引導(dǎo)學(xué)生用證據(jù)說(shuō)明空氣能否被壓縮，并思考：空氣會(huì)不會(huì)被壓縮完？空氣有沒(méi)有減少？如何證明？師生共同設(shè)計(jì)“空氣逃走了”的演示實(shí)驗(yàn)。

2.提出觀點(diǎn)。學(xué)生一致認(rèn)為空氣能被壓縮，并舉出了多個(gè)例子加以證明。部分學(xué)生認(rèn)為空氣會(huì)減少，最終會(huì)被壓縮完，其他學(xué)生持相反的意見(jiàn)。

3.展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，收集相關(guān)證據(jù)。

4.交流新發(fā)現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：壓縮注射器后松手，活塞會(huì)彈回去；通過(guò)壓縮，注射器中的空氣不會(huì)減少。

5.小結(jié)?？諝饽鼙粔嚎s，壓縮空氣有彈性。

教師根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，讓學(xué)生在解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中，經(jīng)歷“分析—評(píng)價(jià)—?jiǎng)?chuàng)造”的思維過(guò)程。教師帶領(lǐng)學(xué)生用證據(jù)說(shuō)明“空氣能被壓縮”，在這一基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生推測(cè)“壓縮后空氣有沒(méi)有減少”。學(xué)生給出了不同的看法。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，給出了一致的結(jié)論。

四、建立模型場(chǎng)，使思維可視化

高階思維是指向綜合、歸納和創(chuàng)造的高層次思維活動(dòng)。所謂模型場(chǎng)，指的是使思維可視化的外顯模型，它強(qiáng)調(diào)運(yùn)用簡(jiǎn)潔有力的思維活動(dòng)，使探究更高效。

【教學(xué)片段4】

1.提問(wèn)。教師提問(wèn)：注射器里的空氣到底發(fā)生了什么變化？如果我們用8個(gè)小○代表空氣微粒，你認(rèn)為空氣微粒被壓縮后會(huì)怎樣？請(qǐng)畫(huà)在記錄單的圖中。教師在黑板上用教具形象化地呈現(xiàn)3 個(gè)注射器（如圖1），分別是注射器吸入一段空氣、往里推、松手后空氣微粒的狀態(tài)。

圖1

2.交流。學(xué)生認(rèn)為微粒數(shù)量、大小不變，微粒間的空隙變了。

3.小結(jié)。師生總結(jié)：推活塞時(shí)空氣占據(jù)的空間變小，拉活塞時(shí)空氣占據(jù)的空間變大。松手后，注射器的活塞會(huì)彈回來(lái)，說(shuō)明壓縮空氣有彈性。

上述活動(dòng)中，學(xué)生把觀察到的現(xiàn)象記錄在實(shí)驗(yàn)單上，呈現(xiàn)思考的成果。學(xué)生用模型演示空氣微粒被壓縮后的狀態(tài)，體現(xiàn)了思維可視化。在此過(guò)程中，學(xué)生自主分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)空氣微粒的數(shù)量、大小、間隔等進(jìn)行探究。教師營(yíng)造了模型場(chǎng)，使學(xué)生的思考更嚴(yán)謹(jǐn)。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度探究空氣微粒在壓縮和擴(kuò)張時(shí)的變化，將看不見(jiàn)摸不著的空氣轉(zhuǎn)化成空氣微粒模型；其次，教師采用黑板貼的形式表示“推”和“拉”活塞時(shí)學(xué)生對(duì)空氣微粒變化的猜想，直觀清晰易操作；最后，不同小組在交流過(guò)程中產(chǎn)生了思維碰撞，即對(duì)“推”和“拉”活塞時(shí)空氣微粒變化與否產(chǎn)生了分歧。通過(guò)設(shè)計(jì)方案、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)，學(xué)生的證據(jù)意識(shí)和科學(xué)精神得到了培養(yǎng)。

五、營(yíng)造游戲場(chǎng)，深化科學(xué)認(rèn)識(shí)

游戲?qū)和哂刑烊坏奈?。教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生搭建游戲場(chǎng)，把具有明確探究目標(biāo)的游戲活動(dòng)引入課堂，引發(fā)學(xué)生的探究興趣，促進(jìn)學(xué)生探究、鞏固、拓展、深化科學(xué)概念和科學(xué)原理。

【教學(xué)片段5】

1.游戲說(shuō)明。教師說(shuō)明：假設(shè)每個(gè)同學(xué)都是“空氣微?！保蠋熓恰盎钊?，老師（活塞）用力推，把你們往一個(gè)方向推，會(huì)發(fā)生什么？

2.開(kāi)展游戲活動(dòng)。教師組織學(xué)生扮演空氣微粒，學(xué)生在教室過(guò)道中（注射器）排成一列，師生開(kāi)始游戲：輕輕壓—松開(kāi)活塞—用力壓—松開(kāi)活塞。隨著教師（活塞）的擠壓，學(xué)生（空氣微粒）間的距離發(fā)生了變化，而學(xué)生（空氣微粒）本身的數(shù)量沒(méi)有變，大小也沒(méi)有變。

3.思考。學(xué)生思考出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。

4.小結(jié)。學(xué)生總結(jié)：空氣微粒占據(jù)的空間大小和空氣微粒之間的間隙發(fā)生了變化。

上述教學(xué)中，教師把教室過(guò)道設(shè)置為“注射器”，自己作為“活塞”，讓全體學(xué)生化身為“空氣微?！?，親身體驗(yàn)“空氣能被壓縮”與“壓縮空氣有彈性”的現(xiàn)象。在輕松愉悅的探究過(guò)程中，學(xué)生既豐富了對(duì)壓縮空氣的感性認(rèn)識(shí)，又形成了解決問(wèn)題的實(shí)踐能力。學(xué)生從游戲活動(dòng)出發(fā)，經(jīng)歷問(wèn)題產(chǎn)生和問(wèn)題解決的過(guò)程，逐漸深化對(duì)“空氣能被壓縮，壓縮空氣有彈性”的認(rèn)識(shí)。在此過(guò)程中，學(xué)生科學(xué)探究的興趣得到了激發(fā)。

六、引入生活場(chǎng)，遷移運(yùn)用知識(shí)

科學(xué)源于生活且服務(wù)于生活?？茖W(xué)的價(jià)值之一就在于解決實(shí)際生活問(wèn)題。教師可以依據(jù)教材與教學(xué)實(shí)際，適時(shí)引入生活場(chǎng)，讓學(xué)生置身于真實(shí)的生活問(wèn)題，思考解決方案，從而感受科學(xué)的無(wú)窮魅力。

【教學(xué)片段6】

1.解釋皮球模型。教師提問(wèn)：給籃球打氣時(shí)運(yùn)用的是什么原理？學(xué)生思考后用空氣的壓縮原理進(jìn)行解釋。

2.拓展水的實(shí)驗(yàn)。教師提問(wèn)：空氣可以被壓縮，壓縮空氣有彈性。那么水可以被壓縮嗎？引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手嘗試。

3.觀看空氣壓縮槍錄像。師生一同觀看空氣壓縮槍的錄像。

在學(xué)生已經(jīng)知道“空氣能被壓縮，壓縮空氣有彈性”的科學(xué)概念的基礎(chǔ)上，教師通過(guò)“皮球模型、水的壓縮實(shí)驗(yàn)、制作空氣壓縮槍”等進(jìn)行拓展，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。課堂以解決生活問(wèn)題為中心，讓學(xué)生的思維沿著不同方向、不同角度向外擴(kuò)散。生活場(chǎng)的引入巧妙地打開(kāi)了學(xué)生的生活世界，激發(fā)了學(xué)生對(duì)書(shū)本外的世界的好奇心和探究欲。

思維參與的探究才是真正意義上的探究。教師要巧妙設(shè)計(jì)活動(dòng)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)豐富多彩、合理有效的教學(xué)情境，讓學(xué)生開(kāi)展深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)思維的進(jìn)階。