在《羽毛》課堂以元認(rèn)知驅(qū)動學(xué)生科學(xué)思維“引擎”

◇郭 佳（江蘇：南京師范大學(xué)附屬小學(xué)仙鶴門分校）

未來社會的人才需要具備運用、分析和綜合信息的高階思維能力，在科學(xué)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，科學(xué)課程育人的方向與此相契合。而科學(xué)思維作為科學(xué)課程的核心素養(yǎng)之一，是從科學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新性思維等?？茖W(xué)課堂上，學(xué)生經(jīng)歷的對比、歸納、解釋等過程，是學(xué)生的思維活動，也是認(rèn)知活動，而以這些過程為對象進(jìn)行的分析、交流討論、互相點評則屬于元認(rèn)知活動的范疇。從元認(rèn)知的角度來說，學(xué)生要對自己的學(xué)習(xí)材料進(jìn)行加工和理解，只有在真實研究中形成的科學(xué)思維方法和習(xí)慣，在元認(rèn)知層面上理解和運用科學(xué)思維能力，才能將科學(xué)實踐能力和科學(xué)觀念相結(jié)合，用來解決實際問題，真正實現(xiàn)科學(xué)核心素養(yǎng)的落地。

一、具身：喚醒認(rèn)知，促科學(xué)思維啟航

20 世紀(jì)末形成的具身認(rèn)知理論強調(diào)學(xué)生在參與課堂活動時的具身體驗，是一種以身體為主體，進(jìn)行主動、深入、沉浸式參與的體驗，在其中發(fā)生的認(rèn)知行為，不僅有身體上的，也有思維上的，符合學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律。不同的具身體驗活動會形成不同的認(rèn)知結(jié)果。貼合學(xué)生思維發(fā)展的具身活動會讓學(xué)生自然地投入其中，有一種“被激活”的興奮感，幫助學(xué)生打開新的視角，產(chǎn)生持續(xù)探究的源源動力。在小學(xué)科學(xué)課堂上，每節(jié)課的研究主題都不一樣，學(xué)生在進(jìn)教室時的“第一印象”會和上課狀態(tài)有什么關(guān)系嗎？教師常常在見到學(xué)生的第一時間，會被問道：“老師，今天我們做什么實驗？”“老師，今天我們研究什么呀？”這些現(xiàn)象都反映著他們對未知的內(nèi)容充滿了好奇，期待親身經(jīng)歷真實體驗的過程。教師不妨將課堂內(nèi)容提前到進(jìn)教室時的設(shè)計，讓學(xué)生未入課堂，已身臨其境，也許會成為促進(jìn)學(xué)生更早卷入課堂的“催化劑”，讓學(xué)生帶著思考走進(jìn)課堂，促進(jìn)學(xué)生的感知，深入具身體驗。

例如，在《羽毛》研究課中，學(xué)生對鳥本就不太熟悉。筆者在任教的6 個班級進(jìn)行了前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)除了個別家里養(yǎng)過鳥的學(xué)生，其他人對羽毛、鳥類都比較陌生，而且還有很多想要了解的問題，如鳥為什么會飛、所有鳥都有羽毛嗎、為什么有的鳥有羽毛還不會飛等等。怎樣把離學(xué)生這么遠(yuǎn)的鳥類世界拉近距離，讓學(xué)生能夠具身于其中，產(chǎn)生想要探究問題的愿望，去持續(xù)研究，是一個值得深思的問題?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出，要從學(xué)生的已有經(jīng)驗出發(fā)，選擇合適的情境素材，運用觀察、實驗、調(diào)查、制作等活動創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提出有價值的問題，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究動機。首先學(xué)生要具身于其中，有深刻的感知，他們的研究才會從無意識向有意識發(fā)展，自發(fā)地提出問題，才能真正像科學(xué)家那樣經(jīng)歷研究的過程。

在課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師精心選擇了不同鳥類在大自然中活動的視頻資料，配以原始鳥鳴的聲音，在學(xué)生進(jìn)教室時通過超大屏幕滾動播放，讓平時不容易觀察到的鳥兒走近他們的身邊，喚起他們對鳥兒天然的喜愛，激發(fā)學(xué)生調(diào)取已有經(jīng)驗和原有認(rèn)知，產(chǎn)生進(jìn)一步探索的熱情。

學(xué)生走進(jìn)教室以后，仔細(xì)觀察他們的行為，與平時大大咧咧走進(jìn)來不太一樣，步伐緩慢、安安靜靜，他們在欣賞，也在思索。他們在具身感受中，慢慢喚醒自己的前經(jīng)驗，認(rèn)知從這里開始。

在此基礎(chǔ)上，教師詢問，“你們有什么想要提出的問題嗎？”這時候?qū)W生就有話可說，“我想知道鳥為什么會飛呢？”“我還想知道是不是所有的鳥都有羽毛？”“鳥換羽毛的時候怎么飛呢？”等等。教師對學(xué)生的提問表示肯定，并將話題聚焦到羽毛和鳥類的飛行上來，本節(jié)課的主要問題“羽毛到底有什么神奇的結(jié)構(gòu)，為什么支持鳥類自由自在地飛翔呢？”就從具身體驗交流中水到渠成。

二、對話：整合認(rèn)知，促科學(xué)思維交織

南京市特級教師馮毅提出“對話性解釋”的教學(xué)模式，即用對話引導(dǎo)學(xué)生對事物或現(xiàn)象做出自己的解釋，幫助學(xué)生在證據(jù)和理論之間建立協(xié)調(diào)，其實也就是讓學(xué)生利用證據(jù)來解釋自己的觀點，說說自己為什么這樣想，能夠進(jìn)行有理有據(jù)的對話。《課程標(biāo)準(zhǔn)》也強調(diào)，要基于證據(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。學(xué)生只有在研究真實問題的過程中，充分使用這些思維方法進(jìn)行對話，明確地表達(dá)出自己的觀點，繼而與他人進(jìn)行有效的對話交流，才能夠在不斷的練習(xí)中，將科學(xué)思維方法內(nèi)化成自己思維的一部分，切實提高科學(xué)思維能力。

教師應(yīng)使用讓學(xué)生思維顯性化的工具，看準(zhǔn)時機，幫助學(xué)生先將想法外顯，表達(dá)出來，再組織學(xué)生進(jìn)行有效對話，在對話交流中對自己的認(rèn)知進(jìn)行整合，形成再認(rèn)知的過程，對自己的觀點進(jìn)行補充或者修正。在課堂上每個人都有自己的想法，但是有的人喜歡說出來，有的人不喜歡說出來，這就需要教師運用一定的策略，讓每個學(xué)生都能夠有所思考，才能引發(fā)認(rèn)知沖突，讓他們將自己的觀點與他人的觀點進(jìn)行對比，暴露出自己在學(xué)習(xí)時的局限，形成新的認(rèn)知。并且，在對話中的補充和質(zhì)疑，其實隱藏著學(xué)生對他人有依據(jù)的評價，學(xué)生在對話交流中也能獲得對自己認(rèn)知的重新認(rèn)識，對比自己和他人觀點的差異，明白自己認(rèn)知的優(yōu)劣勢，從而在學(xué)習(xí)活動中有針對性地關(guān)注，更高效地修正觀點。

例如，在學(xué)生交流關(guān)于“羽毛是如何支持鳥類飛行的”這一觀點的環(huán)節(jié)中，教師使用了“獨立思考—同伴對話—全班分享”策略，首先給學(xué)生充分獨立思考的時間，指導(dǎo)學(xué)生用圖文結(jié)合的方式將自己的想法記錄下來，并示范使用拉線批注的方式標(biāo)明羽毛的主要特點。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生在小組內(nèi)充分交流，把共同的想法和不同意見用圖文結(jié)合的方式，記錄在小組屏幕上。在組內(nèi)學(xué)生之間的對話中，他們將初步的認(rèn)知進(jìn)行了第一次整合。利用信息技術(shù)的支持，教師將所有小組的觀點呈現(xiàn)到屏幕上，將他們的初步整合的認(rèn)知也外顯出來，這是第二次整合，留下了小組一致認(rèn)可的觀點和有疑問的地方。最后，利用多屏互動的技術(shù)，將全班所有小組的觀點全部呈現(xiàn)到大屏幕上，所有人都能看到全班的觀點，大家進(jìn)行對比、歸納，或是質(zhì)疑，總結(jié)出大家一致認(rèn)可的觀點的共同點，以及有價值的疑問，這是第三次整合。

通過三次對自己、小組、全班的觀點的整合，每個學(xué)生的腦海里已經(jīng)不再是只言片語，而是在與他人的深度對話中，引發(fā)了自身的思考，將具身感受進(jìn)行了深入，通過圖文結(jié)合的自主記錄、小組交流屏幕、大屏對比展示三個不同層次的媒介表達(dá)自己觀點的過程，對自己的認(rèn)知進(jìn)行了解釋和再加工，形成了一個對羽毛結(jié)構(gòu)的相對完整的系統(tǒng)性認(rèn)識，也是后面進(jìn)行羽毛結(jié)構(gòu)模型建立的基礎(chǔ)。

三、建模：強化認(rèn)知，促科學(xué)思維升華

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2022 年版解讀》一書提出：科學(xué)教育領(lǐng)域越來越關(guān)注學(xué)習(xí)過程中，對元認(rèn)知思維能力的掌握及學(xué)生能夠用語言描述他的思維過程對其進(jìn)行概括，并描述他何時、為何以及如何使用這些思維過程使學(xué)生可以學(xué)會如何學(xué)習(xí)。在小學(xué)科學(xué)課堂上，教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生對自己學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控，設(shè)計有效環(huán)節(jié)，利用過程性評價來促進(jìn)學(xué)生持續(xù)、高效地投入探究。建立模型，是學(xué)生開展科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式?？茖W(xué)來源于生活，又將應(yīng)用于生活，所有的科學(xué)問題都可以從現(xiàn)實生活中找到原型，所有科學(xué)問題的研究又都是為了解釋對大自然的好奇或解決現(xiàn)實生活的問題。這就要求科學(xué)教師根據(jù)教學(xué)的環(huán)境、內(nèi)容與對象的實際情況，結(jié)合教材，通過創(chuàng)設(shè)具體的、有效的與生活息息相關(guān)的盡量真實的教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生的思考，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建模的思想提供方法的指導(dǎo)。

例如，在《羽毛》一課中，在學(xué)生經(jīng)過實驗研究之后，他們不再是一張白紙，而是已經(jīng)建構(gòu)了自己對羽毛的認(rèn)知，在此基礎(chǔ)上，通過豐富的實驗材料進(jìn)行研究，學(xué)生建立起了有依據(jù)的模型。全班交流的過程，其實就是他們通過實驗材料建立的“羽毛的結(jié)構(gòu)與功能”模型的一個修補和修正。此時，學(xué)生能夠自己使用實驗搜集到的證據(jù)呈現(xiàn)到大屏幕上，左邊展示記錄單，右邊切換平板拍到的照片信息，用來解釋他們的假設(shè)，小組成員互相合作能夠?qū)⒂^點概括出來，進(jìn)行全班交流。例如，學(xué)生借助平板拍攝的顯微鏡下的正羽照片，發(fā)現(xiàn)羽片排列非常緊密，很整齊，推測羽毛可能是幫助鳥飛行時拍動翅膀、扇風(fēng)。在生生對話中，學(xué)生又對自己的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了一些修補，如羽軸里面其實并不真的是空心，那里面那一點點地留下的痕跡，可能是什么呢？學(xué)生這么仔細(xì)地發(fā)現(xiàn)，其實也促進(jìn)了他們之后去繼續(xù)研究；再如絨羽主要功能是保暖，有學(xué)生質(zhì)疑研究的是羽毛對飛行的特征，不需要介紹絨羽的保暖效果，可是在飛行中當(dāng)然也需要保暖，這一點不是每一個人都發(fā)現(xiàn)的，他們就在這樣的互相的補充和質(zhì)疑中，將羽毛的所有的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系理清楚，這個模型就能夠建立得更加完整、清晰。最后，教師肯定了學(xué)生的觀察與交流過程，不僅為剛才的假設(shè)搜集了很多證據(jù)，來解釋羽毛能夠支持飛行的原因，還從研究中發(fā)現(xiàn)了新問題，課后可以繼續(xù)按照像今天這樣“確定問題—提出假設(shè)—搜集證據(jù)-解釋觀點”的方法來繼續(xù)研究感興趣的問題。

在討論中，學(xué)生獲得的模型建構(gòu)的過程，其實就是他們對元認(rèn)知的能力的一個強化。經(jīng)歷了這樣一個過程，通過思維外顯的策略，他們能夠很清楚地知道，自己本來是怎么想的，在小組碰撞之后又是怎么想的，在全班的交流之后，自己又有了什么樣的新的發(fā)現(xiàn)，真正經(jīng)歷一個學(xué)會如何學(xué)習(xí)的過程，讓學(xué)生學(xué)會的不只是知識，更有帶得走的方法和能力。

本節(jié)課試教的3～4 年級的學(xué)生正處于從具象思維到抽象思維發(fā)展的一個重要階段，很多學(xué)生都有自己的想法，教師適時提供思考的時間和工具，可以幫助學(xué)生從“有想法”開始產(chǎn)生認(rèn)知，融入課堂。進(jìn)而精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，將元認(rèn)知活動融入小學(xué)科學(xué)課堂，可以幫助學(xué)生在經(jīng)歷像科學(xué)家那樣去研究的過程中，自己對學(xué)習(xí)行為進(jìn)行監(jiān)控、對比觀點，不斷地修正、更新自己的認(rèn)知，審視自己的行為，及時對學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行總結(jié)、反思，實現(xiàn)思維與自我監(jiān)控能力的雙發(fā)展，提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)水平。