基于最近發(fā)展區(qū)理論，搭建科學(xué)思維培養(yǎng)支架

【摘 " 要】科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。為了促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，教師需要瞄準(zhǔn)學(xué)生已有的思維水平和可能達(dá)到的潛在思維水平，即學(xué)生科學(xué)思維的最近發(fā)展區(qū)。在此基礎(chǔ)上，教師需要搭建直觀體驗(yàn)、關(guān)聯(lián)黏合、交流催化等支架，發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等思維能力。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維；最近發(fā)展區(qū)；學(xué)習(xí)支架

思維能力能夠幫助學(xué)生應(yīng)對(duì)各種變化和不確定性，是學(xué)習(xí)能力的核心?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出：科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。在明確培養(yǎng)基本思維方法的基礎(chǔ)上，《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了模型建構(gòu)、推理論證和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。小學(xué)階段的學(xué)生處于具體運(yùn)算階段，開(kāi)始具有一定的邏輯推理能力，但其思維過(guò)程仍以具體事物為依據(jù)。為了促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，教師需要逐步進(jìn)行引導(dǎo)。具體而言，教師需要瞄準(zhǔn)學(xué)生已有的思維水平和可能達(dá)到的潛在思維水平，在此之間搭建學(xué)習(xí)支架，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維的跨越。

一、追本溯源：明確科學(xué)思維最近發(fā)展區(qū)

以學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)上的思維水平為起點(diǎn)，以成人指導(dǎo)后可達(dá)到的思維水平為目標(biāo)，兩者的區(qū)間即為思維的最近發(fā)展區(qū)，教師需要在這最近發(fā)展區(qū)內(nèi)實(shí)施教學(xué)。以科學(xué)思維發(fā)展最近發(fā)展區(qū)為例，可以從以下三個(gè)維度進(jìn)行分析。

（一）思維抽象度

思維抽象度指的是學(xué)生在理解科學(xué)概念、完成科學(xué)判斷和建構(gòu)科學(xué)模型的過(guò)程中，其抽象思維獲得發(fā)展的區(qū)間。該過(guò)程主要涉及模型建構(gòu)思維的發(fā)展。

（二）思維深廣度

思維深廣度指的是學(xué)生在科學(xué)推理的過(guò)程中，其思維層次從淺表到深入的發(fā)展區(qū)間以及從單一到發(fā)散的發(fā)展區(qū)間。該過(guò)程主要涉及推理論證思維的發(fā)展。

（三）思維梯階度

思維梯階度指的是學(xué)生從低階思維向高階思維過(guò)渡時(shí)，其思維獲得發(fā)展的區(qū)間。該過(guò)程主要涉及創(chuàng)新思維的發(fā)展。

基于此，可以構(gòu)建學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展模型，如圖1所示。

二、按圖索驥：搭建科學(xué)思維培養(yǎng)支架

科學(xué)思維學(xué)習(xí)支架指的是在學(xué)生思維發(fā)展出現(xiàn)困難時(shí)提供的即時(shí)支持，起到連接已知和未知的作用。學(xué)生可以借助這種即時(shí)支持實(shí)現(xiàn)模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等的發(fā)展，并習(xí)得包括分析與綜合、比較與分類、抽象與概括等基本思維方法。教師可以從思維抽象度、思維深廣度、思維梯階度三個(gè)維度搭建直觀體驗(yàn)支架、關(guān)聯(lián)黏合支架、交流催化支架。

（一）搭建直觀體驗(yàn)支架，跨越思維抽象度，發(fā)展模型建構(gòu)思維

科學(xué)模型具有抽象概括的特點(diǎn)，是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化處理的結(jié)果。這種簡(jiǎn)化處理的過(guò)程較為抽象，思維跨度過(guò)大，容易超出學(xué)生的已有認(rèn)知范疇。直觀體驗(yàn)支架是思維發(fā)展的助推器，指的是教師在學(xué)生建構(gòu)抽象概念、探尋自然規(guī)律的過(guò)程中，為其提供的助推感性認(rèn)識(shí)的材料或活動(dòng)。直觀體驗(yàn)支架可幫助學(xué)生形成直觀的感知，實(shí)現(xiàn)從直觀形象思維到抽象思維的過(guò)渡，達(dá)到跨越思維抽象度的目的。

1.利用直觀體驗(yàn)材料，使科學(xué)模型具象化

好的材料能夠幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)模型。學(xué)生可借助直觀的科學(xué)材料，形成形象具體的思維圖景，然后通過(guò)分類和比較積累豐富的具象認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生再整理收集到的證據(jù)，并對(duì)知識(shí)進(jìn)行抽象、概括，達(dá)到跨越思維抽象度的目標(biāo)。具體過(guò)程如圖2所示。

以教科版《科學(xué)》一年級(jí)下冊(cè)《觀察一瓶水》一課為例，在歸納水的顏色時(shí)，發(fā)現(xiàn)一年級(jí)學(xué)生難以理解“無(wú)色”和“透明”這兩個(gè)抽象概念。對(duì)此，教師為學(xué)生提供了一杯“有色透明”的液體作為材料支架，供學(xué)生觀察。這樣，學(xué)生便可通過(guò)具象的對(duì)比理解“無(wú)色”和“透明”這兩個(gè)抽象的科學(xué)模型。

2.借助直觀體驗(yàn)活動(dòng)，使模型建構(gòu)具體化

感性認(rèn)識(shí)是理性思維形成的基礎(chǔ)?？茖W(xué)模型建構(gòu)過(guò)程較為抽象，容易超出學(xué)生的思維范疇。這時(shí)就需要設(shè)計(jì)一個(gè)直觀體驗(yàn)活動(dòng)，幫助學(xué)生積累豐富的感性認(rèn)識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行整理與分析，使其轉(zhuǎn)化為理性的證據(jù)。憑借對(duì)這些證據(jù)的綜合分析，學(xué)生能夠解決科學(xué)問(wèn)題，自主建構(gòu)抽象的科學(xué)模型。具體過(guò)程如圖3所示。

以教科版《科學(xué)》六年級(jí)上冊(cè)《不簡(jiǎn)單的杠桿》一課為例，初次接觸杠桿就要求學(xué)生理性分析杠桿的省力條件，顯然超出了學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知水平。事實(shí)上，要分析杠桿的省力條件，必須先建構(gòu)“省力杠桿”和“費(fèi)力杠桿”這兩個(gè)科學(xué)模型。學(xué)生需要理解為什么小石頭撬起大石頭就表示杠桿是省力的，而火鉗的使用就是費(fèi)力的。對(duì)此，教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)“省力”杠桿的體驗(yàn)活動(dòng)：在塑料瓶上放一根一頭掛有重物的筷子，另一頭用一只手指按住，另一只手移動(dòng)筷子，感受手指上用力的情況是否會(huì)發(fā)生變化（如圖4）。學(xué)生以簡(jiǎn)單按壓的方式形成了對(duì)“省力”和“不省力”的感性認(rèn)識(shí)。有了這種直觀經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)，學(xué)生能夠進(jìn)一步分析杠桿省力的條件。

豐富的材料和有趣的活動(dòng)往往可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心和求知欲。教師應(yīng)嘗試開(kāi)發(fā)富有趣味性的直觀體驗(yàn)材料和活動(dòng)，豐富直觀體驗(yàn)支架。

（二）利用關(guān)聯(lián)黏合支架，跨越思維深廣度，發(fā)展推理論證思維

關(guān)聯(lián)黏合支架指的是教師在學(xué)生形成知識(shí)結(jié)構(gòu)、思維方法后幫助他們進(jìn)行整合關(guān)聯(lián)，使他們形成組塊思維時(shí)提供的即時(shí)支持。

實(shí)際學(xué)習(xí)中，多數(shù)學(xué)生只能在既定路徑上開(kāi)展探究，少有學(xué)生愿意聯(lián)系生活進(jìn)行遷移應(yīng)用。且學(xué)生對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的思考往往只停留在事物的表面，無(wú)法深入分析背后的科學(xué)本質(zhì)。關(guān)聯(lián)黏合支架的搭建能夠使學(xué)生的思維深度在推理論證的過(guò)程中逐步延伸，使學(xué)生的思維廣度在遷移發(fā)散的過(guò)程中得到擴(kuò)展。

1.概念關(guān)聯(lián)，拓展科學(xué)推理深度

概念關(guān)聯(lián)指的是通過(guò)對(duì)下位概念進(jìn)行比較，分析事物的內(nèi)在規(guī)律，而后提煉出上位概念，從而提升思維層次的學(xué)習(xí)活動(dòng)。概念關(guān)聯(lián)通常從基于科學(xué)事實(shí)的具體概念間的關(guān)聯(lián)開(kāi)始。學(xué)生通過(guò)比較分析，推理出更具普遍性的一般概念。而后，這個(gè)一般概念成為下一個(gè)學(xué)習(xí)起點(diǎn)，與其他一般概念形成關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過(guò)深度比較和分析，找到事物間內(nèi)在的共同規(guī)律，進(jìn)而推理出事物背后的科學(xué)本質(zhì)。關(guān)聯(lián)黏合支架能夠促進(jìn)概念的逐步進(jìn)階，使科學(xué)推理向縱深處延伸?？傮w原理如圖5所示。

以教科版《科學(xué)》四年級(jí)下冊(cè)“植物的生長(zhǎng)變化”單元為例，通過(guò)觀察，學(xué)生能歸納出根、莖、葉等結(jié)構(gòu)的特征。在此基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生對(duì)這些特征與其功能進(jìn)行關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生概括出更有深度的結(jié)論。

（1）植物的根像爪子，有利于植物扎根。

（2）植物的根上有細(xì)毛，有利于根吸收水分。

（3）植物的葉呈扁平狀分散開(kāi)，有利于葉吸收光照，進(jìn)行陽(yáng)光作用。

（4）植物的莖是中空的，有利于水分輸送。

在此基礎(chǔ)上，教師從單元視角出發(fā)，組織學(xué)生再次對(duì)這些特征和功能進(jìn)行深度關(guān)聯(lián)，推理出更上位的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的一一對(duì)應(yīng)。

2.經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)，拓寬科學(xué)論證廣度

經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)指的是對(duì)探究結(jié)論與已有經(jīng)驗(yàn)（包括生活經(jīng)驗(yàn)、過(guò)往經(jīng)歷以及探究過(guò)程中積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而后進(jìn)行反復(fù)論證，使其進(jìn)一步得到證實(shí)或豐富，進(jìn)而打開(kāi)科學(xué)論證的廣度。這種關(guān)聯(lián)是對(duì)那些看似沒(méi)有直接關(guān)系的已有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較概括的過(guò)程，旨在提煉其共同特征及背后的邏輯關(guān)系，由此論證結(jié)論的科學(xué)性?！皾L雪球式”黏合能夠拓展科學(xué)論證的廣度?？梢哉f(shuō)，每一次關(guān)聯(lián)都是思維的一次發(fā)散。

以教科版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)《地球的表面》一課為例，學(xué)生在交流平原地形的特點(diǎn)時(shí)，提到“地球上有很多房屋和農(nóng)田”。這實(shí)際上不屬于地形的范疇。對(duì)此，教師充分利用關(guān)聯(lián)黏合支架，提問(wèn)：“這和平原有什么關(guān)系？”學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)：平原地勢(shì)低、平坦，有利于涵養(yǎng)水源，且具有交通便利的特點(diǎn)，因此適合人類生存?？梢?jiàn)，學(xué)生的論證方向初次得到了擴(kuò)展。交流高原的特點(diǎn)時(shí)，學(xué)生提到了“高原反應(yīng)”。教師再次利用關(guān)聯(lián)黏合支架，帶領(lǐng)學(xué)生分析：之所以出現(xiàn)高原反應(yīng)，是因?yàn)楦咴貐^(qū)海拔高，空氣稀薄，導(dǎo)致部分人呼吸困難。此時(shí)，論證方向再次發(fā)散。之后，學(xué)生嘗試自主利用關(guān)聯(lián)黏合支架進(jìn)行分析：我在老家能看到大片的茶園和梯田，應(yīng)該是丘陵地形?？梢?jiàn)，學(xué)生的科學(xué)論證方向得到了發(fā)散。

需要注意的是，關(guān)聯(lián)黏合支架的鋪設(shè)只有與學(xué)生思維發(fā)展一致時(shí)才能達(dá)到較好的效果。教師要根據(jù)學(xué)生的思維負(fù)荷度，有結(jié)構(gòu)地鋪設(shè)邏輯順暢的支架鏈，使學(xué)習(xí)內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)，助力學(xué)生連貫、有序地進(jìn)行推理論證。

（三）交流催化支架，跨越思維梯階度，發(fā)展創(chuàng)新思維

交流催化支架是思維發(fā)展進(jìn)程中的催化劑，具體是指在學(xué)生充分理解一般科學(xué)思維方法后，為其提供的圍繞某一事物展開(kāi)充分交流的平臺(tái)。教師使用交流催化支架幫助學(xué)生突破思維定式，完成思維重組，實(shí)現(xiàn)從低階思維向高階思維的進(jìn)階。

小學(xué)階段，大多數(shù)學(xué)生只能從“正確與否”的角度思考某種觀點(diǎn)，很難提出自己的意見(jiàn)，主觀上愿意迎接挑戰(zhàn)且有創(chuàng)新性想法的學(xué)生人數(shù)并不多。可見(jiàn)，在小學(xué)階段發(fā)展批判思維、創(chuàng)造性思維等高階思維是有難度的。研究表明，從低階思維到高階思維的跨越需要經(jīng)歷一個(gè)從量變到質(zhì)變的過(guò)程，語(yǔ)言交流平臺(tái)可以加快“思維分子的運(yùn)動(dòng)”，促進(jìn)不同思維的碰撞，加快思維進(jìn)階的速度，達(dá)到跨越思維梯階度的效果。根據(jù)對(duì)交流結(jié)果處理態(tài)度的不同，可以引入不同的交流催化支架，包括揭露對(duì)方矛盾的交流辯論、推遲判斷鼓勵(lì)發(fā)言的頭腦風(fēng)暴兩種形式。

1.交流辯論，突破定式，培養(yǎng)批判性思維

交流辯論指的是學(xué)生用已有的思維邏輯闡明自身對(duì)事物或問(wèn)題的見(jiàn)解，并揭露他人觀點(diǎn)的矛盾之處，最后雙方達(dá)成共識(shí)的過(guò)程。在交流辯論中，學(xué)生逐漸走出個(gè)人立場(chǎng)，理解他人的思維邏輯，從正向、逆向兩個(gè)方面進(jìn)行推理論證，突破思維定式。實(shí)踐證明，圍繞某一個(gè)話題組織辯論活動(dòng)，可以幫助學(xué)生打開(kāi)思維的枷鎖，使他們嘗試用批判性思維辯證地看待問(wèn)題。具體原理如圖6所示。

以教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)《溫度不同的物體相互接觸》一課為例，教師可設(shè)置如下辯題：將裝有冷水的試管放入裝有熱水的燒杯中，你覺(jué)得二者的溫度會(huì)發(fā)生什么樣的變化？學(xué)生中出現(xiàn)了兩個(gè)不同的觀點(diǎn)，具體如下。

（1）試管中的冷水會(huì)變熱，燒杯中的熱水會(huì)變冷，直至與室溫相同。

（2）試管中的冷水會(huì)變熱，燒杯中的熱水會(huì)變冷，兩者會(huì)達(dá)到同一個(gè)溫度，而后同步下降，直至與室溫相同。

教師組織學(xué)生進(jìn)行辯論。持第一種觀點(diǎn)的學(xué)生認(rèn)為冷水與熱水“相遇”后，由于溫差懸殊，一定會(huì)發(fā)生熱量的傳遞。其中，冷水吸收熱量，溫度升高，熱量會(huì)從熱水傳遞到冷水，導(dǎo)致溫度降低。因?yàn)閮烧咄幱谑覂?nèi)，所以最終溫度一定會(huì)與室溫一致，不再發(fā)生溫度數(shù)值的變化。持第二種觀點(diǎn)的學(xué)生同意前半句的觀點(diǎn)，但認(rèn)為二者溫度相同時(shí)不一定等于室溫，而應(yīng)該高于室溫，之后慢慢下降，與室溫一致。

這兩種觀點(diǎn)都體現(xiàn)了五年級(jí)學(xué)生嚴(yán)密的思維。相對(duì)而言，第一種觀點(diǎn)受思維定式的影響較大。經(jīng)過(guò)一番辯論之后，全班學(xué)生仍認(rèn)為各方有各方的道理，想保留已有意見(jiàn)。于是，教師順勢(shì)組織學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出人意料：二者“相遇”后，確實(shí)會(huì)在某個(gè)時(shí)刻達(dá)成同一個(gè)溫度，但之后的溫度變化并不如任何一方所認(rèn)為的那樣——試管中水的溫度逐漸高于燒杯中水的溫度，再依次下降。這樣的辯論，不僅讓學(xué)生印象深刻，更打開(kāi)了他們認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維枷鎖，使學(xué)生在“堅(jiān)持—質(zhì)疑—新構(gòu)”中提升創(chuàng)新思維。

2.頭腦風(fēng)暴，思維重組，激活創(chuàng)造性思維

頭腦風(fēng)暴是指參與者推遲判斷，利用集體思維的方式進(jìn)行思考，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，由此完成思維的重組，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性思維的發(fā)展。頭腦風(fēng)暴在小學(xué)科學(xué)工程實(shí)踐類課程中的應(yīng)用尤為廣泛。在設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需要集中交流、分析問(wèn)題，提出自己的觀點(diǎn)，聽(tīng)取組員的觀點(diǎn)并進(jìn)行思維重組，形成初步的計(jì)劃；在制作階段，學(xué)生可能會(huì)遇到新問(wèn)題，需要重新提煉信息，提出新的解決方案；在修改完善階段，學(xué)生需要突破思維定式，對(duì)作品進(jìn)行更新迭代。在這三個(gè)階段中，學(xué)生的靈感不斷積累，創(chuàng)造性思維逐漸得到激活。

以教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)《珍惜水資源》一課為例，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了新的想法：水資源如此緊張，我們可否設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)水灌溉裝置？沿著這樣的思路，教師帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)并制作了自動(dòng)滴灌裝置，學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)或組間的頭腦風(fēng)暴。開(kāi)始他們只能想到鋪水管灌溉，逐漸想到利用自動(dòng)噴灌、循環(huán)澆灌、自動(dòng)滴灌等方式，并開(kāi)展實(shí)踐。在此過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到了發(fā)展。

漸隱是交流催化支架的最終走向。支架的適時(shí)退場(chǎng)能夠避免學(xué)生對(duì)支架形成過(guò)度依賴，使學(xué)生在大腦中形成動(dòng)態(tài)平衡的科學(xué)思維結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)個(gè)體與環(huán)境的相互作用，過(guò)渡到另一種更高水平的平衡狀態(tài)。連續(xù)的平衡能夠提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

思維的發(fā)展是循序漸進(jìn)、有跡可循的。教師應(yīng)遵循學(xué)生本位的理念，了解學(xué)生已有思維水平和可達(dá)到思維水平之間的距離，然后沿著認(rèn)知規(guī)律、學(xué)科特征兩條線索，開(kāi)發(fā)恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)支架，發(fā)展學(xué)生的模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等思維能力。

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（1.浙江省寧波市行知實(shí)驗(yàn)小學(xué)

2.浙江省寧波市鄞州區(qū)惠風(fēng)書(shū)院）