基于真實情境的科學(xué)高階學(xué)習(xí)活動設(shè)計
——以教科版科學(xué)教材四年級上冊第三單元《運(yùn)動的小車》的教學(xué)為例

浙江玉環(huán)市干江中心小學(xué)（317610） 沈馬平

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下簡稱“科學(xué)新課標(biāo)”）確立科學(xué)課程核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等四個方面，其中科學(xué)思維是核心和關(guān)鍵。因此，在科學(xué)思維上做“加法”是不二之選。“思維+”的意義就是要求科學(xué)教師注重訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生的思維逐步向高階思維發(fā)展。高階思維是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)知能力，是高階能力的核心，主要指創(chuàng)新能力、問題求解能力、決策能力等。高階學(xué)習(xí)活動就是以學(xué)生的高階思維參與為主，指向高階思維能力發(fā)展的學(xué)習(xí)活動，是助力學(xué)生深度學(xué)習(xí)、發(fā)展核心素養(yǎng)的一種重要途徑。

那么，如何設(shè)計高階學(xué)習(xí)活動呢？可以將課程內(nèi)容進(jìn)行提煉，融入具體而真實的學(xué)習(xí)情境之中。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指出，在真實的情境中學(xué)習(xí)，能使學(xué)生在情境中認(rèn)識事物的全貌，并能結(jié)合自身經(jīng)驗對事物中所蘊(yùn)含的知識進(jìn)行同化，生成新經(jīng)驗。下面，筆者以教科版科學(xué)教材四年級上冊第三單元第6 課《運(yùn)動的小車》的教學(xué)為例，闡述如何立足真實情境，設(shè)計高階學(xué)習(xí)活動，逐步訓(xùn)練學(xué)生的高階思維。

一、研究真實問題，喚醒思維，展開“解釋—分析”學(xué)習(xí)活動

在設(shè)計教學(xué)時，教師要先通過談話、問卷等方式了解學(xué)生已經(jīng)掌握的知識、方法及思維發(fā)展水平，再認(rèn)真研究教材，探索新知和舊知之間的關(guān)聯(lián)。四年級學(xué)生在完成《運(yùn)動和力》單元第一課時至第五課時的學(xué)習(xí)任務(wù)后，已經(jīng)對“運(yùn)動”的概念有了一定的認(rèn)識。《運(yùn)動的小車》將“運(yùn)動”上升至“能量”的視角，而“能量”相較于四年級學(xué)生來說是一個較為抽象的概念。鑒于本課教學(xué)內(nèi)容的抽象性，學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)必須從具體的真實問題情境出發(fā)。在導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，筆者播放了一段去年我市夏天刮臺風(fēng)的真實視頻，并提出三個連續(xù)性的問題。

問題1：你能描述自己經(jīng)歷的臺風(fēng)嗎？

問題2：在這個視頻中，哪些物體在運(yùn)動？

問題3：這些運(yùn)動的物體都做了什么？用“運(yùn)動的×××能把×××怎么樣”的句式回答問題。

問題1 的設(shè)計是為了喚醒學(xué)生已有的認(rèn)知和經(jīng)驗，學(xué)生會出現(xiàn)“會掀起很高的海浪”“花草樹木被刮倒”等回答。問題2 重在建立單元知識間的聯(lián)系，讓學(xué)生用科學(xué)的語言和科學(xué)的思維描述視頻中的運(yùn)動場景，將學(xué)生的注意力聚焦在運(yùn)動的物體上，與前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)相呼應(yīng)。問題3 著力打通新知和舊知的聯(lián)系通道，引導(dǎo)學(xué)生分析和研判運(yùn)動的物體都有哪些“本領(lǐng)”或“能力”。學(xué)生可能會回答“風(fēng)能把自行車吹倒”“運(yùn)動的電線桿能把車子壓壞”等，初步建構(gòu)“能量”的認(rèn)知。隨后，筆者給每一組分發(fā)學(xué)具小車，讓學(xué)生在課堂中親身感受、對比靜止的小車和運(yùn)動的小車的特點。

教學(xué)片段：感受運(yùn)動和靜止的小車

師：用手觸摸運(yùn)動的小車和靜止的小車后，你有什么感覺？

生1：觸摸靜止的小車，手沒什么感覺，而觸摸運(yùn)動的小車，手有點疼。

師：你們還有其他的發(fā)現(xiàn)嗎？

生2：我發(fā)現(xiàn)先用力推小車，再用手去感受，手會更疼一些，而當(dāng)小車慢慢運(yùn)動時，手沒有那么疼。

師：為什么運(yùn)動的小車會弄疼我們的手？為什么小車的速度越快，手越疼？

……

在這個環(huán)節(jié)中，筆者同樣設(shè)計了兩個基于真實操作任務(wù)的問題。

問題4：為什么運(yùn)動的小車會弄疼我們的手？

問題5：為什么小車的速度越快，手越疼？

問題4 意在引導(dǎo)學(xué)生以“能量”的視角進(jìn)行科學(xué)解釋，使學(xué)生明白運(yùn)動和靜止的本質(zhì)區(qū)別，初步認(rèn)識到運(yùn)動的物體都有一種“能力”或“本領(lǐng)”。隨后，教師讓學(xué)生列舉生活中遇到的“運(yùn)動的物體具有能量”的例子，以鞏固、拓展、延伸“能量”的科學(xué)概念，使學(xué)生初步認(rèn)識到能量是一切運(yùn)動著的物質(zhì)的共同特征。問題4起到承上的作用。問題5則指向接下來的科學(xué)探究活動的主題——“速度越快，能量越強(qiáng)”，發(fā)揮啟下的作用。

這種基于真實的問題情境，能有效建構(gòu)生活世界和科學(xué)世界之間的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的主體意識和學(xué)習(xí)動機(jī)。學(xué)生在真實的問題情境中展開“解釋—分析”活動，在操作和辨析中引發(fā)深層次思考，探尋內(nèi)在聯(lián)系，真正習(xí)得知識。

二、開展真實探究，解碼思維，引領(lǐng)“建構(gòu)—創(chuàng)造”學(xué)習(xí)活動

在科學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，先決條件就是要讓學(xué)生主動參與到科學(xué)學(xué)習(xí)活動中。學(xué)生只有對科學(xué)課的內(nèi)容感興趣，才會全身心地投入科學(xué)探究和實踐中。因此，教師要精心設(shè)計課堂學(xué)習(xí)活動，立足主題式、真實性的探究活動，鼓勵學(xué)生開展自主探究，用科學(xué)的思維建構(gòu)科學(xué)觀念，并將探究所獲得的科學(xué)知識和能力進(jìn)行遷移，創(chuàng)造性地解決真實的問題。如《運(yùn)動的小車》指向的概念是“運(yùn)動的物體速度越快，其能量也越強(qiáng)”，教材設(shè)置了兩個探究活動，分別是敲擊實驗和撞擊實驗。在實際教學(xué)時，考慮到之前已經(jīng)讓學(xué)生用學(xué)具小車進(jìn)行簡單的運(yùn)動操作，筆者順勢將撞擊實驗調(diào)整為第一個探究活動。

教學(xué)片段：撞擊實驗

師：小車運(yùn)動速度快慢和能量之間有什么關(guān)系呢？有一個小組在設(shè)計實驗時遇到了一點小困難，你們能告訴這個小組怎么設(shè)計實驗嗎？

生1：可以用不同的速度撞擊木塊，看看木塊被撞得多遠(yuǎn)。

師：怎么設(shè)置不同的速度呢？

生2：可以把小車放在斜坡上。在不同斜度的斜坡上，小車滑下來的速度也不一樣。

師：小車從不同坡度滑下來時，我們能否用力推動小車？

生3：不可以。

師：為什么？

生4：如果用力推小車的話，小車的速度就會不一樣，影響實驗的準(zhǔn)確性。

師：木塊滑動的距離怎么測量？

生5：先畫出一個起點，木塊被撞后，再畫出終點，就可以量出距離了。

……

埃德加·戴爾的“學(xué)習(xí)金字塔”概念指出，學(xué)生在主動中親身參與實踐，并將所學(xué)知識傳授給他人是學(xué)習(xí)效果最好的學(xué)習(xí)方式。基于此，筆者設(shè)計了“教一教其他小組如何設(shè)計實驗”這一驅(qū)動性任務(wù)，通過小組討論，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，為后續(xù)開展探究做好準(zhǔn)備。

在實驗教學(xué)中，如何既讓學(xué)生的思維飛躍，又使教學(xué)比較順利地開展呢？很多教師在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，材料的選擇直接影響實驗探究的結(jié)果。因此，在開展第二個探究活動敲擊實驗時，筆者進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，即在音叉旁邊增加一個乒乓球，讓學(xué)生用不同的力度敲擊音叉，用眼睛看乒乓球的運(yùn)動幅度，用耳朵聽音叉發(fā)出的聲音，用手感受音叉的振動并記錄在實驗記錄單上（見表1）。這個實驗通過多種感官體驗，加深了學(xué)生速度快慢和能量大小之間的關(guān)系的理解。

表1 “敲擊音叉”實驗記錄單

在對探究活動進(jìn)行設(shè)計時，筆者緊緊圍繞“運(yùn)動的物體速度越快，具有的能量就越強(qiáng)”這一論述，開展真實情境下的科學(xué)探究，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考、大膽質(zhì)疑、科學(xué)推理。同時，基于學(xué)生的生活經(jīng)驗，給予學(xué)生充足的時間和空間，確保學(xué)生合作探究的完整性和深刻性，從而實現(xiàn)對知識的深度建構(gòu)。

三、優(yōu)化真實對話，觸發(fā)思維，進(jìn)行“遷移—應(yīng)用”學(xué)習(xí)活動

科學(xué)新課標(biāo)對3～4 年級學(xué)生的表達(dá)能力提出了具體的培養(yǎng)目標(biāo)（見表2）。小學(xué)科學(xué)課中的表達(dá)交流是學(xué)生親身進(jìn)行科學(xué)探究，在得出結(jié)論、形成個人觀點之后，對自己的探究過程與結(jié)果進(jìn)行反思、梳理、監(jiān)控的過程，表達(dá)本身就是思維的外顯。

表2 科學(xué)新課標(biāo)對3～4年級學(xué)生表達(dá)能力的培養(yǎng)目標(biāo)

在《運(yùn)動的小車》一課中，筆者一如既往地關(guān)注學(xué)生的表達(dá)和交流，并通過以下句式為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)支架。

我對×××進(jìn)行了探究，我的探究步驟是：

1._____________________________________

2._____________________________________

通過探究，我發(fā)現(xiàn)：_________；我的結(jié)論：______。

我的匯報完畢，大家有不同意見或要補(bǔ)充的嗎？

學(xué)生在交流中主動征求同伴的建議，積極表明與他人交流的意愿，生生之間展開辨析、研討、質(zhì)疑等，形成了真正意義上的深層次對話，而此時教師則是課堂的組織者和引導(dǎo)者。這種不斷接近科學(xué)真相的啟發(fā)式和對話式教學(xué)，可以讓學(xué)生對科學(xué)探究過程、方法、結(jié)論進(jìn)行不斷的反思和交流，對所掌握的知識和方法進(jìn)行完善。在對話交流中，教師要構(gòu)建“容”錯（允許學(xué)生犯錯）、“榮”錯（學(xué)生不以犯錯為恥）、“融”錯（將學(xué)生的錯誤當(dāng)成教學(xué)資源）的課堂，營造寬松、愉悅的學(xué)習(xí)氛圍。

隨后，筆者通過“這個實驗結(jié)論，對你的生活有什么啟發(fā)”這一點睛之問，將學(xué)生的關(guān)注點聚焦在生活中的真實情境。由于這節(jié)課的重點研究工具是小車，所以學(xué)生的思維會停留在“開車的時候不能超速”“開車要注意安全”等層面上。為了突破這一思維定式，筆者利用課件展示四種變式情境，讓學(xué)生展開討論。這四種情境與學(xué)生的生活息息相關(guān)，尤其是校園內(nèi)的限速標(biāo)牌和樓梯處的溫馨提示，可引導(dǎo)學(xué)生從能量的角度重新審視周圍的事物，適時滲透安全教育。而對“禁止高空拋物”的提示語則可以從重力勢能轉(zhuǎn)化為動能的角度，剖析能量可以相互轉(zhuǎn)化，但考慮到四年級學(xué)生的認(rèn)知水平，這個知識點只需要稍微點撥一下即可。通過對《聲音》單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解到聲音是由物體振動產(chǎn)生的。因此，對讀書發(fā)聲的情境，教師可從能量的角度來解釋聲音，如從“聲帶的振動具有能量，有了能量，才能發(fā)聲”“如果好幾天沒吃飯，就沒有力氣讀書”指向“任何物體工作都需要能量”“食物中也有能量”，讓學(xué)生深刻體會到能量無處不在，并以各種形式存在于生活中。

反思遷移能力的提升表現(xiàn)在真實的情境中，學(xué)生能根據(jù)已掌握的科學(xué)觀念對真實問題進(jìn)行邏輯推理和論證，從而得出正確的結(jié)論或判斷。這需要教師積極為學(xué)生創(chuàng)造條件，鼓勵學(xué)生通過協(xié)商對話、真實對話，解釋真實現(xiàn)象和解決真實問題。

真實情境是貼近學(xué)生生活和經(jīng)驗的教育場，基于真實情境的教學(xué)設(shè)計，能夠提升學(xué)生的高階思維能力。在教學(xué)設(shè)計和實施過程中，教師要努力加強(qiáng)知識學(xué)習(xí)與學(xué)生經(jīng)驗、現(xiàn)實生活、社會實踐的聯(lián)系，不斷深挖真實生活與教材中的情境案例，捕捉生活中的問題，盡可能發(fā)展學(xué)生的思維能力，從而實現(xiàn)提高學(xué)生高階思維能力的目標(biāo)。