高階思維在科學(xué)課堂的生長路徑

王明光

教學(xué)的核心是思維，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要思考。在推進(jìn)教學(xué)改革的過程中，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，能有效促進(jìn)核心素養(yǎng)的發(fā)展。高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力，它在教學(xué)目標(biāo)分類中主要表現(xiàn)為分析、綜合和評(píng)價(jià)等。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，低階思維能力越來越不適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展，注重高階思維能力的培養(yǎng)是當(dāng)前教育發(fā)展的必然趨勢(shì)?？茖W(xué)教師要通過長期不懈的精心教學(xué)和對(duì)學(xué)生潤物細(xì)無聲的習(xí)慣浸潤，助力學(xué)生的高階思維發(fā)展。

真實(shí)情境激活科學(xué)分析能力

兒童天生對(duì)周圍的物質(zhì)世界充滿著強(qiáng)烈的好奇心和積極的探究欲，但是只有具備在真實(shí)情境中解決復(fù)雜問題的能力，才能具備核心素養(yǎng)。因此教師在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，應(yīng)該基于小學(xué)生的心理特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)一些適合他們的有趣、真實(shí)的情境，激發(fā)他們的探究興趣，激活他們的科學(xué)分析問題的能力，為新課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

教學(xué)片段一：“土壤”內(nèi)容的導(dǎo)入

師：生活中，我們經(jīng)常需要分離一些混合物，比如：廚房里，媽媽用漏勺把煮好的餃子從鍋中撈出;工地上，工人用篩子分離出沙中的小石子;谷場(chǎng)里，農(nóng)民利用簸箕分離秕谷;大海邊，鹽田工人利用海水曬鹽等。今天，老師也帶來了一杯混合物，它是由鐵粉、木屑、砂礫、食鹽四種材料混合而成的，你們能大致分離出這四種物質(zhì)嗎？

生：放在水里。

師：你準(zhǔn)備分離出什么成分？

生：木屑。

生：如果分離鐵粉的話，可以拿塊磁鐵把鐵粉吸出來。

師：你是根據(jù)它的什么特性呢？

生：鐵可以被磁鐵吸引。

師：好的，給他掌聲鼓勵(lì)。還有幾樣?xùn)|西呢？

生：把它放入水中攪拌，讓鹽溶解，再過濾、蒸發(fā)。

師：也就是說，根據(jù)食鹽的性質(zhì)，我們可以把它放在水中攪拌、溶解、再蒸發(fā)，分離出食鹽，這依據(jù)的是食鹽不能被蒸發(fā)的特性。還有嗎？

生：砂礫、木屑都不溶于水，可以把它們放入水中攪拌，木屑漂在水面，撈出，把上部的水倒出，下部就是砂礫，再把水過濾蒸發(fā)。

師：攪拌后，撈出漂浮物——木屑;將水倒出，分離出沉淀物——砂礫;再把倒出的水蒸發(fā)，就分離出食鹽了。

同學(xué)們非常棒，剛才依據(jù)這四種物質(zhì)的特性，結(jié)合以前學(xué)過的知識(shí)，運(yùn)用各種方法，我們依次分離出了這四種成分。今天老師給你們提供了一種大家非常熟悉的物質(zhì)：土壤，它也是一種混合物。

教學(xué)設(shè)計(jì)要以學(xué)生為主體，適宜的情境設(shè)置可以激起學(xué)生的好奇心。在這個(gè)導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師首先展示生活中常見的簡(jiǎn)單易操作的分離實(shí)例作為鋪墊，然后出示一杯由鐵粉、木屑、砂礫、食鹽組成的混合物，請(qǐng)學(xué)生分析如何將它們大致分離，這樣可以喚起學(xué)生的前概念。學(xué)生通過交流認(rèn)識(shí)到：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)來設(shè)計(jì)合適的方案就可以將它們一一分離開來。這樣的教學(xué)情境很好地激活了學(xué)生分析問題的能力，同時(shí)引出活動(dòng)——進(jìn)一步探究土壤的成分。

科學(xué)觀察培養(yǎng)科學(xué)推理能力

小學(xué)科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)探究為核心的學(xué)科，而觀察在實(shí)驗(yàn)探究中占有非常重要的地位?？茖W(xué)始于好奇，發(fā)現(xiàn)始于觀察，分析促進(jìn)推理。在教學(xué)中，教師應(yīng)該讓學(xué)生有目的地進(jìn)行觀察，并整理、分類觀察后獲得的信息，分析數(shù)據(jù)內(nèi)在的聯(lián)系，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)推理能力。

教學(xué)片段二：觀察蒼耳的傳播方式

師：（課件展示房頂上的蒼耳植株圖片）蒼耳這種植物的種子能傳播到這兒?jiǎn)幔?/p>

生：會(huì)。

生：一些兔子從旁邊經(jīng)過的時(shí)候，蒼耳就會(huì)粘在兔子身上，被兔子帶到其他地方去。

師：蒼耳的什么特點(diǎn)讓你們想到它會(huì)被兔子帶走？

生：蒼耳種子的刺上有倒鉤。

師：也就是說，你是觀察到蒼耳上有帶刺的小倒鉤這個(gè)特點(diǎn)，于是想到會(huì)有動(dòng)物把它帶走。

生：我認(rèn)為人也能把它帶走，我去年冬天爬寶石山時(shí)發(fā)現(xiàn)蒼耳粘在我的毛衣上。

師：它的什么特點(diǎn)會(huì)讓它粘在你的毛衣上呢？

生：我認(rèn)為是它的小刺。

師：看來同學(xué)們都注意到了蒼耳是長有帶鉤的小刺的，所以說它是靠動(dòng)物傳播的，真的是這樣嗎？想不想看看真實(shí)的蒼耳？

（教師分發(fā)蒼耳，提醒學(xué)生觀察蒼耳是不是真的有帶鉤的小刺。）

師：有沒有帶鉤的小刺？

生：有。

師：能不能粘在衣服上？

生：（一邊嘗試一邊回答）能。

師：蒼耳只有帶鉤小刺這一個(gè)特點(diǎn)嗎？請(qǐng)觀察、討論一下，它還有什么特點(diǎn)。

生：它很小，橢圓形的，棕色。

生：因?yàn)槭菣E圓形的，所以它可以滾動(dòng)。

生：蒼耳兩端有比較長的大刺。

生：很輕，很容易被風(fēng)吹走。

師：同學(xué)們推測(cè)一下蒼耳還有哪些特點(diǎn)使它們很容易被傳播出去？這些特點(diǎn)，還使得它適合以哪種方式傳播？

生：橢圓形能滾動(dòng)，可以通過自己來傳播。

師：你能解釋一下嗎？

生：它如果生長在一個(gè)斜坡上，就可以從一個(gè)地方滾到另一個(gè)地方。

師：非常棒，分析得很好。

生：又小又輕，適合風(fēng)力傳播。

生：大刺扎在動(dòng)物身上，適合動(dòng)物傳播。

生：棕色有可能被一些棕色的動(dòng)物忽略。

師：非常棒，因?yàn)槭亲厣?，粘在某些?dòng)物身上容易被忽略，因?yàn)橛中∮州p，粘在身上也不容易被發(fā)現(xiàn)。通過觀察，我們發(fā)現(xiàn)：蒼耳不止一種傳播方式，每一種傳播方式都與它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相適應(yīng)。結(jié)合蒼耳所有的外部特征，你認(rèn)為哪種方式最適合蒼耳傳播出去？

生：風(fēng)力傳播和動(dòng)物傳播。

師：你們用嘴巴吹吹看，看風(fēng)能不能把種子傳播得更遠(yuǎn)呢？風(fēng)能不能一直吹呢？你們認(rèn)為蒼耳最顯著的傳播特點(diǎn)是什么。

生：（異口同聲地回答）動(dòng)物傳播。

四年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)具備一定的觀察、推理能力，由于受到時(shí)空限制，學(xué)生無法在課堂上直接觀察真實(shí)世界中的種子傳播過程，因此需要尋找有充足說服力的證據(jù)來證明種子的傳播方式，這是一個(gè)包含了假設(shè)、尋找證據(jù)、反復(fù)辨析的科學(xué)過程。以生活中常見的蒼耳為例，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可知它可以傳播到遠(yuǎn)處。學(xué)生通過觀察蒼耳的特征，分析與每種特征可能匹配的傳播方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行層層推理，初步體會(huì)到了蒼耳種子的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)這一結(jié)論。

科學(xué)辯論促進(jìn)科學(xué)評(píng)價(jià)能力

俗話說“理不辯不清，事不辯不明”，在課堂教學(xué)中，科學(xué)教師要善于應(yīng)用研討和辯論。在研討思辨的過程中，通過不同觀點(diǎn)的碰撞，學(xué)生對(duì)客觀對(duì)象進(jìn)行判斷、分析后形成自己的見解和結(jié)論。在教學(xué)過程中，教師要善于發(fā)現(xiàn)有爭(zhēng)論的知識(shí)點(diǎn)，并以適當(dāng)?shù)膶ｎ}展現(xiàn)給學(xué)生討論?？茖W(xué)辯論不僅有利于增強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，還有利于學(xué)生思辨能力和邏輯思維能力的培養(yǎng)，從而促進(jìn)他們科學(xué)評(píng)價(jià)能力的提升。

教學(xué)片段三：對(duì)云進(jìn)行分類

師：這張記錄單能看懂嗎？

（課件展示記錄溫度和海拔關(guān)系的記錄單。）

師：氣象學(xué)家在對(duì)云進(jìn)行觀察描述時(shí)，通常將它們分成三類，請(qǐng)閱讀書本《對(duì)云進(jìn)行分類》。模仿書本的圖片，在記錄單上畫出不同類型的云在天空中的大致位置，并在云朵旁邊標(biāo)出它們可能的狀態(tài)。

（請(qǐng)一位學(xué)生展示他的記錄單并匯報(bào)。）

師：有同學(xué)對(duì)他的記錄單有不同意見嗎？為什么？

生：我有不同意見，我認(rèn)為夏天天空中的云都是由小水珠組成的。

生：我不同意，請(qǐng)看記錄單，天空越高，溫度越低，我認(rèn)為低空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。

師：誰還有不同意見？

生：我有不同意見，因?yàn)橄奶於际窍掠甑模煜卵?，所以夏天的云是小水珠，冬天的云是小冰晶?/p>

師：還有沒有不同見解？

生：我認(rèn)為冬天的地面溫度很低，天空的溫度更低，天空中的云是小冰晶，天空中的云落回地面，形成雪。

師：夏天的云呢？

生：我有補(bǔ)充，夏天我坐飛機(jī)，看飛機(jī)顯示屏顯示飛機(jī)外的溫度有零下三十多攝氏度，飛機(jī)外的云朵肯定是小冰晶。

師：（用手比畫記錄單）一年四季，高空的溫度變化不大，明顯變化的是近地的溫度，天空中的云朵越來越大，逐漸下降，在不同的季節(jié)落回地面，會(huì)怎么樣呢？

生：夏天地面溫度高，小冰晶在下降的過程中，溫度上升，慢慢融化成小水珠落回地面，形成降雨。

師：掌聲送給所有的小伙伴，我們可否這樣理解，按照記錄單中的信息，地面溫度為20攝氏度時(shí)，低空、中空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。高空的小冰晶下落過程中所經(jīng)歷的變化還與近地溫度有關(guān)，如果低空溫度較高（春、夏、秋季高于0攝氏度），小冰晶下降過程中會(huì)融化成小水珠落回地面，形成雨;如果低空溫度較低（冬季低于0攝氏度），小冰晶下降過程中繼續(xù)保持固態(tài)特征落回地面，形成雪。

在這個(gè)教學(xué)片段中，云的組成是有爭(zhēng)論的知識(shí)點(diǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生分析天空中云的組成受不同海拔高度溫度的不同以及近地溫度隨著季節(jié)的不同的影響，以及云落回地面發(fā)生的變化來展開科學(xué)辯論。這樣一次次的否定，層層推進(jìn)的科學(xué)辯論不僅有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，還有利于培養(yǎng)學(xué)生思辨能力和邏輯思維能力，提升科學(xué)評(píng)價(jià)能力。

建模拓展提升科學(xué)綜合能力

建模是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的一種有效方法，它有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，提升學(xué)生的科學(xué)綜合能力。模型建構(gòu)的過程能夠培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、提出問題、解決問題、動(dòng)手制作、抽象思維等能力。在使用建模法來驗(yàn)證猜想的活動(dòng)中，教師要善于利用身邊簡(jiǎn)單、易得、成本低、好操作的材料。

教學(xué)片段四：不同環(huán)境下的動(dòng)物

師：植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活環(huán)境相關(guān)聯(lián)，那么動(dòng)物呢？（課件展示鴿子的圖片及介紹資料）你能從中找出鴿子的哪些特征利于它們?cè)诳罩酗w行嗎？

生：鴿子骨骼中空、消化道短。

生：有翅膀。

生：鴿子的身體呈紡錘形，有利于減少空氣阻力。

師：還有嗎？

生：羽毛可以保溫，還可以讓外形更流暢。

師：怎樣才能知道我們的推測(cè)是否正確？

生：做實(shí)驗(yàn)。

師：能否用老師提供的A4紙?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證紡錘形的外形特征及體重輕（骨骼中空、消化道短）是否有利于鴿子在空中飛行？大家能否用建模的方式，來驗(yàn)證你們的猜想？誰能分享下自己的方法？

生：由于鴿子是在空中飛行的，我想折紙飛機(jī)來模擬。用A4紙折出尖頭、鈍頭、平頭紙飛機(jī)探究外形對(duì)飛行的影響的實(shí)驗(yàn)。

師：誰還有補(bǔ)充？

生：用同樣的A4紙，可以保證重量相同。

生：用相同大小的力來投擲紙飛機(jī)。

師：還有沒有？

生：我想模擬重量對(duì)飛行的影響。用一張A4紙和兩張合在一起的A4紙分別折出兩個(gè)外觀相同的紙飛機(jī)，用來模擬體重對(duì)飛行的影響。

師：太棒了，掌聲送給所有的同學(xué)。

在該教學(xué)片段中，教師聚焦問題：鴿子的哪些特征利于其在空中飛行？建立原型和模型的聯(lián)系。學(xué)生根據(jù)鴿子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及提供材料的性能，不斷提出新建議加以修正，從而建立起簡(jiǎn)單易操作且能反映科學(xué)本質(zhì)的模型——紙飛機(jī)。接著又以鴿子為例，推廣到鳥類的結(jié)構(gòu)特征與它所生活的環(huán)境相適應(yīng)這一核心本質(zhì)。學(xué)生在觀察分析的基礎(chǔ)上，從具體的問題抽象出模型，并選擇合適的材料制作，根據(jù)自制的模型驗(yàn)證猜測(cè)。在這個(gè)過程中，學(xué)生的觀察分析、提出問題、解決問題、動(dòng)手制作、抽象思維等綜合能力都得到了提升。

總之，在小學(xué)科學(xué)課程中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維非常重要。在科學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)給予足夠的重視，緊扣核心，基于學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，不斷探索、運(yùn)用各種教學(xué)策略來組織教學(xué)，使學(xué)生高階思維的培養(yǎng)達(dá)到更好的效果。

浙江省杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校（310018）