核心素养背景下的科学思维能力培养策略

【摘 要】本文以《总结我们的认识》为例，探讨在创设情境、问题驱动、设计方案、探究研讨、拓展运用等环节培养学生的科学思维能力。

【关键词】核心素养 科学思维能力 培养策略

“科学观念、科学思维、探究实践、态度责任”构成了《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）所界定的科学课程的四大核心素养。其中，科学思维占据重要地位，因此，培育学生的科学思维能力是实现《课程标准》的关键所在。本文结合教科版五年级上册《总结我们的认识》这一课中的“探索植被对侵蚀的影响”活动，探讨科学思维能力的培养方法。

一、创设情境，引发思维动机

富有启迪性的情境是促进学生启动思维的“引擎”，是融入科学探究活动的“催化剂”。因此，教师可创设与主题内容紧密联系的生活实践问题，触发学生解决问题的欲望和内驱力，促进其在真实任务情境中亲历合作探究，构建知识联结，达到对核心知识的深层理解与迁移运用。

在“雨水对地表侵蚀的探究”教学中，笔者通过多媒体展示家乡永安的绿水青山美景，让学生在欣赏家乡自然风光的同时，体会到绿水青山给人们带来的和谐生活环境和丰富的自然资源。随后，笔者再展示千沟万壑的黄土高原和浑浊的黄河水的图片，由此形成鲜明对比，使学生更深刻地理解“绿水青山就是金山银山”的含义。这一环节引发了学生的认知冲突，触发学生的认知困惑点，迅速激发了他们的探究学习欲望。在这种情境下，学生热情地投入到本课的学习与探究之中，为他们思维的发展奠定了坚实的基础。

二、问题驱动，激发思维参与

疑问作为知识获取的前提，是推动学生深入学习的驱动力。将问题作为驱动，不仅能激发学生的思维参与，还能进一步推动他们去深入探索和实践。

在实验探究活动前，笔者鼓励学生对侵蚀地表的原因提出自己的想法和猜测。

师：我们想要恢复黄土高原的绿水青山，就要了解造成黄土高原千沟万壑的主要原因。造成侵蚀程度大小的主要因素有哪些呢？

生：土地裸露。

师：你的理由是什么？

生1：我在对比黄土高原和我们永安的图片时发现，黄土高原大多是裸露的，黄河水是浑浊的；而在我们这里，到处都覆盖着植被，河水都是清澈的。

生2：在下雨时，我发现建筑工地裸露在地面上的土壤会被冲到水沟里，而有草地或树木生长的地方，土壤不会被冲刷到水沟去。

在精心构思的问题驱动下，学生不再满足于所看到的表面现象，而是充分运用分析、比较、推理等科学思维方法，对问题中的事实进行深度分析，不断挖掘问题的本质，探究其背后的原理和逻辑，进而提出合理的解释思路，推动思维品质的发展。

三、设计方案，整合思维冲突

从提出问题到给出解释，是学生思维发展的一个关键环节。在这个过程中，学生需要通过自己的思考和分析，逐步建立起对问题的理解。然而，学生仅仅停留在解释的层面上还不够，更重要的是能够设计实验来验证自己的猜想。在学生给出解释之后，教师应紧接着引导他们设计实验，以验证自己的观点。科学实验设计是一个缜密且结构化的思维流程。在构思方案阶段，学生需要根据假设和实验条件，设计出具体的实验方案。这个过程需要学生具备创新思维和解决问题的能力，能够灵活运用各种实验技术和方法，确保实验能够顺利进行，并得出准确的结论。

例如，师生共同设计和完善“植被是否影响雨水对地表侵蚀”的实验方案时，笔者先展示实验材料：湿润且混有少量沙石的土、有植物覆盖的土、自制矿泉水瓶喷壶、量杯、铁架台。

师：这些实验材料分别模拟什么？

生：湿润且混有少量沙石的土壤模拟无植被的小山丘，有植物覆盖的土壤模拟有植被的小山丘，矿泉水瓶喷壶模拟降雨。

师：“植被是否影响雨水对地表侵蚀”实验方案中，需要改变哪些条件，哪些条件保持不变？

生：改变的是土壤有无植被覆盖，其他条件不变。

师：铁架台放置矿泉水瓶喷壶，它起到什么作用？

生：降雨的高度不同对土地侵蚀的影响不同。用铁架台可以保持“降雨”的高度一致。

这样的实验设计不仅可以锻炼学生的思维能力，还能够培养其严谨的科学态度和实事求是的精神，提升科学素养和实践能力。

四、探究研讨，提升思维认知

科学实验不仅是一个验证学生猜想和获取新知识的过程，更是一个促进学生思维发展的过程。在这个过程中，学生需要全神贯注地观察实验现象，深入比较、分析实验数据，进行合理的推理和概括，挖掘出实验现象背后的科学规律，从而得出科学的结论，建构出科学的模型。这些步骤都离不开他们的思维活动。

完成实验后，笔者引导学生比较和交流有无植物覆盖的两个小山丘“降雨”后的变化：“当雨水降落到没有植物覆盖的小山丘时，有什么现象发生？当雨水降落到有植物覆盖的小山丘时，又是什么现象？比较和交流两组实验所产生的径流有什么区别，说明了什么。”在研讨活动中，学生基于已有的知识体系和经验，对问题中的事实进行深度分析，进而提出合理的解释思路：植被是土壤的天然保护屏障，植物的根系能使土地更为牢固，不易被雨水冲刷，树叶能够减轻雨水冲击的力量，也能减少雨水对土地的侵蚀。

在这一过程中，学生对实验中的各种现象、收集到的数据以及得到的结果进行细致、深入的观察、比较和剖析，建立起证据与解释之间的紧密联系，并提出具有合理性的见解，进而将具体的实验现象抽象化，理解实验现象的本质。

五、拓展运用，促进思维迁移

《课程标准》指出，要以学生为主体进行教学设计，组织学生运用所学的知识和方法解决真实情境中的问题，实现应用与迁移，做到融会贯通。在具体的应用环节，我们需要有意识地引导学生尝试将这些新知识与已经掌握的旧知识进行有效的融合，加深学生对知识的理解和记忆，增强学生的知识运用能力和解决问题的综合能力。

在拓展应用环节，笔者把学生引到“如何重现黄土高原的绿水青山”的问题上：“我们刚才的科学探究发现了造成黄土高原地表侵蚀的主要因素。要让黄土高原恢复成绿水青山，我们应该怎么做呢？”经历了“植被对侵蚀的影响”的实验探究后，学生深刻认识到植树种草、保护生态环境的重要性，不约而同地想到“植树种草”。而后，笔者提问：“在刚才的实验中，我们发现了土地的坡度、土质的疏松也是影响水土流失的主要原因。根据黄土高原坡度大、土质疏松的特点，我们又要采取怎样的措施呢？”在研讨中，“修筑堤坝”“修建梯田”等举措成了学生的共识。通过这种思维迁移的方式，学生进一步巩固了植被对侵蚀地表的影响的知识，其实验设计、分析提炼、发现规律、得出结论等技能得到提升，实现了思维的迁移和进阶。

综上所述，科学思维是科学探究活动的重要要素。在教学实践过程中，教师应坚持以学生为中心的原则，通过创设情境、问题驱动、设计方案、探究研讨及拓展运用多个教学环节，积极探索符合学生认知发展规律的教学设计与实施策略，有效促进学生的科学思维发展。

（作者单位：福建省永安市西门小学）