教學設計對兒童高階思維發展的重要性

江蘇省南京市雨花臺區實驗小學 張 熙

當今世界科學發現與技術創新不斷涌現，為人類在更大范圍，更深層次上認識并合理利用自然提供了可能。科學技術推動了生產力的發展、經濟的繁榮和社會的進步，促進了人們的生產方式、生活方式和思維方式的變革。科學技術的快速發展，對每一位公民的科學素養提出了新的要求。現代學校教育誕生以來，課堂教學是以知識為本位的，教師往往圍繞著教材上的內容對學生進行“灌輸”或“填鴨”，學習方式以死記硬背為主，課堂教學大多徘徊在低階思維水平。高階思維不是教師教出來的，而是學生自己學出來的，只有把教師灌輸填鴨式的教學轉化為學生通過自我建構、深度學習，才會發生高階思維。所以為適應信息化、智能化社會的需要，應對現有的基礎教學形式進行變革，培養學生的高階思維。

一、低階思維——搭建高階思維的腳手架

探究活動是學生學習科學的重要方式，小學科學課程把探究活動作為學生學習科學的重要方式，強調從學生熟悉的日常生活出發，通過學生親身經歷、動手實踐，了解科學探究的具體方法和基本的科學知識，發現和提出生活實際中的簡單科學問題，并嘗試用科學方法和科學知識來解決，在實踐中體驗和積累認知世界的經驗，提高科學能力，培養科學態度。

以四年級《彈力》一課為例，教師給學生準備了海綿、泡沫、彈簧、彈力帶和PVC 管這些材料，學生嘗試用不同的方法改變它們的形狀。此時學生的發散性思維被激發，嘗試用更多方法對物體施加力。教師再引導學生觀察物體受力后和撤去外力后的變化，引導學生歸納出“彈性”的概念，構建低階思維。

安德森的《學習教學和評估的分類學》將認知目標劃分為“知識”和“認知過程”兩個維度，“知識”維度除了包含原有分類學中的事實性知識、概念性知識和程序性知識外新增了元認知知識；“認知過程”維度分為記憶、理解、應用、分析、評價和創造。之后的馬扎諾等教育學者也提出了類似的研究成果，為中小學的課堂教學改革提供了強大的理論支持。學生的低階思維就是從“知識”“認知目標”出發，憑借以往的學習和生活經驗為腳手架，為高階思維的建構提供可能。

二、設計——讓高階思維真正產生

教學設計時要從“目標設計、結構設計、活動設計和細節設計”四個層級進行深入的思考。在目標設計時不僅要關注概念目標，還要在概念學習中滲透探究能力的訓練以及科學態度的培養。在結構設計上要關注學生的認知邏輯，在進行活動設計時要仔細分析學生的探究歷程，選擇合適的教學策略。而課堂細節更要仔細推敲，一個小小的實驗改進，一個問題換一種問法都會起到意想不到的效果。學生通過實驗，發現了彈力產生的條件，教師引導學生思考是否所有的材料都是有彈性的并加以證明。此時學生的高階思維得以啟發萌動，但有限的生活經驗又不足以支撐其想法，教師引入僅靠學生不易使其變形的材料供學生思考，再通過不斷加長加寬材料，喚起學生深層思維，最終得出“所有物體都能產生彈力”這一概念。

沿著“知識”維度“認知系統→元認知系統→自我系統”路徑對教材中的知識等級進行深度研發。隨著學習的深入，進而在“認知過程”維度開展“分析、評價和創造”等思維活動，推動學生高階思維的發展。

三、探究——讓高階思維真正落地

根據學生不斷探究形成的對“彈力”的認識，進而引導學生繼續“研究拉力與彈簧拉伸長度之間的關系”，從猜想、預測實驗結果、設計實驗，到得出結論、驗證實驗猜想，形成一個比較完整的科學探究過程，培養學生設計實驗的能力、動手操作能力和分析歸納能力。四年級的學生處于小學中年段，通過一到三年級科學課的鍛煉已經初步具備了基本的科學思維能力和科學學習習慣，繼續培養學生更為嚴謹的科學思維和實驗探究能力，將有利于高年段甚至將來更好的學習和發展。

在四年級《彈力》一課的最后一個環節，教師引導學生思考通過實驗發現物體發生形變的程度除了與物體本身的狀態有很大的關系外，還有什么因素會影響物體的形變程度。學生根據先前的實驗探究過程很容易能發現物體的形變還與外界施加的力的大小有關，但具體有什么樣的關系，又如何去驗證，教師怎樣設計教具讓學生直觀地發現這一規律，這些問題是教師需要深入思考并用心設計的。

例如：教師利用實驗室常見的帶指針的彈簧進行實驗單的設計，這類彈簧在小學生的實驗中只能做定性的研究，若想進行定量的研究，彈簧自身條件是不滿足“胡克定律”的。因此教師將實驗單設計在一塊白板上，將帶指針的彈簧通過調整長度以符合“胡克定律”的要求，再將其穿在木棍上，木棍兩端固定在白板上端制成滑軌，此方法比真正的滑軌方便實惠。實驗單上間隔相同的距離標上豎直的線段，以限定彈簧移動的距離，并在線段下方標記數字，數字對應鉤碼的數量。不掛鉤碼時，彈簧移動到“0”刻度線處，用紅筆標記此時指針的位置，作為起始位置。通過改變鉤碼數量，觀察彈簧拉伸長度的變化，并用紅筆標記在實驗單上。學生通過記錄實驗結果就能獲得一張“拉力大小與彈簧拉伸長度的關系”的實驗單，只需要用直尺將每個紅色標記連起來，就能發現拉力大小與彈簧拉伸長度之間的線性關系。教師根據學生的實驗單再引入“胡克定律”的發現歷程，讓學生認識到只要運用科學的探究方法，不斷發問并嘗試用不同的方法解答疑問，就能夠像科學家那樣去思考和發現。

四、結語

（一）動手實驗喚起舊知，激發學生學習興趣

通過學生動手探究，觀察當注射器口被堵住時，拉開的活塞在推回去的過程中被壓縮的空氣彈回來這一現象，引導學生思考“活塞為什么會被彈回來”，喚起學生已有的認知經驗，激發學生興趣，鼓勵學生用學過的知識解釋新的問題。順利引入本課課題并激發學生繼續探究的欲望。

（二）精心挑選實驗材料，培養學生發散思維

教師給學生準備的材料中，大部分是能夠發生明顯形變的，教師鼓勵學生用多種方法進行嘗試，從多個角度嘗試對物體施加外力，激發學生的發散性思維，培養學生積極探究的興趣及動手能力。通過師生問答、學生匯報和生生評價的活動，歸納出物體具有彈性的特征及彈力產生的條件。但筆者準備的14cm 長的PVC 管在受力后無法明顯觀察到與其他材料相同的現象，為第三環節“探究微小形變”埋下伏筆。

（三）尊重學生提出質疑，順勢引導突破難點

本環節是對課本中第二環節的補充，學生通過不同的材料感受到物體的彈性后，總結出“受到外力后發生形變，撤去外力后恢復原狀的物體具有彈性”這一概念。但PVC 管這種較硬的材料，對于這個年齡段的孩子來說，還無法使其發生明顯的形變，勢必有學生提出質疑，認為較硬的物體沒有彈性。此時，我們可以通過設計三種不同長度的PVC 管實驗，將較硬物體的形變進行放大，讓學生理解“微小形變”的存在，認識到物體受到外力后都能發生形變，但有些形變是肉眼無法直接觀察到的。培養學生嚴謹的科學態度和尊重實驗結果的精神。

（四）巧妙設計實驗器材，學以致用回歸本質

最后一個環節的實驗器材是筆者將彈簧通過滑軌的方式與實驗單結合進行的創新設計，相當于將彈簧測力計的工作原理放大，讓學生能非常直觀地觀察到拉力每增加相同的大小，彈簧就拉伸相同的長度。用紅筆在實驗單上標記指針所在的位置，能讓實驗結果更明顯，更有利于學生間的交流評價。將學生通過實驗發現的規律與科學家的發現聯系起來，讓學生體會到科學探究的樂趣和價值，在學生的心中埋下了成為科學家的種子。最后將本節課發現的規律運用到實際生活中，真正體現了知識來源于生活更服務于生活的教育理念。