构建思维型科学课堂的实践与思考

科学课程标准指出，科学思维是科学核心素养的重要内涵之一，科学思维的养成是小学科学课堂教学的核心。思维型科学课堂以思维型探究教学为主线，提倡让学生在情境中明确问题，基于问题作出假设，经历制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、评价反思、应用迁移等环节。现以《冷热与温度》一课教学为例，谈一谈构建思维型科学课堂的实践与思考。

一、基于真实生活提出问题，引发积极思维

在生活中，学生常常遇到一些问题，这些问题可能具有探究性。例如，有学生提出这样的困惑：早晨起床的时候，想要喝一杯温开水，但是刚刚倒出来的水很烫，需要冷却一段时间，即使到出门时，水的温度还是不太理想。多数学生有过这样的经历，这是很好的教学资源，可以作为本课的教学“起点”。

教学片段

师：对于这样的生活场景，你们能提出哪些问题呢？

生：需要提前多久倒出热水，在起床的时候能够直接喝？

生：一杯热水自然降温到能喝的温度，需要多久呢？其中有规律吗？

生：热水降温受哪些因素影响？

生：哪些方法能够加快热水降温？

师：同学们提出了不少有研究价值的问题，结合今天的学习内容，先来研究第二个问题。

学生的思维动机源于他们熟悉的生活问题。真实的生活问题贴近学生的最近发展区，能够引发他们的积极思维。生活现象的背后可能隐含一些值得研究的科学问题，能够激发学生内在探究动机，驱动他们主动思考，引发其积极思维。

二、唤醒生活经验作出假设，呈现差异化思维

科学假设是对未知事物或者规律提出的一种推测性看法，是一种重要的思维形式，是推进科学探究的重要动力，也是学生科学思维能力的重要体现。假设的目的是理清实验变量之间的关系，通过思维加工来形成自己的观点。热水在降温的过程中有没有规律？有怎样的规律？学生并不清楚，这就需要教师进行适当引导，提供思维支架，引发其深入思考。

教学片段

师：在间隔相同时间的前提下，热水在降温的过程中有规律吗？可能是怎样的规律？

生：我认为可能有规律，会一次下降一点，每次降得一样。

师：你的意思是会均匀下降是吗？能用具体数字举例说明吗？

生：均匀下降就是每次温差都相同，例如：70 ℃、65 ℃、60 ℃、55 ℃……

生：我认为热水降温可能有快有慢。

师：快慢有先后顺序吗？

生：可能是先快后慢，在开始阶段温差较大，后面温差逐渐变小，例如：70 ℃、65 ℃、61 ℃、58 ℃……也有可能是先慢后快，开始阶段温差较小，后面逐渐变大，例如：70 ℃、69 ℃、67 ℃、64 ℃……

生：可能没有规律，例如：70 ℃、66 ℃、65 ℃、62 ℃……

师：判断假设是否成立的关键是什么？

生：连续计算实测数据的温差，分析变化规律。

四年级学生的抽象思维能力相对有限，如果用概括性的语言表达假设，很难实现有效交流，这时就需要将抽象的规律具体化（见表1）。学生通过用数据举例的方式具象描述假设，能让其他学生更容易理解数据变化和假设之间的关系，进而激发他们思考：如果自己的假设成立，数据变化的规律是怎样的。

三、组织交流研讨制订方案，发展互补思维

制订实验方案是科学探究的重要环节，然而实验方案的形成不是一蹴而就的，要通过充分交流和深度研讨不断完善。同时，交流研讨环节也是发展学生思维的良好契机。实验方案需要学生通过小组内交流商定：先形成实验方案框架，再通过小组论证选定器材、优化步骤、细化分工等，最终达成共识。这样做的目的是确保全员参与，探究活动有序进行，收集的数据真实有效。教师在此过程中要给学生足够的空间，给予他们充分的自主。

教学片段

师：经过讨论，你们打算如何验证自己的假设？

生：间隔相同时间多次测量水温，根据得出的数据进行分析。

师：你们认为间隔多久合适？

生：我认为1分钟就可以了。

生：我认为两分钟比较好，这样水温变化会比较明显，同时我们也有充足的时间观察和思考，并预测下一次的温度。

师：你考虑得挺周到的，需要哪些器材呢？

生：温度计、秒表、烧杯和热水。

生：我认为还需要铁架台固定温度计，这样不仅能解放双手，而且使读数更加准确。

师：你们打算如何分工合作？

生：计时员用秒表计时，观察员关注温度计示数，管理员负责实验安全和补位，记录员记录数据和汇报。

师：实验时需要注意什么？

生：要注意安全，各小组的水量要相同，温度计读数要科学，相互配合要密切。

这样经过研讨交流论证的实验方案可以呈现学生的设计思路以及他们思维的差异，让他们在交流研讨中形成了质疑、批判等探究意识。一个让小组成员都赞同的实验方案是他们思维互补的结果，是集体智慧的结晶。学生能够在交流研讨中取长补短，完善实验方案，教师也能够根据他们的思维进程作出相应的教学调整，及时进行引导。

四、强化数据分析发现规律，掌握推理思维

在科学探究中常常需要从大量数据中归纳得出科学规律，而统计推理是发现规律的有效方式。统计推理就是利用统计数据或统计信息进行的推理，其本质是一种归纳推理，前提是有一定数量的统计数据，过程是发现、提炼数据中蕴含的信息并依据这些信息做推断或决策。教师引导学生运用分析、比较、推理、概括等多种思维方式对实验数据进行加工，理解数据之间隐含的关系，有利于培养他们的数据意识和数据思维，让他们学习通过建构数据模型来解释科学规律。

1.通过数据群分析变化趋势，推理规律

实验结束后，学生将实测数据汇总（见表2），形成了有一定规模的数据群。

在探究实验中，有些小组觉得不需要12分钟就能得出结论，所以实验次数比其他组少。

教学片段

师：现在你们有什么发现？

生：我们第8小组通过实验以及测得的数据，发现温差一开始比较大，越往后温差越小。据此，我们推理热水降温的规律是先快后慢。

师：第3、第8、第9小组测量次数也相对较少，其他小组，你们赞同上面的结论吗？

生：赞同，可能不需要12分钟就能够发现规律。但是推理的依据多一些，得出的结论就更准确。

师：看了第8小组的数据记录表，发现预测数据和实测数据越来越接近，你们是怎么做到的？

生：我们第一次实测温度为82 ℃，预测两分钟后的水温降为80 ℃，温差为2 ℃，而第二次实测76 ℃，实测温差为6 ℃，我们发现自己预测的温差偏小。所以，第三次预测的温度既要比第二次实测温度76 ℃低，同时还要适当增加预测温差的幅度，于是我们预测为72 ℃，预测温差为4 ℃，而第三次实测71 ℃，比较接近。

师：所以，你们预测的秘诀是什么呢？

生：边思考边讨论，同时考虑上一次实测温度和温差幅度。

师：你们真会思考！像这样根据已知信息得到判断或结论的过程就是推理。现在你们觉得需要多长时间这杯水可以喝？

生：根据表格中的数据推理，可能需要15分钟以上。

师：你们的推理对我们的生活有哪些意义呢？

生：我们可以掌握热水降温所需时间，提前做好准备！

以上这些实验数据未必是完全正确的，但都客观反映了热水的降温规律。在数据分析的环节，教师可以先让实验次数较少的小组汇报，再让实验次数较多的小组汇报。原因是：数据分析的样本越多，推理越有说服力，得出的结论就越科学。实际教学中，围绕这些实验数据，学生还有很多发现，他们觉得意犹未尽，继续研讨的需求强烈，限于课堂时间，他们只讨论了其中一小部分，其他的可以利用课后时间来继续讨论，发散思维。

2.通过统计图描述变化趋势，验证推理

小学生以直观和具象思维为主，在大量的数据统计分析的同时，借助统计的另一种方式——图表，能促进他们发现数据背后隐含的信息，深化对科学规律的理解，进而从不同角度验证自己的推理是否科学。

教学片段

师：要想发现数据变化的规律，还可以利用数学中的折线统计图。

（教师将表2中的数据导入表格，直接生成各小组的折线统计图，第1组的折线统计图如图1所示。）

师：请大家用自己的语言描述该小组图像是如何变化的？再观察所有小组的统计图，看看它们有什么相似之处？

生：我们发现图像的开始阶段都“斜”得厉害，后面越来越“平”了。

师：你能用一个好听的词汇形容这种“斜”和“平”吗？

生：“斜”是陡峭，“平”是平缓。

师：这样的图像呈现出了怎样的规律呢？

生：图中的数据变化是先快后慢的。

折线统计图是五年级数学下册的内容，四年级学生多数没有这样的经验。教师用Excel表格直接生成图像，节省了课堂时间，提高了效率。学生描述图像的走势，感受数据变化的规律，能够更加直观地理解数据变化趋势。这样既能发散学生的思维，又能巩固学习成果，让结论更有说服力。

五、回归真实生活应用迁移，培养创新思维

科学研究往往是从生活中来，再到生活中去，即发现的问题经过实验探究和思维加工得出研究结论之后，还要再回到现实生活中的不同情境里去检验和实践。因此，教师要鼓励学生应用迁移，解决实际问题和改进创新。课堂研究不能只停留在理论讲解，需要教师引导学生在生活中去寻找“物化”的成果，并结合本课的学习针对性地分析。

教学片段

师：在我们的身边，有这样的设备解决大家的困扰吗？

生：学校每一层都有直饮水的设备，机器的温度在不同季节水温设置不同，冬季偏高，夏季稍低，可以直饮。

生：我家正在装修，爸爸在餐厅里装了一个饮水机，有6种出水模式，每一种模式都对应一种温度，可以满足不同的生活需求。

师：这么方便，那我们今天的研究还有必要吗？

生：我觉得有必要，这些设备出的不同温度的水可能是热水和冷水直接混合而成，可能并没有煮沸，不卫生，水还是煮沸以后饮用更安全可靠。

生：我认为这些设备可能自带水净化功能，不同温度的水保护了食物中的营养物质。

师：看来大家对同一事件有不同看法，这是正常的，希望你们课后继续对自己感兴趣的事物展开研究，相信会有更多收获！

在学习本课内容以后，学生开始用审视的眼光和辩证的思维看待身边的科技产品，分析其优缺点，这有利于培养他们的创新思维，促进他们基于健康生活的理念和实际需求提出不同的观点，应用迁移，逐步养成独立思考、深度思考的习惯。这也客观说明本节课的教学对学生思维产生了实质性的影响，帮助他们形成对多彩世界的科学态度。

结语

思维型探究教学的流程并不是一成不变的，需要依据学生的已有水平和经验基础而定。思维型科学课堂要让学生的思维能力在由浅入深、紧密联系的教学环节中有序进阶，以期实现跨学科实践和工程技术实践，从而全面发展学生的核心素养。

[课题：江苏省中小学教研第十四期立项课题“基于科学逻辑优化小学科学探究教学的实践研究”，编号：2021JY14-L109]

（作者单位：江苏省常州市武进区实验小学）

参考文献

[1]胡卫平，刘守印.义务教育科学课程标准（2022年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]王继伟.关于科学探究的“四个不等式”[J].基础教育课程，2023（12）.

[3]周建武.科学逻辑：逻辑思维方法与推理论证[M].北京：中国人民大学出版社，2020.