新課標(biāo)下科學(xué)課思維型探究教學(xué)實踐

李霞

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出素養(yǎng)立意、注重綜合、加強實踐、注重思維的價值導(dǎo)向，要求重視探究實踐過程中學(xué)生思維的深度參與，這是目前科學(xué)教學(xué)改革的重要方向。本文從對科學(xué)教育發(fā)展歷程中科學(xué)探究的分析入手，探討科學(xué)探究的內(nèi)涵，以思維型教學(xué)原理為指導(dǎo)，提出思維型探究的設(shè)計方法和實施要點。

對自然科學(xué)課程發(fā)展歷程中科學(xué)探究的分析

在自然科學(xué)相關(guān)課程進入正規(guī)課堂的百年歷程中，科學(xué)探究始終被認為是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法，同時科學(xué)探究的內(nèi)涵得到豐富。

19世紀(jì)中葉，以斯賓塞為代表，提出科學(xué)教育要為個體發(fā)展服務(wù)，每種學(xué)習(xí)都應(yīng)該從實驗入手，經(jīng)過充分觀察后進行推理，科學(xué)教育是為了獲取知識和發(fā)展推理能力[1]。20世紀(jì)初期，杜威在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，提出科學(xué)教育是要為培養(yǎng)社會需要的人服務(wù)，需使用歸納、演繹、數(shù)學(xué)邏輯和實證等科學(xué)方法解決實踐的問題，發(fā)展思維能力[2]。20世紀(jì)下半葉，施瓦布提出科學(xué)教育要為培養(yǎng)有效的公民而服務(wù)，科學(xué)內(nèi)容和科學(xué)方法是密不可分的，科學(xué)是因新證據(jù)出現(xiàn)而被修改的概念結(jié)構(gòu)，學(xué)生應(yīng)該以探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)[3]。1996年，美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》正式提出科學(xué)探究的概念，對科學(xué)探究的內(nèi)涵、方法、實施步驟作了界定，科學(xué)探究是要幫助學(xué)生獲取科學(xué)知識，領(lǐng)悟科學(xué)方法和科學(xué)思想觀念。在新一輪全球課程改革的背景下，科學(xué)課程強調(diào)對科學(xué)概念的探究建構(gòu)與實踐運用，強調(diào)思維探索，強調(diào)把思維探索與動手活動相結(jié)合，同時將科學(xué)教育從科學(xué)領(lǐng)域擴展到工程領(lǐng)域，提出了科學(xué)探究和工程實踐。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）也明確提出培養(yǎng)科學(xué)核心素養(yǎng)要從科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任4個方面綜合考慮，首次將教學(xué)中一直被忽視的科學(xué)思維列為科學(xué)素養(yǎng)的重要方面。

從觀察、實驗到歸納、演繹、數(shù)學(xué)邏輯和實證，再到探究方式的提出，再到科學(xué)探究的提出，再到探究實踐、科學(xué)思維的提出，可以發(fā)現(xiàn)：科學(xué)教育從誕生之初就蘊含著探究的思想，科學(xué)探究從一開始就與科學(xué)思維相互伴隨。作為一線科學(xué)教師，在新課標(biāo)背景下如何基于科學(xué)思維開展有效的科學(xué)探究，是教學(xué)實施中面臨的重要問題。

新課程背景下對科學(xué)探究內(nèi)涵的再思考

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）對科學(xué)核心素養(yǎng)的探究實踐維度進行了界定，指出了科學(xué)探究的組成要素、基本程序及本質(zhì)。教學(xué)中，需要深入理解新課標(biāo)中科學(xué)探究的內(nèi)涵。

對新課標(biāo)中科學(xué)探究內(nèi)涵的解析

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出，“科學(xué)探究能力體現(xiàn)在：理解科學(xué)探究的一般過程和方法;提出科學(xué)問題，并針對科學(xué)問題進行合理猜想與假設(shè);制訂計劃并搜集證據(jù)，分析證據(jù)并得出結(jié)論;對結(jié)果進行解釋與評估;準(zhǔn)確表達觀點，反思探究過程與結(jié)果。”

科學(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、結(jié)論四個基本要素，一般具有提出問題、猜想假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價的八步基本流程。在探究教學(xué)過程中，要關(guān)注學(xué)生親歷探究解決問題，也要關(guān)注學(xué)生獲得對科學(xué)探究本身的理解。

對科學(xué)探究內(nèi)涵的再思考

胡衛(wèi)平將科學(xué)探究的內(nèi)涵定義為：這是一個復(fù)雜的教與學(xué)的實踐行為，是激活學(xué)生情感與思維的實踐行為，是根據(jù)事實證據(jù)建構(gòu)科學(xué)解釋的實踐行為。從科學(xué)探究的目標(biāo)和結(jié)果來看，不僅要幫助學(xué)生形成科學(xué)探究能力、理解科學(xué)探究、形成科學(xué)觀念，還要領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法[4]。從以上對科學(xué)探究內(nèi)涵的界定可知，科學(xué)探究的本質(zhì)是認知建構(gòu)的過程，是科學(xué)思維的過程，是合作交流的過程，是情感互動的過程?？茖W(xué)探究不僅僅是對學(xué)生操作技能的培養(yǎng)，也不僅僅是一套學(xué)生能背出來的標(biāo)準(zhǔn)化操作程序。

科學(xué)探究是一套動手實踐的操作體系。它起源于一個學(xué)生可以研究的科學(xué)問題，在尋找問題答案的過程中，學(xué)生圍繞問題提出初步假設(shè)，針對假設(shè)開展觀察、測量、實驗、調(diào)查等活動，獲取信息和證據(jù)后，運用歸納、推理、論證、建模等思維方法進行解釋，最后通過教師與學(xué)生之間的交流與論證，形成共識。

科學(xué)探究是一套深入思考的方法體系。它是屬于科學(xué)學(xué)科的一套獨特的方法體系，需要將動手實踐的過程與科學(xué)方法、科學(xué)思維建立連接。能夠支撐科學(xué)探究的科學(xué)方法主要包括觀察、實驗、測量、推理和解釋等，具有科學(xué)學(xué)科特點的思維方法主要包括科學(xué)推理、建構(gòu)模型、科學(xué)論證和質(zhì)疑批判。

綜上可見，動手實踐是科學(xué)探究的外顯部分，科學(xué)方法是科學(xué)探究的內(nèi)隱部分，而科學(xué)思維則是科學(xué)方法的重要組成部分，科學(xué)探究的過程既是動手實踐的過程，也是科學(xué)方法的運用過程，還是科學(xué)思維的過程。在探究過程中，始終伴隨著思考，始終不斷推進著學(xué)生推理論證能力、模型建構(gòu)能力、批判性思維和問題解決能力的發(fā)展?？茖W(xué)課堂需要實施思維型探究。

思維型探究的教學(xué)設(shè)計

作者經(jīng)過多年課堂實踐，基于思維型教學(xué)原理提煉了思維型探究教學(xué)模式，即在一定的教學(xué)思想、教學(xué)理論指導(dǎo)下，圍繞教學(xué)目標(biāo)，在一定的教學(xué)資源支持下，形成的具有相對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的教學(xué)范型。它是對復(fù)雜教學(xué)組織方式的簡約表示，體現(xiàn)了教育價值取向，決定了行為規(guī)則，整合了教學(xué)方法和策略，是教師設(shè)計課堂教學(xué)的重要抓手[5]。一定的教學(xué)模式體現(xiàn)一定的教學(xué)理論或教學(xué)思想，它不僅包括教學(xué)流程，還包括相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)、適切的評價標(biāo)準(zhǔn)和匹配的教學(xué)資源。同時，教師應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)素養(yǎng)，并能營造良好的師生關(guān)系。

思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)流程

思維型探究教學(xué)模式以思維型教學(xué)原理作為理論指導(dǎo)。思維型教學(xué)原理是由動機激發(fā)、認知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、遷移應(yīng)用5個基本原理組成的有機統(tǒng)一整體，既存在邏輯順序，又互相滲透[6]。思維型探究的教學(xué)設(shè)計包括5個基本環(huán)節(jié)，分別為“情境創(chuàng)設(shè)與問題提出”“作出假設(shè)并制訂計劃”“收集證據(jù)與信息處理”“得出結(jié)論與表達交流”和“總結(jié)反思與遷移應(yīng)用”。5個基本原理支撐科學(xué)探究過程中的不同階段，在不同階段中都有科學(xué)思維的深度卷入（表1）。思維型探究要求在探究過程中，科學(xué)思維深度參與，凸顯對科學(xué)本質(zhì)的理解。

思維型探究教學(xué)模式的評價標(biāo)準(zhǔn)

基于思維型教學(xué)原理，思維型探究的4條評價標(biāo)準(zhǔn)貫通整個探究過程（圖1）。

教學(xué)導(dǎo)入誘發(fā)思維動機。教師需要創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生積極思維的教學(xué)情境，提出恰當(dāng)?shù)奶骄繂栴}，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。

教學(xué)過程引發(fā)思維動力。明確學(xué)生可以探究的問題，并圍繞問題設(shè)計能夠引發(fā)學(xué)生認知沖突的層級性問題，遵循科學(xué)探究的基本程序，動用科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生親歷探究過程。

教學(xué)反思觸發(fā)思維監(jiān)控。引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)探究過程、方法、結(jié)論進行反思與交流，使得學(xué)生對掌握及運用的知識和方法進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

應(yīng)用拓展激發(fā)思維遷移。需要引導(dǎo)學(xué)生將獲得的科學(xué)概念、探究實踐技能和思維方法遷移應(yīng)用到新的情境中，解決新問題。

思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)資源

思維型探究是學(xué)生主動建構(gòu)概念、解決問題的過程，教師需要提供能夠幫助學(xué)生進行主動探究的系列資源，課堂教學(xué)時可以依托3種學(xué)習(xí)單支持學(xué)生的主動思維和深入探究。

3種學(xué)習(xí)單分別為學(xué)習(xí)目標(biāo)單、學(xué)習(xí)支持單和素養(yǎng)評價單（圖2）。學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計要聚焦科學(xué)核心素養(yǎng)的各個方面，從以往的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾抡n程下的素養(yǎng)目標(biāo)，特別是如何把科學(xué)思維方法目標(biāo)提煉出來，對教師而言是一個挑戰(zhàn)。教學(xué)設(shè)計時，只有準(zhǔn)確提煉科學(xué)思維方法，才可能在探究活動中有效觸動學(xué)生思維的深度參與。學(xué)習(xí)支持單是課堂上供學(xué)生探究使用的實驗記錄、觀察記錄、調(diào)查記錄、科學(xué)閱讀資料等，學(xué)習(xí)支持單的設(shè)計要基于目標(biāo)，要由有效的驅(qū)動性問題鏈構(gòu)成主線，在問題的支撐下，幫助學(xué)生實現(xiàn)自主探究，使學(xué)生完成低階思維到高階思維的過渡。素養(yǎng)評價單要基于學(xué)習(xí)目標(biāo)進行設(shè)計，聚焦概念的深度建構(gòu)和問題的解決。3種學(xué)習(xí)單的設(shè)計要緊緊圍繞科學(xué)核心素養(yǎng)，實現(xiàn)教學(xué)評價的一致性。

思維型探究教學(xué)模式的師生關(guān)系

在思維型探究過程中，教師與學(xué)生既是課堂的共同設(shè)計者，也是科學(xué)探究的共同親歷者，教師要對學(xué)生的思維過程、思維特點及如何發(fā)展學(xué)生的思維進行監(jiān)控，進行主動設(shè)計。教師需要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程，幫助學(xué)生學(xué)會表達自己的思維過程，可以是口頭表達、圖畫表征，還可以利用學(xué)習(xí)單幫助表達;尊重學(xué)生的思維特點，將學(xué)生的自主探究與合作探究進行合理安排，促進學(xué)生的思維互動，提高思維參與度;發(fā)展學(xué)生的思維監(jiān)控，為了保證達到預(yù)設(shè)的素養(yǎng)目標(biāo)，要引導(dǎo)學(xué)生將自己的思維本身作為思考的對象，養(yǎng)成主動控制和調(diào)節(jié)的能力，完善學(xué)生的思維方式和思維品質(zhì)。

思維型探究的操作要點

思維型探究的過程以解決科學(xué)問題為起點，以發(fā)現(xiàn)其中的屬性、關(guān)系和規(guī)律為終點。在學(xué)生探究過程中，要特別注重證據(jù)收集和推理論證的指導(dǎo)。

圍繞問題，注重對學(xué)生證據(jù)收集的指導(dǎo)

科學(xué)以實驗證據(jù)解釋客觀世界的運行機制和事物發(fā)展的變化規(guī)律。要創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境條件，提供結(jié)構(gòu)化的實驗材料，幫助學(xué)生完成證據(jù)的收集。學(xué)生可以在實驗室、自然界、圖書館或其他場所，通過觀察、測量、調(diào)查、動手操作獲得證據(jù)。教學(xué)時應(yīng)關(guān)注以下幾點：①證據(jù)的收集通常需要圍繞學(xué)生對問題的解釋性假設(shè)展開，需借助實驗儀器、實驗器材等。②小學(xué)生對事物變化和發(fā)生原因的假設(shè)通常較為簡單，經(jīng)常表達為是或否、有或無，教師需要耐心引導(dǎo)，切忌拔高。③教師需要提前精心準(zhǔn)備，提供結(jié)構(gòu)化的實驗材料幫助學(xué)生完成證據(jù)的收集。

基于證據(jù)，注重對學(xué)生推理論證思維的指導(dǎo)

基于證據(jù)進行推理論證的過程，是學(xué)生概念知識建構(gòu)的過程，是一種較為復(fù)雜的認知過程。需要學(xué)生進行證據(jù)與結(jié)論之間的科學(xué)推理，需要對自己的論證展開批判性思考，需要在與其他同學(xué)進行交流與分享、辯護與反駁的過程中逐漸建構(gòu)概念。推理論證能力體現(xiàn)在基于證據(jù)與邏輯，運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。

推理有歸納推理和演繹推理2種形式。

歸納推理通常經(jīng)歷以下幾個步驟：仔細觀察和分析收集到的信息或數(shù)據(jù)，不急于得出結(jié)論;對幾組信息或數(shù)據(jù)間的聯(lián)系或規(guī)律進行對比，抽取其共同點;嘗試說明所發(fā)現(xiàn)的共同點，得到某個結(jié)論;通過重復(fù)驗證，確定結(jié)論是否正確。

論證指基于證據(jù)的論證，構(gòu)建令人信服的論點，支持或反駁對科學(xué)現(xiàn)象的解釋。論證時，要注重指導(dǎo)學(xué)生分清什么是觀點、什么是事實;能利用模型的思想分析事物的特征及結(jié)構(gòu)，在事實與觀點之間建立聯(lián)系;能利用抽象概括的方法發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)特征，能比較全面地分析問題的各種影響因素，進而獲得結(jié)論。

下面以“力對物體運動狀態(tài)的改變”思維型探究教學(xué)為例說明。

在情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，學(xué)生觀察生活中人騎自行車、風(fēng)吹小風(fēng)車轉(zhuǎn)動、水流推動水車轉(zhuǎn)動等現(xiàn)象，聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗很容易作出解釋：給物體施加力，物體能夠運動起來，而且力越大物體運動越快。

在認知沖突環(huán)節(jié)，教師演示實驗：給小車施加拉力，這個拉力來自曲別針的重力，1個、2個、3個……20個……學(xué)生發(fā)現(xiàn)小車并不能運動，并不是只要給物體施加力就一定能運動起來，這與最初的解釋相悖，引發(fā)認知沖突，使學(xué)生將探究聚焦于力與運動的整個過程。

在自主建構(gòu)環(huán)節(jié)，學(xué)生首先要明確假設(shè)，確定哪個變量與問題有關(guān)，并分析這個變量產(chǎn)生作用的前提條件;實驗設(shè)計時，要選擇實驗材料，控制起點、終點，準(zhǔn)確操作計時器，設(shè)計好記錄表格;對獲得的數(shù)據(jù)進行分析時，要進行歸納推理和演繹推理，并與同學(xué)論證自己的結(jié)論。

在自我監(jiān)控階段，學(xué)生從探究過程、思考方法、數(shù)據(jù)收集、小組合作等方面進行分享交流。

在拓展遷移階段，學(xué)生用獲得的概念、方法、技能解決實際問題，例如制作氣球動力小車、橡筋動力小車、重力小車等，實現(xiàn)對科學(xué)概念、探究技能、思維方法的遷移應(yīng)用，發(fā)展問題解決能力。

聚焦科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的科學(xué)課程與教學(xué)，對每位教師都提出了新的挑戰(zhàn)，思維型探究教學(xué)明確了思維深度參與探究的教學(xué)模式及操作要點，能有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力，培養(yǎng)科學(xué)精神。使學(xué)生在探究過程中體會科學(xué)知識產(chǎn)生的過程，潛移默化地理解科學(xué)的本質(zhì)。