核心素養背景下的科學思維能力培養策略

【摘 要】本文以《總結我們的認識》為例，探討在創設情境、問題驅動、設計方案、探究研討、拓展運用等環節培養學生的科學思維能力。

【關鍵詞】核心素養 科學思維能力 培養策略

“科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任”構成了《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）所界定的科學課程的四大核心素養。其中，科學思維占據重要地位，因此，培育學生的科學思維能力是實現《課程標準》的關鍵所在。本文結合教科版五年級上冊《總結我們的認識》這一課中的“探索植被對侵蝕的影響”活動，探討科學思維能力的培養方法。

一、創設情境，引發思維動機

富有啟迪性的情境是促進學生啟動思維的“引擎”，是融入科學探究活動的“催化劑”。因此，教師可創設與主題內容緊密聯系的生活實踐問題，觸發學生解決問題的欲望和內驅力，促進其在真實任務情境中親歷合作探究，構建知識聯結，達到對核心知識的深層理解與遷移運用。

在“雨水對地表侵蝕的探究”教學中，筆者通過多媒體展示家鄉永安的綠水青山美景，讓學生在欣賞家鄉自然風光的同時，體會到綠水青山給人們帶來的和諧生活環境和豐富的自然資源。隨后，筆者再展示千溝萬壑的黃土高原和渾濁的黃河水的圖片，由此形成鮮明對比，使學生更深刻地理解“綠水青山就是金山銀山”的含義。這一環節引發了學生的認知沖突，觸發學生的認知困惑點，迅速激發了他們的探究學習欲望。在這種情境下，學生熱情地投入到本課的學習與探究之中，為他們思維的發展奠定了堅實的基礎。

二、問題驅動，激發思維參與

疑問作為知識獲取的前提，是推動學生深入學習的驅動力。將問題作為驅動，不僅能激發學生的思維參與，還能進一步推動他們去深入探索和實踐。

在實驗探究活動前，筆者鼓勵學生對侵蝕地表的原因提出自己的想法和猜測。

師：我們想要恢復黃土高原的綠水青山，就要了解造成黃土高原千溝萬壑的主要原因。造成侵蝕程度大小的主要因素有哪些呢？

生：土地裸露。

師：你的理由是什么？

生1：我在對比黃土高原和我們永安的圖片時發現，黃土高原大多是裸露的，黃河水是渾濁的；而在我們這里，到處都覆蓋著植被，河水都是清澈的。

生2：在下雨時，我發現建筑工地裸露在地面上的土壤會被沖到水溝里，而有草地或樹木生長的地方，土壤不會被沖刷到水溝去。

在精心構思的問題驅動下，學生不再滿足于所看到的表面現象，而是充分運用分析、比較、推理等科學思維方法，對問題中的事實進行深度分析，不斷挖掘問題的本質，探究其背后的原理和邏輯，進而提出合理的解釋思路，推動思維品質的發展。

三、設計方案，整合思維沖突

從提出問題到給出解釋，是學生思維發展的一個關鍵環節。在這個過程中，學生需要通過自己的思考和分析，逐步建立起對問題的理解。然而，學生僅僅停留在解釋的層面上還不夠，更重要的是能夠設計實驗來驗證自己的猜想。在學生給出解釋之后，教師應緊接著引導他們設計實驗，以驗證自己的觀點。科學實驗設計是一個縝密且結構化的思維流程。在構思方案階段，學生需要根據假設和實驗條件，設計出具體的實驗方案。這個過程需要學生具備創新思維和解決問題的能力，能夠靈活運用各種實驗技術和方法，確保實驗能夠順利進行，并得出準確的結論。

例如，師生共同設計和完善“植被是否影響雨水對地表侵蝕”的實驗方案時，筆者先展示實驗材料：濕潤且混有少量沙石的土、有植物覆蓋的土、自制礦泉水瓶噴壺、量杯、鐵架臺。

師：這些實驗材料分別模擬什么？

生：濕潤且混有少量沙石的土壤模擬無植被的小山丘，有植物覆蓋的土壤模擬有植被的小山丘，礦泉水瓶噴壺模擬降雨。

師：“植被是否影響雨水對地表侵蝕”實驗方案中，需要改變哪些條件，哪些條件保持不變？

生：改變的是土壤有無植被覆蓋，其他條件不變。

師：鐵架臺放置礦泉水瓶噴壺，它起到什么作用？

生：降雨的高度不同對土地侵蝕的影響不同。用鐵架臺可以保持“降雨”的高度一致。

這樣的實驗設計不僅可以鍛煉學生的思維能力，還能夠培養其嚴謹的科學態度和實事求是的精神，提升科學素養和實踐能力。

四、探究研討，提升思維認知

科學實驗不僅是一個驗證學生猜想和獲取新知識的過程，更是一個促進學生思維發展的過程。在這個過程中，學生需要全神貫注地觀察實驗現象，深入比較、分析實驗數據，進行合理的推理和概括，挖掘出實驗現象背后的科學規律，從而得出科學的結論，建構出科學的模型。這些步驟都離不開他們的思維活動。

完成實驗后，筆者引導學生比較和交流有無植物覆蓋的兩個小山丘“降雨”后的變化：“當雨水降落到沒有植物覆蓋的小山丘時，有什么現象發生？當雨水降落到有植物覆蓋的小山丘時，又是什么現象？比較和交流兩組實驗所產生的徑流有什么區別，說明了什么。”在研討活動中，學生基于已有的知識體系和經驗，對問題中的事實進行深度分析，進而提出合理的解釋思路：植被是土壤的天然保護屏障，植物的根系能使土地更為牢固，不易被雨水沖刷，樹葉能夠減輕雨水沖擊的力量，也能減少雨水對土地的侵蝕。

在這一過程中，學生對實驗中的各種現象、收集到的數據以及得到的結果進行細致、深入的觀察、比較和剖析，建立起證據與解釋之間的緊密聯系，并提出具有合理性的見解，進而將具體的實驗現象抽象化，理解實驗現象的本質。

五、拓展運用，促進思維遷移

《課程標準》指出，要以學生為主體進行教學設計，組織學生運用所學的知識和方法解決真實情境中的問題，實現應用與遷移，做到融會貫通。在具體的應用環節，我們需要有意識地引導學生嘗試將這些新知識與已經掌握的舊知識進行有效的融合，加深學生對知識的理解和記憶，增強學生的知識運用能力和解決問題的綜合能力。

在拓展應用環節，筆者把學生引到“如何重現黃土高原的綠水青山”的問題上：“我們剛才的科學探究發現了造成黃土高原地表侵蝕的主要因素。要讓黃土高原恢復成綠水青山，我們應該怎么做呢？”經歷了“植被對侵蝕的影響”的實驗探究后，學生深刻認識到植樹種草、保護生態環境的重要性，不約而同地想到“植樹種草”。而后，筆者提問：“在剛才的實驗中，我們發現了土地的坡度、土質的疏松也是影響水土流失的主要原因。根據黃土高原坡度大、土質疏松的特點，我們又要采取怎樣的措施呢？”在研討中，“修筑堤壩”“修建梯田”等舉措成了學生的共識。通過這種思維遷移的方式，學生進一步鞏固了植被對侵蝕地表的影響的知識，其實驗設計、分析提煉、發現規律、得出結論等技能得到提升，實現了思維的遷移和進階。

綜上所述，科學思維是科學探究活動的重要要素。在教學實踐過程中，教師應堅持以學生為中心的原則，通過創設情境、問題驅動、設計方案、探究研討及拓展運用多個教學環節，積極探索符合學生認知發展規律的教學設計與實施策略，有效促進學生的科學思維發展。

（作者單位：福建省永安市西門小學）