核心素養(yǎng)背景下的科學思維能力培養(yǎng)策略

【摘 要】本文以《總結(jié)我們的認識》為例，探討在創(chuàng)設(shè)情境、問題驅(qū)動、設(shè)計方案、探究研討、拓展運用等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的科學思維能力。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng) 科學思維能力 培養(yǎng)策略

“科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任”構(gòu)成了《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）所界定的科學課程的四大核心素養(yǎng)。其中，科學思維占據(jù)重要地位，因此，培育學生的科學思維能力是實現(xiàn)《課程標準》的關(guān)鍵所在。本文結(jié)合教科版五年級上冊《總結(jié)我們的認識》這一課中的“探索植被對侵蝕的影響”活動，探討科學思維能力的培養(yǎng)方法。

一、創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)思維動機

富有啟迪性的情境是促進學生啟動思維的“引擎”，是融入科學探究活動的“催化劑”。因此，教師可創(chuàng)設(shè)與主題內(nèi)容緊密聯(lián)系的生活實踐問題，觸發(fā)學生解決問題的欲望和內(nèi)驅(qū)力，促進其在真實任務情境中親歷合作探究，構(gòu)建知識聯(lián)結(jié)，達到對核心知識的深層理解與遷移運用。

在“雨水對地表侵蝕的探究”教學中，筆者通過多媒體展示家鄉(xiāng)永安的綠水青山美景，讓學生在欣賞家鄉(xiāng)自然風光的同時，體會到綠水青山給人們帶來的和諧生活環(huán)境和豐富的自然資源。隨后，筆者再展示千溝萬壑的黃土高原和渾濁的黃河水的圖片，由此形成鮮明對比，使學生更深刻地理解“綠水青山就是金山銀山”的含義。這一環(huán)節(jié)引發(fā)了學生的認知沖突，觸發(fā)學生的認知困惑點，迅速激發(fā)了他們的探究學習欲望。在這種情境下，學生熱情地投入到本課的學習與探究之中，為他們思維的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

二、問題驅(qū)動，激發(fā)思維參與

疑問作為知識獲取的前提，是推動學生深入學習的驅(qū)動力。將問題作為驅(qū)動，不僅能激發(fā)學生的思維參與，還能進一步推動他們?nèi)ド钊胩剿骱蛯嵺`。

在實驗探究活動前，筆者鼓勵學生對侵蝕地表的原因提出自己的想法和猜測。

師：我們想要恢復黃土高原的綠水青山，就要了解造成黃土高原千溝萬壑的主要原因。造成侵蝕程度大小的主要因素有哪些呢？

生：土地裸露。

師：你的理由是什么？

生1：我在對比黃土高原和我們永安的圖片時發(fā)現(xiàn)，黃土高原大多是裸露的，黃河水是渾濁的；而在我們這里，到處都覆蓋著植被，河水都是清澈的。

生2：在下雨時，我發(fā)現(xiàn)建筑工地裸露在地面上的土壤會被沖到水溝里，而有草地或樹木生長的地方，土壤不會被沖刷到水溝去。

在精心構(gòu)思的問題驅(qū)動下，學生不再滿足于所看到的表面現(xiàn)象，而是充分運用分析、比較、推理等科學思維方法，對問題中的事實進行深度分析，不斷挖掘問題的本質(zhì)，探究其背后的原理和邏輯，進而提出合理的解釋思路，推動思維品質(zhì)的發(fā)展。

三、設(shè)計方案，整合思維沖突

從提出問題到給出解釋，是學生思維發(fā)展的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這個過程中，學生需要通過自己的思考和分析，逐步建立起對問題的理解。然而，學生僅僅停留在解釋的層面上還不夠，更重要的是能夠設(shè)計實驗來驗證自己的猜想。在學生給出解釋之后，教師應緊接著引導他們設(shè)計實驗，以驗證自己的觀點?？茖W實驗設(shè)計是一個縝密且結(jié)構(gòu)化的思維流程。在構(gòu)思方案階段，學生需要根據(jù)假設(shè)和實驗條件，設(shè)計出具體的實驗方案。這個過程需要學生具備創(chuàng)新思維和解決問題的能力，能夠靈活運用各種實驗技術(shù)和方法，確保實驗能夠順利進行，并得出準確的結(jié)論。

例如，師生共同設(shè)計和完善“植被是否影響雨水對地表侵蝕”的實驗方案時，筆者先展示實驗材料：濕潤且混有少量沙石的土、有植物覆蓋的土、自制礦泉水瓶噴壺、量杯、鐵架臺。

師：這些實驗材料分別模擬什么？

生：濕潤且混有少量沙石的土壤模擬無植被的小山丘，有植物覆蓋的土壤模擬有植被的小山丘，礦泉水瓶噴壺模擬降雨。

師：“植被是否影響雨水對地表侵蝕”實驗方案中，需要改變哪些條件，哪些條件保持不變？

生：改變的是土壤有無植被覆蓋，其他條件不變。

師：鐵架臺放置礦泉水瓶噴壺，它起到什么作用？

生：降雨的高度不同對土地侵蝕的影響不同。用鐵架臺可以保持“降雨”的高度一致。

這樣的實驗設(shè)計不僅可以鍛煉學生的思維能力，還能夠培養(yǎng)其嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神，提升科學素養(yǎng)和實踐能力。

四、探究研討，提升思維認知

科學實驗不僅是一個驗證學生猜想和獲取新知識的過程，更是一個促進學生思維發(fā)展的過程。在這個過程中，學生需要全神貫注地觀察實驗現(xiàn)象，深入比較、分析實驗數(shù)據(jù)，進行合理的推理和概括，挖掘出實驗現(xiàn)象背后的科學規(guī)律，從而得出科學的結(jié)論，建構(gòu)出科學的模型。這些步驟都離不開他們的思維活動。

完成實驗后，筆者引導學生比較和交流有無植物覆蓋的兩個小山丘“降雨”后的變化：“當雨水降落到?jīng)]有植物覆蓋的小山丘時，有什么現(xiàn)象發(fā)生？當雨水降落到有植物覆蓋的小山丘時，又是什么現(xiàn)象？比較和交流兩組實驗所產(chǎn)生的徑流有什么區(qū)別，說明了什么?！痹谘杏懟顒又校瑢W生基于已有的知識體系和經(jīng)驗，對問題中的事實進行深度分析，進而提出合理的解釋思路：植被是土壤的天然保護屏障，植物的根系能使土地更為牢固，不易被雨水沖刷，樹葉能夠減輕雨水沖擊的力量，也能減少雨水對土地的侵蝕。

在這一過程中，學生對實驗中的各種現(xiàn)象、收集到的數(shù)據(jù)以及得到的結(jié)果進行細致、深入的觀察、比較和剖析，建立起證據(jù)與解釋之間的緊密聯(lián)系，并提出具有合理性的見解，進而將具體的實驗現(xiàn)象抽象化，理解實驗現(xiàn)象的本質(zhì)。

五、拓展運用，促進思維遷移

《課程標準》指出，要以學生為主體進行教學設(shè)計，組織學生運用所學的知識和方法解決真實情境中的問題，實現(xiàn)應用與遷移，做到融會貫通。在具體的應用環(huán)節(jié)，我們需要有意識地引導學生嘗試將這些新知識與已經(jīng)掌握的舊知識進行有效的融合，加深學生對知識的理解和記憶，增強學生的知識運用能力和解決問題的綜合能力。

在拓展應用環(huán)節(jié)，筆者把學生引到“如何重現(xiàn)黃土高原的綠水青山”的問題上：“我們剛才的科學探究發(fā)現(xiàn)了造成黃土高原地表侵蝕的主要因素。要讓黃土高原恢復成綠水青山，我們應該怎么做呢？”經(jīng)歷了“植被對侵蝕的影響”的實驗探究后，學生深刻認識到植樹種草、保護生態(tài)環(huán)境的重要性，不約而同地想到“植樹種草”。而后，筆者提問：“在剛才的實驗中，我們發(fā)現(xiàn)了土地的坡度、土質(zhì)的疏松也是影響水土流失的主要原因。根據(jù)黃土高原坡度大、土質(zhì)疏松的特點，我們又要采取怎樣的措施呢？”在研討中，“修筑堤壩”“修建梯田”等舉措成了學生的共識。通過這種思維遷移的方式，學生進一步鞏固了植被對侵蝕地表的影響的知識，其實驗設(shè)計、分析提煉、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、得出結(jié)論等技能得到提升，實現(xiàn)了思維的遷移和進階。

綜上所述，科學思維是科學探究活動的重要要素。在教學實踐過程中，教師應堅持以學生為中心的原則，通過創(chuàng)設(shè)情境、問題驅(qū)動、設(shè)計方案、探究研討及拓展運用多個教學環(huán)節(jié)，積極探索符合學生認知發(fā)展規(guī)律的教學設(shè)計與實施策略，有效促進學生的科學思維發(fā)展。

（作者單位：福建省永安市西門小學）