小学科学思维型教学具象化处理策略

摘 要 科学思维是小学科学四大学科核心素养之一。科学课堂教学实践中科学思维的培养存在难量化，难跟踪、难描述等难题。因此，可以通过课堂流程的大环节拟定（定“教”）、板书的结构化呈现（定“板”）、记录单的支架式设计（定“学”）、论证活动的开放式组织（定“论”）、实验材料的结构化准备（定“料”）等策略实现小学科学思维型教学的具像化处理。

关  键  词 小学科学 思维型教学 具像化

引用格式 杜伟.小学科学思维型教学具象化处理策略[J].教学与管理，2023（29）：54-58.

科学思维能力是学生科学核心素养的重要内容，是学生思考和解决科学问题的必备品质，也是小学科学课教学的核心关注点。小学科学课教学应当将学生科学思维的培养潜移默化地贯穿于常态化教学，使学生面对已知或未知科学问题和现象的时候，成为具有独立思考和批判思维能力的个体。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出，学生应掌握基本的思维方法，具有初步的科学思维能力[1]，特别强调在模型建构、推理论证、创新思维等方面的素养。林崇德、胡卫平两位学者提出，思维型课堂教学理论包括认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移四个方面的基本原理[2]。教学能力是教师专业能力的关键，教学过程中各个教学要素和核心能力都是相互依存、互为基础的关系[3]。在小学科学课教学设计中，可以通过多种互动方式，精心雕琢科学探究的每一个环节[4]，实现科学思维训练的目的。实践证明，不能将认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移割裂地看成四个环节，它们是交替、同时、反复出现的，怎样平衡处理和灵活应对四个原理在课堂上的均衡渗透，并将课堂生成作为思维型教学的课堂资源，成为小学科学思维型教学具象化处理过程中面临的最大难题。本文以典型的科学探究课——《压缩空气》教学为例，通过定“教”、定“板”、定“学”、定“论”、定“料”等具体课堂教学策略，探索思维型教学与小学科学学科的深度融合之道，以期为小学科学思维型课堂的构建提供借鉴。

一、定“教”：课堂大环节的拟定

1.矩阵层级式梳理

面对一个新课题，教师备课首先要做的是确定这节课有几个大环节，每个环节有哪些问题可以引发学生更大的兴趣，可以促发学生更积极地思维，可以带出学生更有批判性的问题，然后再去丰富和优化每个大环节里面的小环节、小细节。教师常用的方法是矩阵层级式梳理。本课教学要体现思维型教学的理念，首先要将认知冲突、自主建构、应用迁移三个思维型教学基本原理作为环节设计准则，而自我监控作为一种贯穿所有学习环节的反思手段，不适合作为大环节往里填充内容。在认知冲突大环节，笔者用一根吸管+一根筷子+一个湿纸团，带领学生做了一个简易的空气压缩枪。学生在完成自己的空气压缩枪作品后，随即开启了问题模式，在大量关于空气压缩枪的问题里，选取一个与本课主题关联最大，最能统领所有零碎问题的问题，展开第二阶段的实证研究，顺利过渡到自主建构阶段。通过这一阶段的半开放的自主探究和合作交流，学生获得了很多有意思的发现，进而与空气压缩枪的原理进行类比思考，获得很多关于空气压缩的新认识，进而理所当然地进入到应用迁移环节。其实，自主建构环节将注射器实验获得的相关证据与空气压缩枪进行联系，本身就是一次应用迁移。在此基础上，学生还会提到诸如喷壶、足球、篮球、喷雾等与空气压缩有关的生活经验。当然，图1呈现的矩阵层级式梳理只是表达教师备课过程中，怎样从无到有备好一节内容丰富且能激发学生思维的课，并不代表一节课里认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移之间存在包含与被包含的集合关系，它们之间更多是一种“你中有我，我中有你”的关系状态。例如，认知冲突产生问题，问题需要得到解决，解决问题就产生了后续活动的研究动力。

2.漏斗过滤式引导

科学课要体现其思维含量，就不能只是围绕知识设计活动，活动与问题的设计都要以激发学生内驱力为前提，否则就容易陷于低水平的课堂窘境——“教师强行推着走，学生勉强配合演”。设计一节课，必须先搞清楚这些问题：为什么要学这个内容？有什么价值和意义？在活动中学生的思维有何发展？如何发展？

科学实验里有一个经典的过滤实验操作，如果将科学思维型教学的关键要素类比为此操作中的各个关键要素，可以获得以上问题的破局之道。如图2所示，“混合液体”代表学生认知里的前概念，教师需要通过“导流棒”的作用，将学生混杂的前概念引入“漏斗”代表的研究场域，“滤纸”代表的是教师的引导性策略，学生的探究性实验和论证过程、学生前概念里不完善和有错误的部分在“滤纸”的作用下逐渐得到“净化”（概念发展、重构、修正的过程），错误的前概念被留在了滤纸上方，有价值的结论性观点得以保留，进而应用拓展到更多同层级的概念应用场景，甚至提炼出或佐证于更为上位的大概念。以上的整个“过滤”操作过程，实际上就是教师带领学生开展有意义的科学探究活动的形象化表征。其中的很多细节，值得品味和深思。例如，因为有“导流棒”（教师控场）的存在，使学生混杂的前概念得以有序的梳理，也被引导到“漏斗”（研究场域）里合适的位置。因为有研究场域的存在，学生的讨论不至于跑偏，概念的发展、重构、修正有了边界和载体，这就既保证了学生是在完全自主的状态下开展探究活动，又保证了探究活动有明确的指向、高效的引导。整个“过滤”（科学学习）过程，没有借助教师生拉硬拽的强制性外力，完全借助教师控场“导流”和“漏斗”研究场域的引导，依靠“液体自身重力”（学生自主探究和论证活动）的作用完成整节课的学习。当然，值得注意的是，“漏斗过滤式引导”的教学方式，对教师个人的课堂组织能力、洞察和抓取课堂生成的敏锐眼光、学生研究工具的结构化设计，都提出了很高的要求，教师想要熟练驾驭这种教学方式，需要积累较为丰富的课堂经验才行。

二、定“板”：板书设计的预设

1.符合科学研究逻辑

基于学界和社会对科学研究方法的普遍共识，一般认为，主流科学方法就两种：演绎法：设定原理—逻辑与数学推演—提出推论—实验验证—形成理论；归纳法：观察现象—总结规律—提出预言—实验验证—形成理论。无论以上哪种科学研究的逻辑，其实都包含最基础的五步：“提问、假设（解释）、证据（实验、论证）、结论（再解释）、应用（拓展）”。因此，板书设计的结构，也要参考科学研究的基本逻辑，不同的课题内容在呈现结构上会有区别，但基本结构是趋同的。例如，在《压缩空气》这课的板书预设中，就分为问题、解释、证据、结论、应用5个板块。这种板书设计可以帮助学生形成良好的科学研究逻辑习惯，有利于实现科学探究活动“由扶到放”的能力进阶目标。

2.符合儿童视角呈现

儿童视角下的板书设计，强调呈现方式要尽可能结构化和形象化，这是帮助班级学习共同体协同思考，促进个体与周围信息积极交互的有效手段。

（1）板书结构化。本课在进行板书结构化设计过程中，首先要考虑探究过程的逻辑线索，也就是前段提到的5个基本板块。最容易想到的是线性排布，即从左到右，依次呈现问题、解释、证据、结论、应用，因受限于黑板结构，过长的线性排布被替换为图3所示的“象限排布”。其次要考虑的是每个板块内包含的内容。写进板书的文字和图片一定是能成为课堂重要研究和讨论对象的内容。例如，在解释板块，学生提到气压问题，提到密闭空气被压缩产生力的问题；在证据板块，学生找到对应的现象能够证明这种解释；在结论板块，学生将之前通过分析推理得到的认识具像化为相应的图示表达。每一条板书的词汇、短语、图示，都将成为学生课堂研讨的重要素材，成为学习共同体协同思考的线索依据。

（2）板书形象化。将思维可视化运用到学科教学中，可以实现零散知识系统化、隐性思维显性化、解题规律模型化[5]。儿童对图示、图片的敏感度，远高于文字，这意味着我们在儿童视角下设计板书的时候，必然要做到图文并茂，最理想的板书形象化呈现方式是整个板书都是图，文字作为标注和配角出现。但本课的板书设计只有少量图示，大部分是文字，是否符合形象化的要求，是否有利于学生理解呢？细看不难发现，板书里的文字其实都来源于学生的表达。教师只是学生观点的搬运工，将他们表达的重要内容和观点提炼出来，放在它们应该出现的位置。同时，这些文字的出现，也不是一股脑放上去的，而是随着学生思维活动的进程循序渐进出现的。本课板书文字多于图示还有一个很重要的原因是课题内容导致的，在梳理学生口头表达的观点时，文字提炼的效率要高于图示，但在结论板块，因为要呈现学生对空气压缩的形象化认识，图示的效果就要优于文字。

3.符合课堂自然生成

在实际教学中，板书预设和实际呈现会有较大差异，这是“生长型”课堂的特点。“生长型”课堂最大程度尊重学生的自我认识和自我表达。美国教育家达克沃斯在其所著的《精彩观念的诞生》一书中提到，任何年龄阶段、任何发展水平的任何学生，都是带着自己观念进入教学的，在学习过程中他们又会不断产生新的、独特的、更精彩的观念，这个精彩观念不断诞生的过程其实就是他们智力和认知不断发展的过程[6]。因此，课堂教学必须建基于学生的独特观念之上，教学的目的（或价值）就是帮助学生在原有观念的基础上产生新的、更精彩的观念。作为科学教师，想要让学生具备专家思维，也就是像科学家一样思考和解决问题，就必须尊重学生的课堂自然生成，这意味着教师不可能提前预设一个完全符合学生认知和表达的板书。班级或小组学习共同体之间的差异，学生个体之间学习能力、认知水平的差异，都会导致相同课题内容的科学课会有不一样的板书呈现。教师只能最大限度地去预判学生的课堂行为，使板书成为一个能体现学习共同体学习成果的实时生成的作品。

三、定“学”：学习大支架的设计

学生，作为思维型课堂的主体，教师必须找到一个适切的学习支架或思维载体定义学生的“学”，让学生的思维可见，这个支架或载体最直接的呈现方式就是探究记录单。思维型课堂探究记录单的设计，必须深度整合到教学环节中去，这意味着，探究记录单的内容必须与课堂板书对接，与学生表达对接，与证据呈现对接。同时，还要兼顾学生的课堂学习成本，不能让探究记录单成为拖累学生探究活动的负担和可有可无的废纸。

1.与板书对接

板书，是课堂重要信息的留痕载体。板书的内容，除了来自学生口头表达的提炼、关键概念的整理外，大部分内容来自学生探究记录单里的信息。例如，在本课中，作为在自主建构大环节里发挥重要作用的探究记录单，上面的很多信息直接被提炼到证据和结论的板块，在汇报交流环节，教师要求学生将他们的记录单展示在大屏幕上，学生一边汇报，教师一边将重要信息整理到板书上。

2.与表达对接

汇报交流，最让教师头疼的莫过于学生的表达磕磕巴巴，词不达意，缺乏规范。探究记录单的存在，很大程度上帮助学生有条理、有结构、有重点地记录重要信息，使得他们在表达汇报的时候，叙述有条理、思维有结构、论证有重点，极大提高汇报交流效率。

3.与证据对接

探究记录单作为证据记录的纸质载体，可以客观呈现学生的真实发现，不仅在表达交流的时候起到旁证的作用，也将作为大单元教学的重要过程性资料。一种常见的课堂场景是：本节课的客观记录，也许在后面课时的探究过程中，又将成为其他发现的重要佐证，又或者因为其他新的发现，本节课看似证据确凿的观点又得以发展和修正。此外，学生的记录，也是思维活动的体现，教师可以从他们的记录中发掘很多值得探讨且有意思的内容，使得记录单得以成为课堂自然生长的一个重要节点。

四、定“论”：表达多样性的应对

思维型科学课最能体现思维属性的部分，就是论证环节。一般来说，论证环节集中安排在实验探究后，学生依据自己和他人获得的证据类素材，展开思辨活动。同时，在提问环节和总结应用环节，也会有论证活动的存在。如何组织好论证活动，做好学生思维的引路者，对教师教学技能有比较高的要求。