新課標背景下，小學生科學思維的培養策略

【編者按】《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）第一次明確地把“科學思維”作為科學核心素養之一。《課程標準》同時指出，科學思維是一種對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，它可以培養學生縝密的邏輯能力、探索事物本質的能力等。

基于新課標的精神，我們應充分考慮小學生的年齡特點、認知特點，建立與學生思維發展規律相符的教學體系，引導學生分析科學現象與科學過程，從而形成科學思維。本專輯的幾篇文章，提出了多元策略，切實培養學生的科學思維，可供一線教師借鑒。

新課標背景下，小學生科學思維的培養策略

【摘 要】《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確了科學課程核心素養的內涵與組成，提出了科學思維的目標。小學科學教師要根據目標設計教學，培養學生科學思維。

【關鍵詞】小學科學 科學思維 教學策略

《課程標準》第一次明確把“科學思維”作為科學核心素養之一。科學思維在新課標中的定義為：“從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。”［1］那么，我們要培養學生的哪些科學思維目標？在教學中如何更好地培養學生的科學思維呢？

一、“觀察—比較”策略

觀察描述、比較分析是生命科學領域的一種主要的科學思維方法。教科版四年級下冊《種子的傳播》一課要求學生觀察、比較不同種子的結構，再總結果實的結構與其傳播方式相適應，從而把種子散播到遠處的結論。教學中，筆者通過有意識地對學生科學思維認知的引導，解決本節課的教學重點與難點。

首先，筆者讓學生聚焦熟悉的事物——校園里的懸鈴木果實，引導學生關注果實的球形結構，之后學生用斜面模擬山坡，分別將圓形果實和方形盒子從一定高度掉落到斜坡上，比較誰滾動得更遠。從學生日常熟悉的材料引入，通過模擬實驗，可讓學生關注植物果實的圓形結構與滾動距離的關系，初步引發學生關注果實的外形結構。

接下來，筆者播放多種植物果實的圖片，使學生關注果實結構的多種多樣，從而產生疑惑：這些結構都有什么作用。再通過觀察比較蒲公英、臭椿、蒼耳果實的結構，總結它們各自結構上的特點：蒲公英果實有毛，小而輕；臭椿果實有膜翅，小而輕；蒼耳果實有倒鉤。從這些結構，學生推測出蒲公英和臭椿靠風傳播，蒼耳靠動物傳播。此時，筆者引導學生通過實證或視頻驗證，進一步驗證果實的結構與傳播方式相適應的特點。而后，筆者再引導學生從蓮蓬生活環境判斷出它靠水傳播，再解剖觀察到蓮蓬果實有氣室，能浮在水面。總之，在對結構的觀察上既有外部結構，又有內部結構；在對結構和功能相適應的認識上，既有正向思維（從結構上推測傳播方式），也有逆向思維（從生活環境猜測傳播方式，再推測相應結構）。整個課堂教學活動始終圍繞概念“結構和功能相適應”展開，通過對不同果實結構的觀察和對比，使學生思維認知呈現螺旋式上升。

二、“科學史—問題”策略

在課堂上教師沿著科學史的發展設置教學內容，能幫助學生理解科學的發展是螺旋上升的，進而發展學生懷疑和批判的科學思維。

教科版一年級上冊“比較與測量”單元屬于測量體系的長度測量。測量的本質是比較，是用預先約定為“1”的物體屬性去和要測量的對象進行比較，所量的次數便是測量的結果。在歷史上，把什么約定為“1”是極其隨性的。這正是長度及其測量活動文化性的體現。基于科學史—問題策略，我們在單元教學中將學生置身于“歷史上單位1的發展”這個情境，讓學生在實踐中積累測量的感受，通過問題鏈帶領學生思考測量的意義，從而更深入理解測量的本質。

在第1課時《在觀察中比較》教學中，筆者拋出問題：四只恐龍模型誰大誰小。學生觀察比較后發現，采用高矮、長短、胖瘦等不同的標準，結果各不相同。如此，學生意識到標準不同，比較結果也會不同。采用什么樣的標準，也正是歷史上“單位1”的發展背景。

在第2課時《起點和終點》教學中，筆者根據歷史上測量需求的發展，提出問題：如何比較兩只紙蛙誰跳得更遠。教師引導學生說出，起點到終點的距離表示紙蛙跳了多遠；然后用紙帶記錄紙蛙跳躍距離，確定紙蛙跳遠的公平比賽規則：對齊起點，確定終點。通過活動，學生明確共同的起始線是公平比較的需要，初步產生測量的意識。

在第3課時《用手來測量》教學中，學生用“拃”測量桌面的長度時發現問題：同一張桌子，大家的測量結果為什么不同。學生通過觀察發現，每個人的手指長度不一樣，有些學生手指長，有些學生手指短，使得每一拃大小不同，所以測量結果也不同。

在第4課時《用不同的物體來測量》的教學中，筆者結合上一節課的任務給出問題：還可以用什么來測量桌面的長度？學生嘗試用橡皮、鉛筆等進行測量。通過測量數據的比較，學生發現用不同的物體測量，結果很不一樣；用相同的物體測量，結果非常接近。因此，學生得出結論：用同一個物體作為工具測量不同物體，測量結果能比較出不同物體的長短；用不同物體作為工具測量不同物體，測量結果不能比較出物體的長短。這堂課體現了度量衡的標準從人的身體過渡到某個特定的器物上的發展。

在第5課時《用相同的物體來測量》的教學中，筆者引導學生回顧上節課用不同物體測量桌面長度的數據，因為不同物體作為單位測量的數值不能比較，因此應統一使用同一個物體來測量。此時，筆者提出問題：選擇小立方體、橡皮（長條形）、回形針、小棒中的哪一個作為標準物呢？學生觀察標準物后，分析幾種標準物的優缺點，最終選擇小立方體這種不易滾動、各個面都相同的物體作為標準物。同時，學生還把10個小立方體用膠帶粘在一起，使測量更快速便捷，減少誤差。通過活動，學生體會到統一標準物測量物體長度的意義。它使得測量的長度可以進行量化比較，這正是世界各個國家度量衡的統一歷程。

在第6課時《做一個測量紙帶》的教學中，筆者提出用10個小立方體測量大樹的周長這樣的問題，引導學生用小立方體作為標準單位畫在紙上，制作一條可以卷的測量紙帶，測量不規則的物體，從而引出準通用工具：全班范圍內統一標準的測量紙帶。

在第7課時《比較測量紙帶和尺子》的教學中，筆者出示用不同邊長小立方體制作的紙帶和學生上節課制作的紙帶，讓他們觀察和比較紙帶的不同；再介紹世界各地統一使用相同標準單位的尺子，讓學生認識到世界統一的尺子使測量結果有可比性，便于交流和使用。在這堂課里，學生經歷了歷史上全世界范圍內統一的度量衡，即《米制公約》的制訂。

正是將學生置身于科學史的情境中，才能調動學生的學習潛能，使他們主動靈活地建構知識，真正體會到學習的意義所在。同時，在問題鏈的引導下，學生不僅能學到更多的科學知識，還能掌握思考的方法，在思維發散的過程中尋找解決問題的方案，主動學習、深度加工，使思維的廣度和深度得以發展。

三、“觀測—評價”策略

在探究式科學教學過程中，評測是一個起整合作用的環節。教師應把評測視作一種教學的策略，運用于整個教學的過程之中，而不只是在教學活動告一段落時才使用。運用“觀測—評價”策略，可引導學生進行有層次、有關聯的思維表達，提高學生的科學思維能力。

在教科版六年級上冊《人類認識地球運動的歷史》一課中，教學目標是讓學生通過閱讀資料，了解人類認識地球及其運動的歷史，了解“地心說”“日心說”兩種解釋地球運動以及與太陽的位置關系的主要觀點，經歷科學思辨的過程。

課上，筆者先啟發和鼓勵學生將自己了解到的關于人類認識地球的歷史史實——人物、觀點等信息和大家分享。此時，筆者對學生的認知進行第一次評價，通過評價引導學生將這些認知分類，提煉出其中關于地球形狀和運動方面的內容。

接下來，筆者對學習資料和學習任務做個簡單介紹，重點介紹一種新的學習方法——閱讀人類認識地球形狀及其運動的歷史資料，分別將提取到的認識地球形狀和運動的關聯信息梳理建立在兩條時光軸上。

活動主要分為三個階段，第一階段引導學生認識時光軸及其簡易做法，了解時光軸蘊含的要素——時間、事件、主要觀點等。第二階段采用“扶”的方式，讓學生一起閱讀資料中第一段歷史，引導學生在資料中找到重要信息，發現信息間的關聯，將這些重要的信息摘抄在卡片上，并將某些學生的卡片進行展示，這是學生思維的再一次展示。通過資料的引導，學生對地球形狀和運動的思維得到提升。第三階段采用“放”的方式，指導學生小組合作，開展閱讀、資料提取。這是學生與組內同學思維的交流與碰撞。筆者借助時光軸這種評價工具，使每一個學生都能充分表達自己的思維。通過這一工具，筆者在課堂上觀測到學生思維水平可以分為三個水平。

水平1：學生能閱讀資料但難以識別“地心說”“日心說”觀點的異同；不能提取出人類認識地球及其運動的關聯信息，并按時間排序。

水平2：學生能閱讀資料并識別“地心說”“日心說”觀點的異同；能提取出人類認識地球及其運動的部分關聯信息，將它們按時間排序。

水平3：學生能閱讀資料并識別“地心說”“日心說”觀點的異同；能提取出人類認識地球及其運動的關聯信息，將它們按時間準確排序。

在這堂課中，整個教學過程是資源共享、思維關聯的過程，借助時間軸這一評價工具，使學生對地球形狀及其運動的思維認識可視化，并引導學生每個人都參與其中，產生思維碰撞，在碰撞中促進學生科學思維的發展。

四、“設計—建模”策略

模型建構作為一種認識手段和思維方式，是學生根據研究問題和情境，在對客觀事物抽象和概括的基礎上構建易于研究的、能反映事物本質特征和共同屬性的理想模型、理想過程、理想實驗和科學概念的過程。模型建構有助于學生抓住事物的關鍵要素，加深對概念、過程和系統的理解，形成系統的科學思維。［2］教學中，學生只有親歷模型建構的各個過程，才能體會模型建構的特點，才能得到科學思維的鍛煉，進而提升科學素養。

在教學教科版四年級上冊《我們是怎樣聽到聲音的》一課，探究耳郭和鼓膜的功能時，筆者引導學生回顧之前幾節課所學習到的聲音的產生及其模型后，從它們的結構出發，尋找生活中相似的材料來建構模型。

在耳郭的功能探究中，學生提出用紙喇叭來模擬耳郭。一位學生與另一位學生隔著一張A4紙的距離輕聲說一句悄悄話，再將A4紙卷成一個喇叭，通過喇叭再說一遍，并比較兩次內容的準確性。在課堂中我們發現，因為學生對悄悄話的音量把握不準，或是有學生聽力極為靈敏，兩次都能聽見，因此不能很好地突出紙喇叭的作用。后來，筆者加入演示：在A4紙一端放著分貝儀，在另一端輕輕敲擊音叉；再將A4紙卷成一個喇叭，再次敲擊音叉，比較分貝儀上兩次的讀數。通過兩次分貝儀讀數的不同，學生“看見”聲音，很直觀地感受到耳郭的作用：收集聲音。這是課堂上學生第一次嘗試建構模型。有了本次經驗后，在鼓膜的功能探究中，筆者一介紹鼓膜的特點——薄，學生很快就能想出用氣球皮、塑料袋、保鮮膜等材料來模擬鼓膜。在嘗試用保鮮膜和盒子制作鼓膜模型進行探究時，學生觀察不到鼓膜的振動，于是提出用轉化法，即在鼓膜上加上少量的鹽，通過鹽來觀察鼓膜的振動。就這樣，學生經歷“設計—建模”，真正從經驗事實出發，親歷過程，使思辨和體驗得到統一，使科學思維得到鍛煉。

綜上所述，本著對學生科學思維培養目標的要求，教師可借助觀察—比較、科學史—問題、觀測—評價和設計—建模等多種教學策略，來培養學生分析與綜合、比較與分類、抽象與概括等科學思維，以尋求學生科學思維的進階和全面發展。

（作者單位：北京師范大學實驗小學）

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］胡衛平.深入理解科學思維 有效實施課程標準［J］.課程·教材·教法，2022，42（08）：55-60.