提高學生認知能力

范明剛

《義務(wù)教育科學課程標準》（2022年版）指出：“立足學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，以了解物質(zhì)科學、生命科學、地球和宇宙科學、技術(shù)與工程領(lǐng)域的一些常見基礎(chǔ)知識，并初步形成基本的科學觀念為基礎(chǔ)，以科學思維能力、科學探究和實踐能力、科學態(tài)度與社會責任的培養(yǎng)為重點，促進學習能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展，形成清晰和精準的科學課程目標。”以上課程目標的實現(xiàn)，離不開對小學生認知能力的培養(yǎng)。心理學研究表明，認知是人們對智力、思維、情感、語言的認識活動，也是人們認識、理解事物或現(xiàn)象，保存認識結(jié)果，利用已有的知識、經(jīng)驗解決實際問題的一個具有完整結(jié)構(gòu)的動態(tài)過程。小學科學課程是一門基礎(chǔ)性、實踐性、綜合性課程，應(yīng)借鑒學習進階、腦科學、深度學習、目標教學等研究成果，優(yōu)化教學實施策略，科學創(chuàng)設(shè)認知活動，著力提升小學生的觀察力、注意力、記憶力、想象力和思維力等科學認知能力。

一、聚焦概念建構(gòu)，定位教學目標

小學科學教育應(yīng)有助于學生運用大概念理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象。以《義務(wù)教育科學課程標準》（2022年版）中的大概念為切入點，進行概念的解構(gòu)與建構(gòu)，關(guān)照大概念之間的聯(lián)系、大概念與學生頭腦中原有概念之間的聯(lián)系，以及大概念與下一級的一般概念的聯(lián)系，將上位的大概念拆分成一系列的較為具體的概念，使這些概念的建立能追溯和連接到更為具體的經(jīng)驗，這就需要將目標盡可能地分層細化。例如在《聲音的產(chǎn)生》一課的教學中，首先要定位教學目標，這節(jié)課要建立的概念是“什么是聲音？聲音是由物體振動產(chǎn)生的。物體受到外力的作用后發(fā)生振動，產(chǎn)生了聲音，聲音會沿著一定的媒介傳播。”目標設(shè)定中，要對“振動”賦予具體的意義和表述，觀察與分析固體、液體、氣體在振動狀態(tài)下發(fā)出聲音的現(xiàn)象，總結(jié)歸納聲音產(chǎn)生的條件和載體，為學生學習聲音的傳播奠定基礎(chǔ)。

提升小學生的科學認知能力，必須尊重小學生的認知發(fā)展階段和特點，探查學生的認知水平，洞悉孩童的構(gòu)想，運用教育目標分類學理論對應(yīng)科學課程標準的要求，豐富與完善小學生所應(yīng)具有的“觀察、提問與記憶能力”等能力結(jié)構(gòu)，并運用相應(yīng)的行為動詞描述目標，更為細致地確定每節(jié)課的知識分類和認知過程，考慮學生的認知負荷，引領(lǐng)學生從低階思維走向高階思維，學習更有價值的知識，采用科學的方法去觀察、注意、記憶、想象和思維，提升學生學習的層次和品質(zhì)，同時讓學生的個性、品質(zhì)和情感在學習過程中得到提升與發(fā)展。

二、精選教學內(nèi)容，設(shè)計學習進階

科學源于生活，科學教師應(yīng)整體把握課程標準、教材的設(shè)計思路，了解課程標準、教材在學生認知能力培養(yǎng)上的縱向、橫向脈絡(luò)以及與其他學科的橫向關(guān)聯(lián)，知道每堂課的教學目標與學段目標、課程目標的關(guān)系，科學定位每節(jié)課的教學目標，確定單元知識的重點和難點，分析單元知識在整個學科中的地位和作用。將教學內(nèi)容切分為不同維度的學習進階內(nèi)容，關(guān)照不同環(huán)節(jié)內(nèi)容的邏輯關(guān)聯(lián)和難度，充分考慮學生學習的成熟程度和預期表現(xiàn)，使教學內(nèi)容與教學方法的選擇、教學活動的組織與教學時間的安排密切聯(lián)系。教師可以依據(jù)學情信息，對教材做處理加工，或?qū)虒W內(nèi)容、教學方法、教學策略做適切性修改，使之更適合自己的學生。

三、創(chuàng)設(shè)真實情境，促進觀察滲透

小學生感知事物時較籠統(tǒng)，往往只注意表面現(xiàn)象和個別特征，對時空特性的知覺也不完善。小學生在4～5年級時就開始勇于發(fā)現(xiàn)和探索，思維的獨立性和批判性增強，出現(xiàn)了反省思維。5～6年級的學生思維的獨立性和批判性進一步增強，開始出現(xiàn)辯證思維，形成了理智的自我意識。科學教師要準確探查學情，了解學生的前概念和已有的認知水平，找準教學的起點，創(chuàng)設(shè)有利于學生綜合運用知識解決真實問題的問題情境、生活情境、文化情境、訓練情境，讓學生調(diào)動多種感官觀察、體驗、實踐、思考，做到動手與動腦有機結(jié)合，獲取第一手證據(jù)與信息，形成科學的思維方式。學生通過觀察科學現(xiàn)象，產(chǎn)生認知沖突，原有的認知結(jié)構(gòu)在“同化”過程中、量變中調(diào)整“順應(yīng)”，從而使認知得以質(zhì)變，科學思維能力也獲得提升。如教學《聲音的產(chǎn)生》一課時，難點是“如何解釋聲音可以在氣體中傳播”，教師可以出示一個薄膜，在上面放一個泡沫小球，先讓學生敲擊音叉，提問學生看到了什么。學生說：“看到了小球在動。”教師追問：“為什么小球在動？”學生說：“因為塑料膜在動，塑料膜的振動引起了小球的振動。”教師再次追問：“塑料膜為什么在動？”學生說：“音叉在動，音叉的振動引起了塑料膜的振動。”教師第三次追問：“音叉接觸塑料膜嗎？它們之間有什么？”學生很自然地說：“音叉和塑料膜之間是空氣，音叉振動后，先引起空氣的振動，后引起塑料膜、小球的振動，說明了空氣振動也能發(fā)出聲音。”這樣的情境創(chuàng)設(shè)，有效訓練了學生的視覺觀察與知覺、注意與記憶、交流與思維能力。

四、問題驅(qū)動探究，展示思維成果

問題是科學探究的驅(qū)動器，高質(zhì)量的問題精準定位思維靶心，是學生思考和探究的集中點，是能夠聚焦課堂核心知識、整合教學內(nèi)容的關(guān)鍵點和重難點，是具有一定思維深度、有空間、能聚焦、有深意的問題，多蘊含于真實情境中，易于引發(fā)學生的認知沖突，觸發(fā)學生思維的核心問題，有利于學生的科學思維發(fā)展。

科學教師要充分尊重學生的生活經(jīng)驗和知識經(jīng)驗，遵循學生的認知規(guī)律以及思維發(fā)展順序，抓住學生理解和應(yīng)用知識的關(guān)鍵，提煉有階梯性、探究性、生成性、現(xiàn)實性、有趣性、挑戰(zhàn)性的核心問題，構(gòu)成問題鏈條或問題串，融合運用提問法、講授法、演示法、情境教學法、小組合作探究法、啟發(fā)式教學法、探究式教學法、直觀教學法，觀察實驗，巧妙指導學生在探究式學習中分析問題、解決問題，并在此過程中運用思維導圖、流程圖、概念圖、魚骨圖等思維可視化工具展示學習成果，及時獲取事實反映出的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。學生在探究核心問題的過程中既需要調(diào)動以往所學知識解決問題，又能在探究的過程中不斷應(yīng)用習得的新知識。對于學生提出的科學問題，要進行分類與梳理。例如，教學《聲音的產(chǎn)生》一課時，教師對學生提出的五花八門的問題，要做邏輯順序的分析，比如如果沒有研究聲音的產(chǎn)生，就沒法研究聲音的傳播。師生理順問題的邏輯順序，有助于學生科學建構(gòu)聲音產(chǎn)生的概念，從而真正學會科學地提問題。

五、優(yōu)化教學模型，完善發(fā)展機制

科學教師應(yīng)優(yōu)化主題活動、問題探究、任務(wù)驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、思維導圖、翻轉(zhuǎn)課堂等教學模型，盡可能使用有趣味性的教學課件和輔助性的圖片、視頻，將觀察力、注意力、記憶力、想象力和思維力等基本科學認知能力鑲嵌在學生的學習過程中，通過多種手段和方法激發(fā)學生觀察的興趣，為學生提供詳細的觀察步驟，幫助學生養(yǎng)成細致觀察、有意識地計劃自己的行動的習慣;通過統(tǒng)籌學習環(huán)境，不斷地給予學生提示、暗示與鼓勵，培養(yǎng)學生的注意力，引領(lǐng)學生在充分的感知與體驗過程中對知識進行意義建構(gòu);通過運用聯(lián)想，認識理解所記憶的材料，注重新舊知識的聯(lián)系，讓學生透過事實性知識走向感悟和理解科學本質(zhì);鼓勵學生注重通過自我思考來認知事物，形成完善的認知模式，并將科學概念遷移運用到對問題的分析、理解與解決中，并及時反思與動態(tài)改進自己的認知行為。

要在認知發(fā)展理論及認知負荷理論的指引下，以現(xiàn)有的教材為依據(jù)，根據(jù)各學科的特點及學生認知活動的特殊性與差異性，從學習進階、情境創(chuàng)設(shè)、觀察滲透、問題驅(qū)動、思維可視化、教學建模、課程供給等方面完善教學方法體系，提升學生思維品質(zhì)，以此達到提高小學生科學認知能力的目標。創(chuàng)設(shè)認知活動的時候，要注意學科關(guān)聯(lián)，倡導跨學科學習方式，比如科學學科可以為其他學科做貢獻，其他學科也可以為科學學科做貢獻。尤其是數(shù)學、語文、綜合實踐活動等課程，要注意跨界資源的整合，比如科學探究中的數(shù)據(jù)處理、模型建立都離不開數(shù)學，而語文學習中的觀察日記等都與科學密切關(guān)聯(lián)。

六、多元學習評價，提升認知能力

科學教學評價必須做到主體多元、方式多樣，不僅有以教師為主體的測評，還要有學生的自我測評、相互測評，以及家長對學生的測評。不僅要有終結(jié)性的測評，更要有過程性的測評;不僅要有量的測評，還要有質(zhì)的測評;不僅要有紙筆形式的測驗，還要有活動、實驗、項目報告等多種方式的測評。各種形式的測評相互補充，才能較為全面地評估學生的認知能力水平。

過程性評價中，要進行學情診斷。學生的認知過程受其原有的知識、經(jīng)驗和認知結(jié)構(gòu)的影響，因此有必要在教學準備階段進行學情診斷，讓學生和教師了解學習的出發(fā)點在哪里。學情診斷有多種方法，如測試、訪談、讓學生畫思維導圖或概念圖、觀察等。通過對各種方法得到的學情信息具體地描繪學生學習的出發(fā)點，同時也是教師組織教學的重要參考。學生要在了解學習目標的基礎(chǔ)上，將目標與出發(fā)點進行對比，明確學習方向。教學過程中教師對學生評價的重點是：學生對正在進行的學習活動是否感興趣，是否有足夠的投入;學生的思考過程是否合理;學生當前的水平與學習目標之間的差距;學生存在的學習困難及導致困難的原因。

教師在教學過程中對學生進行評價的常用方法包括對話、提問和追問、觀察、檢查作業(yè)等。進行評價時，教師應(yīng)讓學生有機會展示他們的想法和做法，這是提高評價效度的重要保證。教師在評價中獲得的信息主要用于診斷學生在學習中存在的問題，應(yīng)及時將有關(guān)信息反饋給學生，以達到學習的目標。

學生的自評和互評是認知能力的重要組成部分，重點評價對學習的任務(wù)和目標是否有清晰的認識;對學習是否有強烈的動機和足夠的努力;學習的方法是否合理;是否達到預期的學習目標，是否滿意自己的學習效果;其他同學的想法、做法、學習方法和效果是否更為合理有效，哪些地方值得自己學習借鑒。

通過提升小學生的科學認知能力，有利于促進小學生形成科學觀念，實現(xiàn)真正的理解與自我建構(gòu)，主動探尋知識的價值與意義，進而在應(yīng)用遷移中將所學概念內(nèi)化為科學素養(yǎng);有利于強化探究過程的體驗，從而真正經(jīng)歷像科學家一樣的探究歷程，實現(xiàn)智慧的復演;有助于小學生運用知覺、注意、記憶、學習、思維、決策等方法，對現(xiàn)象與事實進行分析綜合、抽象概括、推理論證等，培養(yǎng)小學生的證據(jù)意識和形象思維、抽象思維、創(chuàng)造思維和直覺思維能力，激發(fā)小學生的積極思維意識;有助于幫助小學生涵育科學態(tài)度與責任，保持或延長探究興趣，提高攻堅克難的勇氣和持之以恒求索真知的科學精神，引領(lǐng)小學生養(yǎng)成良好的學習習慣，促進小學生之間的合作與交流、質(zhì)疑與多角度思考，從而擔負起保護環(huán)境、人地和諧等方面的社會責任。

【本文系山東省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度課題“小學生科學認知能力提升與教學策略實施研究”階段性成果（課題編號：2020ZBYB001）】