解讀科學(xué)思維的三個(gè)重要維度

◇趙燕娜（浙江：杭州市錢塘區(qū)錢江小學(xué)）

一、科學(xué)思維概述

科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)內(nèi)涵包含了科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任。其中，科學(xué)觀念是基礎(chǔ)，科學(xué)思維是核心，探究實(shí)踐是途徑，態(tài)度責(zé)任是方向。

胡衛(wèi)平教授說：思維方式特別重要，我們國(guó)家在科學(xué)教育中培養(yǎng)學(xué)生，最大的問題就是沒有很好地培養(yǎng)學(xué)生的思維，其中最核心的是：思維方法。

喻伯軍主任也說，科學(xué)思維是核心和關(guān)鍵能力。科學(xué)思維，課標(biāo)的定義是從科學(xué)的視角對(duì)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(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。科學(xué)思維目標(biāo)包含基本思維方法目標(biāo)和科學(xué)課重要的思維方法目標(biāo)。將分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯(lián)想與想象、重組思維、發(fā)散思維、突破定勢(shì)等基本思維方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用，作為基礎(chǔ)的教學(xué)目標(biāo)；把培養(yǎng)模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維作為重要的教學(xué)目標(biāo)。

二、科學(xué)思維三個(gè)重要維度

（一）模型建構(gòu)

課標(biāo)這樣定義模型建構(gòu)：以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，進(jìn)而建構(gòu)模型;運(yùn)用模型分析、解釋現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及變化過程。

建構(gòu)模型應(yīng)該是既能解釋真實(shí)情境，真實(shí)情境又可以抽象為此模型，這個(gè)模型也能證明相關(guān)理論，理論也支撐此模型的建構(gòu)。模型建構(gòu)應(yīng)該體現(xiàn)一個(gè)過程，是以解決真實(shí)情境的問題為目的，通過對(duì)模型的認(rèn)知和學(xué)習(xí)，建構(gòu)起認(rèn)知發(fā)展的科學(xué)思維能力。模型建構(gòu)也應(yīng)該是探究實(shí)踐的過程中的建構(gòu)，體現(xiàn)于核心素養(yǎng)形成的整個(gè)過程。

曹寶龍?zhí)丶?jí)教師認(rèn)為，模型建構(gòu)特別重要。模型就是用來解釋科學(xué)現(xiàn)象的，把科學(xué)主要的東西講清楚，把次要的東西都扔掉。胡衛(wèi)平教授認(rèn)為：模型建構(gòu)是抽象概括的結(jié)果，就是在真實(shí)情境里怎樣建成一個(gè)模型，而這個(gè)模型建構(gòu)我們國(guó)家的學(xué)生是最差的。我們國(guó)家的學(xué)生比較擅長(zhǎng)給一個(gè)模型，代入公式去做，但是碰到真實(shí)情境的問題，就不一定會(huì)做。

所以，培養(yǎng)模型建構(gòu)思維是一件非常重要的事，也是小學(xué)科學(xué)教學(xué)必須做的事。

（二）推理論證

課標(biāo)認(rèn)為推理論證體現(xiàn)在：基于證據(jù)與邏輯，運(yùn)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。

這里其實(shí)有兩個(gè)素養(yǎng)：一個(gè)是科學(xué)推理，另一個(gè)是科學(xué)論證。兩個(gè)素養(yǎng)相輔相成，論證過程中會(huì)用到推理，推理的過程也體現(xiàn)了論證。論證素養(yǎng)，實(shí)際上體現(xiàn)的是批判性思維。那么，我們應(yīng)如何更好地運(yùn)用此類論證性思維呢？

1.抓住“論證契機(jī)”，重視“推理論證過程”

教學(xué)《磁鐵有磁性》一課時(shí)，有學(xué)生基于證據(jù)提出:“我們組認(rèn)為磁鐵能吸引金屬物質(zhì)，吸引像鐵一樣的東西。”此時(shí)，教師不能直接出示結(jié)論，因?yàn)椤翱茖W(xué)論證”的思維過程遠(yuǎn)比“磁鐵能吸引鐵”這個(gè)科學(xué)概念來得重要。教師于是抓住契機(jī)追問：“金屬是什么？你們認(rèn)為剛才的材料中哪些是金屬？”隨之就有了接下去各個(gè)組之間的質(zhì)疑和認(rèn)同的論證過程，從而在論證中重構(gòu)思維：磁鐵可以吸引鐵，科學(xué)家們把磁鐵能吸引鐵的性質(zhì)叫磁性。

教師不輕易下結(jié)論，而是抓住科學(xué)論證契機(jī)，充分展開論證，這是一個(gè)很好的思辨過程。觀點(diǎn)發(fā)生碰撞，思維循環(huán)往復(fù)，能夠更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)和形成。

2.基于學(xué)生“前概念”，實(shí)現(xiàn)“針對(duì)性推理論證”

以教學(xué)《空氣有多重》一課為例。在教學(xué)的導(dǎo)入部分，是一個(gè)吹氣球的活動(dòng)：請(qǐng)學(xué)生將氣球吹大，思考吹了氣的氣球有什么變化。觀點(diǎn)一：變輕，同時(shí)基于觀點(diǎn)進(jìn)行自我論證；觀點(diǎn)二：變重，另外三組也基于前概念自我論證原因。

針對(duì)此前概念論證過程，教師設(shè)計(jì)了兩個(gè)具有針對(duì)性的論證活動(dòng)：借助天平，觀察充氣球重量，天平往充氣球一端傾斜，說明空氣有重量；借助火柴，將空氣質(zhì)量直觀化，充氣球中空氣的重量就是火柴的重量。因此證明了空氣有重量，并通過實(shí)踐得出有多重。

如此基于前概念具有針對(duì)性的論證活動(dòng)，能更有效地對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤前概念進(jìn)行修正，獲取正確的科學(xué)概念，也能促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)論證思維”的培養(yǎng)和形成。

3.修正“單一線性論證思維”，建構(gòu)“循環(huán)往復(fù)”推理論證平臺(tái)

在小學(xué)科學(xué)課堂中，“科學(xué)論證”往往出現(xiàn)單一、線性的思維論證現(xiàn)象。從教學(xué)角度來看，“科學(xué)推理論證思維”最突出的特征是多個(gè)學(xué)習(xí)主體共同參與的多邊對(duì)話，思維碰撞。包括教師與學(xué)生、組內(nèi)學(xué)生與學(xué)生、不同組學(xué)生之間的交互，是一個(gè)循環(huán)往復(fù)、縱橫交錯(cuò)的論證過程，正如一個(gè)皮球在科學(xué)課堂上可以讓思維交互傳遞一樣。教學(xué)中，更強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于自己的觀點(diǎn)尋求證據(jù)、收集證據(jù)、交換證據(jù)和評(píng)價(jià)證據(jù)，進(jìn)而發(fā)展自己觀點(diǎn)的過程。

以《聲音是怎樣產(chǎn)生的》中的“是不是所有物體在發(fā)聲時(shí)都在振動(dòng)？”的環(huán)節(jié)論證為例。

師：是不是所有物體在發(fā)聲時(shí)都在振動(dòng)呢？

觀點(diǎn)A：所有物體在發(fā)聲時(shí)都在振動(dòng)。

觀點(diǎn)B：并不是所有物體在發(fā)聲時(shí)都在振動(dòng)。

論證：基于證據(jù)論證。

師：（演示音叉發(fā)聲）有聽見聲音嗎？

生：有。

師：有看到振動(dòng)嗎？

一部分學(xué)生：沒有。

另一部分：有一點(diǎn)點(diǎn)。

師：到底有沒有？有什么辦法驗(yàn)證？

生：可以摸一下，感受一下。

生：可以把發(fā)聲的音叉放在水中看看有無波動(dòng)。將音叉先敲擊再放入水中。

生：支持A，但不能說明全部。

師：的確，越來越多的證據(jù)顯示，發(fā)聲物體都在做重復(fù)往返的運(yùn)動(dòng)，都在振動(dòng)，科學(xué)家經(jīng)過多次研究證明，其實(shí)一切發(fā)聲物體都在振動(dòng)。

學(xué)生積極參與到推理論證中，當(dāng)針對(duì)一個(gè)問題有不同的觀點(diǎn)時(shí)，知道要表述自己觀點(diǎn)、質(zhì)疑別人的論點(diǎn)要有證據(jù)的支撐，更樂于去尋找證據(jù)，證據(jù)意識(shí)明顯增強(qiáng)。學(xué)生的觀點(diǎn)互相碰撞、縱橫交錯(cuò)，形成了一張良好的集體論證網(wǎng)，推理論證的科學(xué)思維能力得到了培養(yǎng)和提升。

（三）創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維體現(xiàn)在：從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)和解決問題的方法。胡衛(wèi)平說：創(chuàng)新思維培養(yǎng)，基礎(chǔ)教育比高等教育更重要。科學(xué)創(chuàng)造共有七個(gè)方面，我們有六個(gè)方面低于英國(guó)的學(xué)生，我國(guó)八年級(jí)的學(xué)生整體不如英國(guó)四年級(jí)的學(xué)生。因此，在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維迫在眉睫。

科學(xué)學(xué)科要培養(yǎng)的是具有創(chuàng)造性的下一代，而項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種教學(xué)方式，在發(fā)展創(chuàng)新思維、培育創(chuàng)造性素養(yǎng)上具有獨(dú)特功用。尤其是工程思維的培養(yǎng)，比如船單元、小小工程師單元。PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）會(huì)有“引爆點(diǎn)”，能引發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維：從0 到1，從1 到n。這里的“從0 到1”即從無到有，學(xué)生面對(duì)PBL 真實(shí)情境能夠提出新問題便是走向創(chuàng)新的第一步。完成從“0 到1”的質(zhì)的跨越，接下來從“1 到n”便是創(chuàng)新思維能力的更高要求。

比如：教師在教學(xué)《給船裝上動(dòng)力》一課中創(chuàng)設(shè)了真實(shí)情境：春游，我們一起去杭州最美的西湖。從游船碼頭出發(fā)前往蘇堤春曉，可是有一艘船不會(huì)動(dòng)。對(duì)此，學(xué)生提出了很多創(chuàng)新問題：①如何設(shè)計(jì)安裝動(dòng)力使小船動(dòng)起來？②如何能使小船到達(dá)蘇堤春曉？③怎樣的動(dòng)力更快？④怎樣的動(dòng)力又能自主持續(xù)呢？⑤怎樣能直線到達(dá)？等等。這就是從0到1、從1到n的創(chuàng)新思維的顯性表現(xiàn)。

而PBL 教學(xué)是區(qū)別于問題型教學(xué)的，雖然兩者都是以問題為平臺(tái)，但形同而質(zhì)不同。功能方面：PBL主要促進(jìn)學(xué)生思考，是從“想”到“要”，最后到“會(huì)”的思考模式，本質(zhì)是“思考的腳手架”；問題型教學(xué)，用“問題串”逐一解決教學(xué)目標(biāo)，本質(zhì)是“記憶的腳手架”。問題來源方面：PBL情境取自現(xiàn)實(shí)生活，真實(shí)、復(fù)雜、綜合性比較強(qiáng)，甚至取自于當(dāng)前社會(huì)生活急需解決的問題，如疫情下急需解決的熱門問題：疫情下家用蔬菜的培育、家庭蔬菜種植園的設(shè)計(jì)與搭建、設(shè)計(jì)學(xué)校門口防疫體溫監(jiān)測(cè)移動(dòng)房等等。所以，項(xiàng)目式教學(xué)復(fù)雜真實(shí)的情境往往能更全面地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新思維。

三、科學(xué)思維的學(xué)段目標(biāo)

根據(jù)不同年齡段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展和思維水平，科學(xué)思維也強(qiáng)調(diào)進(jìn)階，在不同學(xué)段里承擔(dān)著特有的學(xué)段目標(biāo)任務(wù)。1～2年級(jí)是具體形象思維階段，該階段關(guān)注的是對(duì)具體現(xiàn)象、具體事物外在特征的觀察、描述、比較、分類等；3～4年級(jí)是在關(guān)注具體現(xiàn)象和外在特征的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)象和事件發(fā)生的條件、過程、原因等，涉及歸納和推理；5～6年級(jí)關(guān)注事物結(jié)構(gòu)、功能的變化和相互關(guān)系，涉及概括、系統(tǒng)化等。學(xué)生思維的發(fā)展是第一考慮因素，因此，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮學(xué)生思維進(jìn)階。

四、科學(xué)思維的教學(xué)建議

修訂前的小學(xué)初中科學(xué)課標(biāo)，思維方法是探究目標(biāo)的一部分，在過程中就能運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，但沒有明確科學(xué)思維目標(biāo)。而2022年版課標(biāo)將科學(xué)思維作為核心素養(yǎng)之一，突出了科學(xué)思維的重要性。我們?cè)诮虒W(xué)的探究活動(dòng)中，應(yīng)該更關(guān)注學(xué)生思維的發(fā)展，要引導(dǎo)學(xué)生反思自己的思維方式，把思維方法的學(xué)習(xí)顯性化。比如課堂小結(jié)時(shí)，不僅要梳理新知識(shí)的獲得，還應(yīng)總結(jié)通過什么方法獲得新知識(shí)，從而突出科學(xué)思維的過程。

科學(xué)思維作為培養(yǎng)目標(biāo)的核心，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的重要性得到了突出。作為小學(xué)科學(xué)教師，在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維任重而道遠(yuǎn)。