促進學生科學思維有效外顯

◇王思宇（北京：中國人民大學附屬小學）

科學思維是科學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分。學界對科學思維有不同的定義。有研究學者認為科學思維就是具有意識的人腦對自然界中事物（包括對象、過程、現(xiàn)象、事實等）的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及自然界中事物間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的和能動的反映。

小學科學教育的核心是培養(yǎng)學生具有良好的科學思維能力。在科學課堂上，教師不僅要讓學生獲取知識，更重要的是要培養(yǎng)學生的科學思維。科學思維的產(chǎn)生和發(fā)展是在學生的頭腦中發(fā)生的，這個過程不容易被察覺和捕捉。因此，如何讓學生的科學思維有效外顯，教師應具有什么樣的教學策略？是本研究重點關(guān)注的問題。

一、設計“問題鏈”，注重學生科學思維的培養(yǎng)

教師提出的問題可以引導學生科學思維發(fā)展，因此課堂問題的設計非常關(guān)鍵。每一節(jié)科學課幾乎都會圍繞著一個核心問題進行探究，如果在課堂上直接將核心問題拋給學生，學生可能會摸不著頭腦，不知如何解決。所以，教師首先要善于將一節(jié)課的核心問題分解為一個個主要問題，設計成問題鏈，接下來引導學生自主探究，將主要問題逐一解決，最后讓核心問題迎刃而解。在此過程中，學生能夠體驗解決問題的喜悅，在課堂上獲得成就感。

以《水能溶解多少物質(zhì)》一課為例。本節(jié)課的核心問題是：如何對比食鹽和小蘇打在水中的溶解能力，怎樣公平嚴謹?shù)卦O計實驗。三年級的學生基本上沒有接觸過對比實驗，因此并不懂得應該如何控制變量，所以筆者將本節(jié)課的核心問題拆解為三個主要問題，讓學生逐一解決。

問題1：怎樣保證每次在水中加入的食鹽/小蘇打的量保持一致。

問題2：后一份食鹽/小蘇打什么時候加入。

問題3：為什么要一份份地加入食鹽/小蘇打。

學生在教師的引導下進行思考和交流，將主要問題逐個攻破，最后教師提出本節(jié)課的核心問題：“如何對比食鹽和小蘇打在水中的溶解能力，怎樣公平嚴謹?shù)卦O計實驗？”學生頭腦中有了對前面幾個主要問題的思考和理解，很容易將控制變量的思維方式加以應用。這樣，通過問題鏈的形式，培養(yǎng)了學生的科學思維。

二、創(chuàng)設真實情境，促進學生科學思維的發(fā)展

在小學科學課上，學生將頭腦中原有的知識和經(jīng)驗與教師和同學產(chǎn)生思維的碰撞，通過一系列的交互作用，提升自己的科學思維水平。在課堂上，教師要通過創(chuàng)設真實情境充分調(diào)動學生已有的知識和經(jīng)驗，了解學生的前概念，為后續(xù)課堂做充分準備。

例如，在《運動和位置》一課中，筆者通過前測了解到，學生對于運動并不陌生，有豐富的生活經(jīng)驗，但其中也有一些不完善甚至是錯誤的認知。為了引發(fā)學生的認知沖突和深度思考，筆者基于真實情境，將學生之前外出參觀時拍攝的兩段小視頻作為導入。第一段視頻是在行進的大巴車上拍攝的，隨著車子向前行進，路邊的樹看起來像是向后移動的；第二段視頻是在路邊靜止站立拍攝的，大巴車向前行進，而路邊的樹并沒有移動。由此，學生提出問題：“為什么兩輛大巴車都在向前行進，而當人處于不同的位置時，會有不同的感受呢？”通過認知沖突，激發(fā)了學生的探究欲，引發(fā)學生深度思考，這就是學生頭腦中科學思維的一次發(fā)展。

興趣是最大的學習原動力。小學生對很多事物都有強烈的好奇心和探究欲。在課堂教學中，教師作為引導者，要保持學生的好奇心，調(diào)動學生的學習熱情。通過課堂觀察，筆者發(fā)現(xiàn)學生在后續(xù)的課堂學習中，變得更加積極主動，變被動學習為主動學習，基本上能夠通過描述方向的詞匯、距離、參照物比較準確地描述位置，在探究中提升了自己的科學思維能力。

為了更加貼近學生的生活，促使學生將科學思維外顯出來，筆者將拓展環(huán)節(jié)設計成為校外來賓設計一份校園導覽圖。通過圖示和講解相結(jié)合的方式，讓學生通過思維碰撞，進行深度思考，邏輯清晰、條理清楚地解決生活中真實存在的問題，鞏固頭腦中科學思維的發(fā)展成果。

三、巧設學習單，促進學生科學思維的外顯

學習單是學生在科學課堂上重要的腳手架，學習單的設計體現(xiàn)了教師對本節(jié)課的理解，能夠影響學生的科學思維發(fā)展。筆者認為，真正的學習要發(fā)生在學生的頭腦中，讓學生在頭腦中進行一系列有邏輯的思考，經(jīng)歷思維參與的過程，而不僅僅是動手去做。學習單的使用，不僅有利于課堂教學，還能將學生的科學思維外顯出來。

以《食物中的營養(yǎng)》一課為例。在“檢測脂肪”這一實驗中，教材偏向于培養(yǎng)學生的動手能力，忽略了學生的思維發(fā)展過程。筆者在設計實驗單時，應用了學習圈理論，讓學生經(jīng)歷具體經(jīng)驗、反思性觀察、抽象概念化、主動實踐這四個過程。首先，利用食用油和水在紙上留下痕跡，讓學生認識脂肪，觀察其留下的痕跡；然后，讓學生停下來回憶自己的生活經(jīng)驗，調(diào)取對食物中脂肪的前概念，提出自己的問題和猜想；接下來，讓學生根據(jù)生活經(jīng)驗，預測某種食物中是否含有脂肪，引導學生設計切實可行的檢測方法；最后，學生基于自己的問題進行探究，親身經(jīng)歷實驗過程，判斷食物中是否含有脂肪。以下案例是學生對比食用油和水在紙上留下的痕跡不同后，繼續(xù)深入探究食物中是否含有脂肪，在學習單上呈現(xiàn)的科學思維過程。

我的問題：怎么證明食物中有脂肪？

我的猜想：在紙上摩擦，看是否出現(xiàn)像食用油那樣的透明油漬。

動手實驗：檢測核桃、地瓜、肥肉三種食物。

觀察現(xiàn)象：核桃、肥肉能夠在紙上留下油漬，地瓜沒有留下油漬。

得出結(jié)論：核桃、肥肉中有脂肪。

提出新問題：其他營養(yǎng)成分怎樣檢測？

學生有了學習單的輔助，在實驗和探索的過程中，學習的主動性更強，親身經(jīng)歷提出問題、進行猜想、動手實驗、觀察現(xiàn)象、得出結(jié)論、提出新問題這幾個環(huán)節(jié)，科學思維得到了發(fā)展，并通過學習單將科學思維有效外顯出來。

四、運用“課堂四聲”語言，促進學生科學思維的準確表達

學生的科學思維外顯，最簡單直接的方式是借助語言表達出來。但有研究者提出，小學生的語言表達大致有以下幾點不足：1.缺乏準確性。2.缺乏嚴謹性；3.缺乏簡潔性；4.缺乏自愿性。我校提倡的“課堂四聲”是學生表達自己科學思維的腳手架，“課堂四聲”包括掌聲、笑聲、質(zhì)疑聲和辯論聲，能夠提高學生的課堂參與度和語言表達能力。

在《運動和位置》一課中，為了讓學生體驗參照物在判斷位置中的重要性，教師提出問題：“我們坐在行駛的汽車上，車上的座椅是靜止的還是運動的？你的判斷依據(jù)是什么？”

生A：座椅是運動的，因為座椅在和車一起運動。

生B：我質(zhì)疑你的想法，我認為座椅是靜止的。

師：兩位同學都表達了自己的想法，能說說你們是以什么為參照物，做出判斷的嗎？

生A：我以地面為參照物，因為座椅和車一起向前行進，相對于地面，座椅是運動的。

生B：我同意他的想法，但我想表達自己的見解，我是以汽車作為參照物來進行判斷的，座椅相對于汽車，方向和位置都沒有發(fā)生改變。因此，我判斷座椅是靜止的。

眾生鼓掌表示贊同。

師：是的，當我們選擇的參照物不同，物體的狀態(tài)也是不同的。所以當我們判斷一個物體的狀態(tài)時，首先要明確參照物，再進行判斷。

“課堂四聲”讓課堂更加真實、生動、高效。學生在思考和表達的過程中，借助邏輯清晰的“課堂四聲”語言，表達自己的想法，實現(xiàn)課堂上的多邊交流，即：“師生互動、生生互動、生師互動”，改變了傳統(tǒng)課堂中“教師提問、學生回答”的模式。充分發(fā)揮了學生學習的主觀能動性。學生通過“課堂四聲”語言，表達自己的所思所想，在此過程中，邏輯清晰的語言表達體系是學生科學思維的有效載體，不僅能夠培養(yǎng)學生多角度辯證地分析問題、批判意識、勇于質(zhì)疑的科學精神，還能使學生頭腦中看不見摸不著的科學思維外顯出來。

五、注重課堂筆記，體現(xiàn)學生科學思維的過程

課堂筆記不能流于形式，教師要引導學生用眼睛觀察、用耳朵傾聽、動腦思考，最后動手記錄，而不是走形式。學生在建立科學筆記的過程中，經(jīng)歷眼、耳、手、腦的互相配合，獨立判斷、思考、記錄，將科學思維外顯出來。

以《我們來做“熱氣球”》一課為例。在做熱氣球升空實驗時，教師要注意引導學生：“熱氣球”升空的高度并不重要，重要的是感受袋內(nèi)空氣的變化情況，記錄在筆記本上，發(fā)現(xiàn)熱氣球上升的根本原因。在后續(xù)實驗中，學生在教師的引導下，用手觸碰袋子，用眼睛觀察袋子變化情況，將袋子的變化和袋內(nèi)空氣及變化一一對應，將自己的科學思維過程記錄在筆記本上，綜合得出結(jié)論：熱氣球上升的原因是袋內(nèi)空氣變熱—熱空氣體積變大—空氣受熱后會上升，最終使熱氣球成功升空。

教師要引導學生堅持做記錄，長此以往，學生能夠更好地理解學習內(nèi)容，融會貫通，建立系統(tǒng)完整的科學思維。

六、結(jié)語

學生科學思維的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)的、長期的過程。在此過程中，教師要通過多種教學策略，如利用學習單、“四聲”語言、巧設“問題鏈”、注重課堂筆記等，使學生的科學思維有效外顯，準確及時地了解學生的科學思維發(fā)展情況，注重對學生科學思維的培養(yǎng)，為學生今后的發(fā)展打下良好基礎，為國家培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。