厲軼

策劃人語

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價值的集中體現(xiàn)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實驗、責(zé)任態(tài)度等。教學(xué)實踐中，教師應(yīng)怎樣設(shè)計符合學(xué)生發(fā)展的科學(xué)教學(xué)活動，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和熱情，全面提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)？本期《特別關(guān)注》刊發(fā)一組文章對此展開研究，以期為一線教師開展科學(xué)教學(xué)提供參考和借鑒。

【摘 要】科學(xué)思維是科學(xué)探究教與學(xué)的核心，將隱性的科學(xué)思維過程與科學(xué)思維方法進行可視化呈現(xiàn)，是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、促進學(xué)生深度學(xué)習(xí)的有效途徑之一。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師可以通過學(xué)生前概念、學(xué)生思維進展和學(xué)習(xí)效果可視化等途徑，實現(xiàn)科學(xué)思維可視化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升他們的思維品質(zhì)，幫助他們建立起一個完整的思維體系。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué) 思維可視化 教學(xué)策略

科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是有效落實新課標(biāo)的關(guān)鍵。但是傳統(tǒng)的科學(xué)探究教學(xué)往往只注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能，忽略了培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性思維能力，從而使得他們很難真正理解科學(xué)探究的本質(zhì)。因此，在實際教學(xué)中采取行之有效的教學(xué)策略改變當(dāng)前科學(xué)思維培養(yǎng)的“窘境”尤為重要。

思維可視化的教學(xué)策略，是針對當(dāng)前科學(xué)思維培養(yǎng)現(xiàn)狀而提出的教學(xué)策略。通過可視化策略，將學(xué)生的抽象思維方法、思維路徑等進行直觀呈現(xiàn)，有利于教師及時把握學(xué)生的思維動態(tài)，了解學(xué)生的思維過程和思維方法，從而有針對性地組織教學(xué)活動，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。本文圍繞科學(xué)思維可視化，以“可視思維”與“出聲思維”為研究基本點，提出教學(xué)策略?！翱梢曀季S”，即在探究過程中，將抽象事物具體化、形象化、直觀化，促進學(xué)生觀察與反思。“出聲思維”，即將抽象的、簡單的思維過程通過語言表達(dá)出來，促進學(xué)生理解、表達(dá)、推理、論證、分析、比較、綜合等方面的思維發(fā)展。

一、找準(zhǔn)科學(xué)探究的前奏：學(xué)生前概念可視化

科學(xué)探索活動應(yīng)以學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為起點，也就是說，從概念出發(fā)。在進入科學(xué)世界之前，學(xué)生已經(jīng)深入探索大自然，積累了豐富的實踐經(jīng)歷、間接體驗，這些都構(gòu)成了他們對自然界的認(rèn)知，即學(xué)生的前概念。前概念往往具有碎片化、隱蔽性、差異性等特點，教師只有通過一定的教學(xué)策略將碎片化、隱蔽性和差異性的前概念外顯，實現(xiàn)前概念的可視化，也就是思維可視化的第一步，才能有利于學(xué)生調(diào)取并正視自身已有的認(rèn)知，從而在后續(xù)學(xué)習(xí)中調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，建立與科學(xué)概念一致的新認(rèn)知模型。

教師可通過畫圖法、問卷法、談話法、演示法、情境法等多種可視化方法充分暴露學(xué)生的前概念。以教科版科學(xué)四年級上冊“食物在口腔里的變化”一課為例，口腔對于學(xué)生來說并不陌生，教師可以在課前設(shè)置調(diào)查問卷，讓學(xué)生了解牙齒的種類，并畫一畫或?qū)懸粚懖煌愋偷难例X。從學(xué)生的課前問卷中發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對牙齒的分類標(biāo)準(zhǔn)并不是很清楚，甚至有些學(xué)生把乳牙、恒牙、蛀牙等都?xì)w到了牙齒的種類之中。恒牙、乳牙是根據(jù)牙齒保留時間的長短來分的，而門齒、臼齒、犬齒是根據(jù)牙齒功能和位置來分的。因此在教學(xué)中，教師設(shè)計的探究活動的核心就是根據(jù)牙齒的功能和位置來分類，直面學(xué)生前概念的根源問題。

二、把握科學(xué)探究的時機：學(xué)生思維進展可視化

在新概念構(gòu)建與完善的過程中，學(xué)生往往明白了探究的整體方向，卻缺乏明確的探究方式和精細(xì)化的思維路徑。教師可以通過提出明確問題、制作記錄單、使用圖表、填寫表格等方法將隱性的思維進展可視化，從而更好地收集、分析學(xué)生的思維痕跡，深入了解他們的思維發(fā)展情況，并根據(jù)實際情況靈活調(diào)整科學(xué)探究的時機，以激發(fā)學(xué)生積極的思考。

（一）基于“問題串”的思維可視化

在小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)中，“問題串”是一種引發(fā)學(xué)生思考和互動的教學(xué)方法。通過提出一系列相關(guān)問題并鼓勵學(xué)生進行思考和討論，可以為學(xué)生搭建具有層次性、環(huán)環(huán)相扣、螺旋式上升的思維支架，使學(xué)生在分享、交流、質(zhì)疑和辨析中將內(nèi)在的思維外化，實現(xiàn)“出聲思維”的可視化發(fā)展，并促進學(xué)生之間進行思維碰撞，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如教科版科學(xué)三年級上冊“壓縮空氣”一課，教師可通過設(shè)置一連串的問題激發(fā)學(xué)生的思考，實現(xiàn)學(xué)生的“出聲思維”可視化：

1.從學(xué)生玩常見的氣球引入“如何玩注射器”，給其中一小組一個秘密武器——橡皮塞，暗示玩的方法。學(xué)生經(jīng)過玩，發(fā)現(xiàn)空氣被壓縮時空間變小，空氣被拉伸時空間變大。（指向概括思維）

2.如果往注射器中裝水和沙子，會如何？（指向推理思維）

3.為什么空氣容易被壓縮，而水和沙子不容易？引出空氣是由“微?！遍g構(gòu)成的。（指向比較思維）

4.壓縮和拉伸注射器時，空氣“微?！比绾巫兓恳鲆族e的知識點：空氣“微?！钡亩嗌俨粫淖?，改變的是“微?！遍g的距離。最后通過模擬實驗來升華學(xué)生對“空氣易壓縮”本質(zhì)的理解。（指向推斷、概括思維）

在此過程中，學(xué)生將“空氣易壓縮”這一概念逐步構(gòu)建起來，并通過語言表達(dá)自己的思維，使概念構(gòu)建的思維過程有跡可循。

（二）基于“數(shù)據(jù)分析”的思維可視化

數(shù)據(jù)分析是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和實踐能力的重要手段。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何觀察、記錄、整理和分析數(shù)據(jù)，還能培養(yǎng)獨立的科學(xué)思維和實踐技能。因此數(shù)據(jù)分析的過程，也是學(xué)生解決科學(xué)問題的過程，更是學(xué)生思維發(fā)展的過程。通過可視化教學(xué)策略，如采取數(shù)字化方式進行探究，利用圖表記錄數(shù)據(jù)、語言表達(dá)或呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析路徑等，使數(shù)據(jù)及其分析過程清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，并通過深度研討提高探究的思維含量，能夠有效提高學(xué)生科學(xué)思維鍛煉的效能。如教科版科學(xué)六年級上冊“不簡單的杠桿”一課，教師設(shè)計了用固定的小石塊，以木板作杠桿，撬動和移動大石塊的任務(wù)，希望學(xué)生在使用杠桿的過程中體驗、感受杠桿在什么情況下是能省力的。對于六年級的學(xué)生而言，比較手指用的力和小石塊的重量，不是很科學(xué)也不是很準(zhǔn)確。因此筆者對這個環(huán)節(jié)進行了改進：用彈簧壓力計代替手指的力。這樣，通過以上活動，學(xué)生親歷了“數(shù)據(jù)讀取可視化—數(shù)據(jù)比較可視化—數(shù)據(jù)歸納可視化—規(guī)律總結(jié)可視化”的流程，使學(xué)生對“杠桿的省力情況”這一認(rèn)識從感性上升到理性，探究過程從定性延伸至定量，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的思維可視化，提高學(xué)生的思維水平。

（三）基于“模型構(gòu)建”的思維可視化

模型建構(gòu)作為一種認(rèn)識手段和思維方式，簡單地說就是把抽象的、看不到的、內(nèi)化的思維流程建立成一個可以看見的、具體可感的認(rèn)知模型。借助模型，可以幫助學(xué)生樹立系統(tǒng)的思想，明確模型系統(tǒng)內(nèi)各個結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系及變化過程，特別是小學(xué)科學(xué)中部分研究對象具有時間和空間上的復(fù)雜性，如地球公轉(zhuǎn)、地殼運動等難以在課堂上直接進行研究，模型構(gòu)建可將此類探究直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，實現(xiàn)探究過程的可視化。如“壓縮空氣”一課模擬空氣微粒這一環(huán)節(jié)，空氣微粒這個知識比較抽象，教師通過讓學(xué)生展示自己的空氣微粒模型，將學(xué)生思維可視化，有效暴露學(xué)生的前概念，一種是微粒間的距離變化，另一種是微粒的數(shù)量變化。到底是哪種變化呢？通過設(shè)計方案、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)，逐步培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識和孜孜不倦的科學(xué)探索精神。實驗后學(xué)生修正模型，至此完成對現(xiàn)象和現(xiàn)象原因的建模。研討環(huán)節(jié)，教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生搭建游戲場，把教室過道設(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“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程中，學(xué)生既豐富了對壓縮空氣的感性認(rèn)識，又培養(yǎng)了解決問題的實踐能力。在此過程中，學(xué)生科學(xué)探究的興趣得到了有效激發(fā)。

三、善用科學(xué)評價機制：學(xué)生學(xué)習(xí)效果可視化

評價是教學(xué)的有機組成部分，有效教學(xué)需要評價的支持。在一般教學(xué)過程中，教師通常選擇作業(yè)作為學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價的主要方式，但是由于缺乏多樣性和全面性，這種方式往往會導(dǎo)致評價結(jié)果偏頗。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》強調(diào)，應(yīng)該充分利用多種多樣的評價方法，以達(dá)到更加精準(zhǔn)、有效的評價效果。為了提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，教師應(yīng)當(dāng)使用各種不同的評價方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價，以實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的可視化。

（一）基于課堂反饋的學(xué)習(xí)效果可視化

課堂評價是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果對課堂教學(xué)過程進行評判。教師可以從學(xué)生學(xué)習(xí)活動中的學(xué)習(xí)興趣、思維投入程度、學(xué)習(xí)的主動性等方面來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，檢驗學(xué)生的科學(xué)思維能力、知識理解水平和實驗操作水平。

如在“食物在口腔里的變化”一課中，在研討環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生利用當(dāng)天所學(xué)的知識給幼兒園的小朋友制作一個牙齒模型，通過呈現(xiàn)牙齒模型和評分表來檢驗本節(jié)課學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)效果的可視化。

（二）基于圖示工具的學(xué)習(xí)效果可視化

使用圖表工具是衡量學(xué)生思維發(fā)展最有效的方式，這樣教師就可以更好地了解學(xué)生的思維情況。通過全面而準(zhǔn)確地展示學(xué)生的思維過程，可以有效地提高他們的思維能力，并且可以擴大他們的思維范圍和拓展其思維深度。如“食物在口腔里的變化”一課，教師從學(xué)生的前概念出發(fā)，通過“實際觀察（用鏡子觀察吃餅干等活動）—閱讀修正前概念”，幫助學(xué)生完善和修正對牙齒模型的認(rèn)識，最后以“畫廊漫步法”分享和展示學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，在研討、分享中促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

在完成單課或某一單元的學(xué)習(xí)后，教師可指導(dǎo)學(xué)生繪制概念圖或思維導(dǎo)圖，使學(xué)生將“點”狀的思維逐漸變成“框架”式，彼此聯(lián)系，建立自己的知識體系。在繪制思維導(dǎo)圖的過程中，學(xué)生需要不斷回憶科學(xué)研究過程，梳理相關(guān)聯(lián)的概念，形成可視化的思維圖表，培養(yǎng)思維的條理性、邏輯性，以此促進學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提高。

（三）基于特定探究情境的學(xué)習(xí)效果可視化

科學(xué)來源于生活，也將更好地運用于生活。通過課后延伸拓展，學(xué)生可以更好地理解和運用課堂上學(xué)到的知識，這不僅可以提高他們的科學(xué)思維能力，而且還可以讓他們更深入地探索和實踐科學(xué)知識，從而更好地掌握新的技能。經(jīng)過一段探索性的學(xué)習(xí)，教師應(yīng)該設(shè)計一個更具有挑戰(zhàn)性的情境，讓學(xué)生更好地運用自己所學(xué)的科學(xué)知識、思維方式、實踐技能，從而更好地完成探究任務(wù)。如教科版科學(xué)三年級上冊“空氣占據(jù)空間”一課，教師創(chuàng)設(shè)情境：“烏鴉喝水”大家都熟悉吧，誰能分析一下烏鴉為什么能喝到水？引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題，發(fā)掘其中隱藏的思維軌跡，以此對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價。

又如“壓縮空氣”一課，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“皮球模型、水和沙子的壓縮實驗”等進行拓展，加深學(xué)生對知識的理解，實現(xiàn)知識的遷移。課堂以解決生活問題為中心，讓學(xué)生的思維沿著不同方向、不同角度向外擴散。生活場景的引入巧妙地打開了學(xué)生的生活世界，激發(fā)了學(xué)生對書本外的世界的好奇心和探究欲。

總而言之，小學(xué)科學(xué)課堂應(yīng)體現(xiàn)“生本課堂、學(xué)為中心”的思想，努力從學(xué)生的角度進行思考和探索，嘗試著給學(xué)生不一樣的學(xué)習(xí)認(rèn)知，為學(xué)生提供更加全面的科學(xué)學(xué)習(xí)思維可視化操作，改變教與學(xué)的方式，真正促進學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

【參考文獻】

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

[2]季榮臻.基于“思維可視化”的小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)策略 [J].江蘇教育研究，2018（2）.

[3]葉蕾.思維可視化：小學(xué)科學(xué)深度學(xué)習(xí)的探索[J].教育與裝備研究，2022（9）.

[4]林兆星.“思維可視化”策略在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用：以《擰螺絲釘?shù)膶W(xué)問》為例[J]. 福建基礎(chǔ)教育研究，2020（6）.

[5]林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學(xué)的理論與實踐[J].北京師范大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010（1）.