指向科學思維發展的結構化學習任務設計

三年級《月相變化的規律》是“太陽、地球和月球”單元中的一課，本單元旨在引導學生使用間接觀察和模擬實驗等方法來探索宇宙，立足于生活中常見天體，初步建立宇宙觀并以科學的眼光看問題，用科學的思維分析現象。本課是學生在二年級連續觀察和記錄月相之后，進一步整理排序并發現月相變化的周期性規律。學生在日常生活中觀察過月相，知曉月相會發生變化，但是對于月相與農歷日期之間的關聯并不明晰，也無法有意識地將觀察到的月相變化情況形成規律性的認知。

發展學生的科學思維是科學教育的核心內容?，F以《月相變化的規律》教學為例，分析如何在課堂教學中實現學生科學思維的發展。

一、趣玩游戲，激發積極思維

積極思維是激發認知沖突、自主建構和自我監控的原動力，教師要合理利用誘因讓學生卷入思維場域，進而激發他們學習科學的興趣。

教師應根據學生的年齡特征，設計難度適中的學習任務，讓他們感受到通過學習可以勝任該任務要求，進而產生學習需求和課堂歸屬感。三年級學生對于找規律有一定的經驗和基礎，教師可以設計“猜規律游戲”這一任務作為課前準備和思維熱身。學生通過“前三個動作”順利推測出“后三個動作”（如圖1），發散思維，對規律產生不同的猜測，并在成功挑戰規律游戲后提升解決問題的信心，意識到理性思維的重要性。

“猜規律游戲”雖然是趣味游戲，但是其本質是與月相變化情況具有較高類比度的“找規律”小游戲。該游戲能幫助學生構建關于規律的理性認識，為他們后續探尋月相變化的規律做鋪墊。

二、自主挑戰，展現思維過程

認知沖突和自主建構是由矛盾觸發到認知形成的過程，其中學生的思維發生不可見，教師要通過設定具體可視的學習任務，來展現學生的認知沖突和自主建構過程。

1.認知沖突

認知沖突是促進學生主動建構的“觸發器”，當他們的前概念無法解決新問題時，矛盾和沖突就會被引發，他們也會由此積極思考。觸發認知沖突主要包括如下幾種策略。

第一，設定已有知識無法解決的問題。當舊知識無法解決新問題時，會引發學生的認知沖突，促使他們主動學習可以解決新問題的知識、方法與技能。在首次進行“月相排隊”學習任務中，學生無法用已有知識解決“新月、弦月、滿月”的正確排序，因而需要進一步完善自己的認知。

第二，比較多種猜想的差別。在聚焦問題之后，學生會提出符合自我認知的多種猜想，為了驗證觀點，他們會尋找更多的證據。教師可借助學生二年級時觀察過的典型月相來幫助他們準確定義月相，完成常見月相的科學命名后，設置“給新月、弦月、滿月排序”這一挑戰任務，讓他們預測這幾個常見月相變化的過程，此時出現的6種猜想（如圖2），展現了學生之間對于同一問題的矛盾沖突。

第三，分析現象與內在規律的聯系。事物的內在規律往往會反映到與之相符的現象之中，但也存在現象看似與規律原理相悖的情形，此時便會引發思維沖突。新月、弦月、滿月三個常見月相，根據規律的漸變性，學生猜想亮面由多到少或者由少到多的情況比較多，然而他們根據已有認知認為月相的亮面存在由少變多再變少，或者由多變少再變多的情況?，F象與內在規律歸納結果相悖時，他們會深入思考月相變化的內在規律。

2.自主建構

自主建構是學生通過探究實踐獲取新證據，然后將新問題、新現象、新概念等信息有機整合，完成有意義的認知建構。自主學習和合作學習是學生完成自主建構的兩大策略。

第一，自主學習。教師應鼓勵學生選擇自己感興趣的問題、假說、現象等，通過自主探究實踐、獲取證據、分析論證等方式，積極主動地完成有意義的自主建構。“我們的月相圖”這一學習任務，以月相的多米諾骨牌游戲為思維展示框架，設置了挑戰任務“收納上、下半月的月相骨牌”，要求學生對整個月的月相進行排序（采用上下半月分開的形式），并由此初步建構月相的周期性變化模型。

第二，合作學習。合作學習指在自主建構過程中的人際協作，如教師為學生搭建支架、提供線索，學生間的人員分工、思維互動等。在完成月相圖模型的首次建構之后，學生通過師生交流、生生合作，完成對應的月相骨牌命名以及骨牌總量可以只設定29塊的合理性研討（如圖3）。

思維的發展并非跳躍性的，需要借助一定的支架。三年級學生無法將月相與具體的農歷日期相對應，也無法跳躍性地整理出月相變化的規律。在幫助學生自主探尋月相變化的規律時，教師提供思維支架，采用上下半月的月相分開排序、在收納盒中標注農歷日期、提供一整個月漸變式的月相骨牌等方式，使之順利完成農歷小月的月相排序。

三、自我復盤，厘清思維漏洞

在學習過程中不斷地進行自我復盤，是思維發展的持續動力。通過自我復盤，學生可以及時厘清自主建構后依舊存在的思維漏洞，而后在修復思維漏洞過程中，讓思維升級迭代。分析原因和歸類總結是自我復盤的兩大策略。

1.分析原因

當結果與目標出現偏差時，學生需要及時回顧整個實踐過程經歷的事件，分析產生該結果的原因。教師設計了“打亂重排”這一學習任務，讓學生重排月相圖，此時出現了兩種不同的排列方式（如圖4），以期幫助他們發現建構模型時存在的漏洞。很快，學生通過分析原因發現，第一次進行模型建構時，并沒有以事實經驗為基礎，只是簡單地按規律排列。此時，他們需要尋求月相變化規律的事實性證據，提出一整個月的觀察記錄、查閱資料、模擬實驗等方法。

2.歸類總結

因天體系統的特殊性，為了盡可能真實地呈現一個月內月相變化的情況，在模型修正環節，教師采用3D全息投影技術模擬呈現月相變化的過程（如圖5）。學生沉浸式地觀察一個月內月相的變化，完成月相圖的修正，通過“猜想—建模—證據—修正”完善認知。他們歷經整個環節，歸類總結經驗教訓，掌握該類研究問題的解決策略，獲得“學一課、通一類”的學習能力。

四、應用遷移，深化教育內涵

將建構的新認知加以應用遷移，是進一步深化思維的途徑。在真實情境中學習的思維方法、知識概念、價值態度，應用在不同的活動領域中解決現實問題，可以提高創造思維能力，深化教育內涵。

現實問題往往是基于真實需求的，將課堂所學應用遷移至現實問題的解決，往往會產生物化的成果。本課設計了使用黑白兩色的超輕黏土和空白徽章獨立制作自己的生日月相徽章這一學習任務（如圖6），使學生實現了知識的應用遷移，他們佩戴生日月相徽章按照農歷生日日期逆時針圍成一圈，再次將月相變化模型具象化，強化他們對月相變化規律的再認知。

在某一學科中學習的知識、技能、方法，可以應用遷移到其他學科甚至生產創造中。本課的課后拓展學習任務“用身邊的材料為媽媽制作一個生日徽章”，引導學生尋找創意與實用兼并的月相徽章制作材料，發展他們的創造性思維，融入了感恩母愛教育，深化了科學教育內涵。

五、統籌安排，精心設計任務

本課首先以“規律游戲”這一學習任務為切入口，讓學生從科學視角對客觀事物的內在規律形成一定的認識，激發思維的活躍度。接著，通過“給月相排序”這一學習任務，引發學生的認知沖突，再利用“月相建?！边@一學習任務，讓他們將月相變化的規律具象化。然后，設計“月相重排”這一進階學習任務，讓學生自我復盤，發現思維漏洞，并通過“修正月相圖”這一學習任務，采用全息投影技術進行規律驗證環節，讓他們修正月相圖。最后，通過“月相徽章”這一學習任務，讓學生以完善的月相圖和其他材料制作出屬于自己的月相徽章，且能用身邊的材料為媽媽制作生日徽章，深化科學思維的同時體現了科學課的育人價值。

結構化的學習任務設計對學生科學思維的發展有著重要作用，教師要把握以下特征：

一是任務驅動性。任務難度適中，既不能讓學生輕易完成，也不能讓他們無法完成。學生需清晰地了解每一個任務所需達成的目標，尤其是活動的各個階段所對應的核心目標，要使他們在任務的驅動下自主學習、合作探究、主動建構，讓思維活躍于整個活動場域。

二是任務真實性。任務情境真實，可以有效聯結學生已有的知識和經驗，為他們提供思維所必需的場域圖景和邏輯框架，同時通過真實任務的觸發，讓他們在學習過程中始終具有內驅力，用積極的情緒調動積極的思維。

三是任務聯結性。任務聯結進階，以教學目標為導向，將總目標分解為系列小目標，每個小目標對應一個或多個子任務，而這些子任務又呈結構性地聯結成完整的任務鏈。

四是任務產品化。物化產品呈現，可以借助結構化的材料，將學生內隱的思維過程外顯。教師要為學生提供實物支架，通過產品化的思維成果使科學探究更加高效。

（作者單位：方立安，浙江省淳安縣教育發展研究中心；方潔飛，浙江省淳安縣臨岐鎮中心小學）

參考文獻

［1］胡衛平，郭習佩，季鑫，等.思維型科學探究教學的理論建構[J].課程·教材·教法，2021（06）.

［2］陳懋.基于科學思維培養的初中科學“思考與討論”［J］．中學物理，2023（06）．