基于思維型教學理論設計《撬重物的學問》

〔摘" "要〕" 《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確指出，科學思維作為科學核心素養(yǎng)的關鍵，是一種基于科學視角認知客觀事物本質屬性、內在規(guī)律及其相互關系的思維方式。這些要素不僅構成了學生思維形成關鍵能力，同時具有跨學科遷移應用的作用。基于此，思維型科學課堂以思維型探究教學為核心理念，強調在真實情境中培養(yǎng)學生的科學思維能力。具體而言，該教學模式引導學生主動發(fā)現現實情境中的問題，并圍繞問題提出合理假設。通過系統(tǒng)化的探究過程促進學生科學思維的全面發(fā)展。現以《撬重物的學問》一課教學為例，談談構建思維型科學課堂的實踐與思考。

〔關鍵詞〕" 小學科學；思維型教學；思維進階；核心素養(yǎng)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）16" " 0031-03

《撬重物的學問》是蘇教版科學五年級下冊第13課，本教學設計共分為兩個課時進行教學。本文著重以第一課時為例闡述思維型教學在實際教學中的實踐與思考。本教學設計共設置了三個教學環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)：情境導入將原課文最后關于阿基米德的介紹前移，通過討論阿基米德的名言是否正確引發(fā)學生質疑，從而引出本文的課題。第二環(huán)節(jié)：通過四個進階式的演示實驗，讓學生產生對平衡問題的質疑和探究。第三環(huán)節(jié)：首先引導學生認識平衡尺的結構特點，隨后鼓勵學生自主設計實驗方案，并通過實踐不斷完善，得出撬重物的關鍵所在。這一過程著重培養(yǎng)學生的實驗設計能力和科學探究精神。

一、通過進階式的設計讓學生產生認知沖突，促進學生主動進行思考與探索

在教學中，通過精心設計從而引發(fā)學生的認知沖突，至關重要。這不僅能激發(fā)學生的學習動機，還能促使他們進行積極思維。而積極思維的前提是擁有一個良好的思維環(huán)境。通過精心設計的認知沖突，學生能夠更好地理解科學知識及其應用規(guī)范，從而提高學習興趣，并主動參與到科學探究中。因此，在科學探究教學中，教師應注重問題和活動的創(chuàng)設，引發(fā)學生的認知沖突，并激發(fā)其更積極主動地思考。本課教學設計并沒有從課本的活動設計著手，而是對整個課程活動內容重新進行了編輯和整合，基于思維型教學的情況和學生的學情，創(chuàng)設了能夠引起學生認知沖突的教學內容。

課前導入通過阿基米德撬動地球的動畫喚醒學生的前認知記憶，問學生知不知道這是誰？他說了哪一句關于這個圖片的名言，名言是真的嗎？能做到嗎？這一連串的設問既可以了解學生的前認知水平，通過追問能不能真的做到又可以讓學生產生真實的認知沖突，進而說明阿基米德是把地球比作重物而引出課題。

演示活動一：讓學生嘗試用一根手指托起一把直尺并保持平衡。學生通過嘗試可以找出托起直尺的方法就是把手指放在直尺的中間，從而得出要保持平衡就是得讓直尺左右兩邊長度一樣的結論。然后進行第二個活動，讓學生托起一把羊角錘，這個活動就把學生剛剛建立的平衡因素打破了，產生了認知沖突。整合兩個活動之后學生建立的新的平衡關系的概念是：平衡和重量有關系。活動三馬上出示一根中間由細線拴住并保持平衡的胡蘿卜，學生根據前一個認知會認為切開的胡蘿卜重量是一樣的，而實際稱量發(fā)現左右兩邊的胡蘿卜重量并不相等。這時，學生剛剛建立的認知又一次被打破，就會產生強烈的認知沖突，從而對接下來的活動產生強烈的求知欲。最后出示一個在支點左側10厘米處懸掛了三個鉤碼，而在右側20厘米處懸掛了兩個鉤碼的平衡尺，問：兩個鉤碼為什么能撬起三個鉤碼？重量輕的鉤碼為什么反而能撬起更重的鉤碼？接下來的活動就可以圍繞平衡尺來展開研究。

建構能夠引發(fā)學生認知沖突的學習環(huán)境，是激發(fā)其自主學習動機的有效途徑。縱觀教育理論發(fā)展史，從實用主義教育思想的萌芽到建構主義理論的盛行，無不強調學習者在知識探索過程中主動建構個人認知體系的重要性。因此，精心設計能夠引發(fā)認知沖突的學習環(huán)境，不僅能夠促進學生對知識的深度理解，更能培養(yǎng)其自主探究的學習能力。本節(jié)課通過前三個教學活動，從用直尺讓學生建立平衡和長度有關的認知，到又利用羊角錘打破原有的認知，變成平衡和重量有關；緊接著出示一個平衡的胡蘿卜，又打破了剛剛建立的平衡與重量有關的認知。這一而再再而三的認知沖突，就充分激發(fā)了學生的學習興趣和進一步探究的欲望。

二、設置環(huán)環(huán)相扣的學生活動進階，提高學生科學思維的模型建構能力

教材是教學的基本框架和思路載體，教師應當創(chuàng)造性地加以運用。雖然教材原設計是通過探究平衡尺原理直接揭示杠桿平衡規(guī)律，但為了更好地突破學生對省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿的認知難點，我對教學活動進行了優(yōu)化設計。具體而言，我沒有直接引入杠桿概念，而是設計了三個循序漸進的平衡探究活動，從平衡現象逐步過渡到撬動原理這一關鍵點。這種設計，旨在讓學生在實踐活動中自主發(fā)現杠桿的工作原理，實現知識的自主建構。

為了能夠更好地讓學生完成自主建構，就要基于學生的年齡特點和心理特點，搭好學習的“腳手架”。因此，本課接下來安排了三個學生活動。學生活動一是從不平衡中找平衡：在已經組裝好了的平衡尺左側固定放兩個鉤碼，探究右側放幾個鉤碼可以讓平衡尺保持平衡（圖1）。學生通過實驗，很容易就會找到讓平衡尺保持平衡的秘密是L左×M左=L右×M右。

學生活動二是比一比誰力氣大（圖2），利用平衡尺的原理找找撬重物的秘密。學生通過實驗活動，就會得出結論：最多可以撬起3個鉤碼（圖3）。

接下來開展學生活動三：讓學生突破極限，可以嘗試通過改裝平衡尺而撬起更多的鉤碼（圖4）。在此活動中，如果學生沒有及時找出移動支點的方法，教師可在實驗指導過程中適當加以提示（圖5））。

三個學生活動環(huán)環(huán)相扣。先通過研究平衡尺找到平衡尺平衡的秘密；通過第二個活動讓學生能夠建立撬的過程，讓學生建構撬重物的模型；再通過讓學生打破前模型形成的新的模型，進而理解杠桿的特點。通過精心設計的三個遞進式探究活動，學生對杠桿原理的理解達到了新的高度。這種循序漸進的教學設計，使學生能夠自然而然地掌握杠桿的工作原理，為后續(xù)深入理解杠桿特性奠定了堅實基礎。在科學探究實踐中，靈活運用自主學習與合作學習相結合的方式，為學生的知識建構提供了有力支持。科學探究本質上是學習者主動為知識賦予意義的過程，這就要求教學活動設計必須體現層次性和遞進性。通過設計由淺入深、環(huán)環(huán)相扣的探究活動，引導學生逐步深入理解科學概念，培養(yǎng)其科學思維能力和探究精神。

三、以問題串為導向進行教學設計，引導學生自主思考形成高階思維

整個教學過程呈現出前后呼應、層層遞進的特點。問題一：平衡與什么有關？又通過三個演示活動，追問平衡到底與什么有關？問題二：不改裝平衡尺，1"個鉤碼最多能撬起幾個鉤碼？進而過渡到問題三：如果可以改裝平衡尺，怎樣能夠撬起更多鉤碼？整節(jié)課的活動都是同一個問題的進階過程，是不斷地打破認知又建立新認知的過程，讓學生形成了更高的思維進階。在學生活動一中，學生通過分析實驗數據揭示平衡尺的奧秘，這一過程充分運用了數學思維，培養(yǎng)了學生的分析推理能力。另外，教學設計的思路是從簡單到復雜、從單一到多元逐步展開：初始階段，通過討論阿基米德的故事激活學生的已有認知；隨后，在直尺和羊角錘實驗中，學生的思考聚焦于單一變量（長度或重量）；接下來，在后續(xù)的學生活動中讓學生知道，需要同時考慮長度和重量兩個因素。到了學生活動二，雖然支點固定且仍涉及長度和重量兩個變量，但學生的思考維度已超越簡單的公式關系，目標轉向繼續(xù)打破原有的認知、探索如何撬動更多重物。而在最終的環(huán)節(jié)，要求學生不僅打破平衡，還需調整支點位置。在這整個過程中，不僅需要學生應用科學思維，更融入了工程思維的要素。

學生認知結構的自我調適往往始于其意識到自身認知沖突的存在，這種沖突意識是推動學生主動進行思維重構的關鍵驅動力。思維型教學理論強調學生應能夠對所學知識和方法進行一定的概括和總結，這樣才可以促進對知識的深入理解和鞏固。實踐證明，思維型教學模式在小學科學教學中具有顯著的效果。該教學模式通過引導學生主動思考、深入探索和系統(tǒng)解決問題，有效地增強了學生的創(chuàng)造力、批判性思維和問題解決能力。因此，教師應在小學科學教學中大力推行思維型教學模式，讓學生獲得富有價值且充實的科學學習體驗。

參考文獻

[1]胡衛(wèi)平.為培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才創(chuàng)建高質量義務教育科學課程[J].全球教育展望，2022（6）：67-74.

[2]李旭仁.淺談思維型教學模式在小學科學教學中的應用[J].國家通用語言文字教學與研究，2023（8）：154-155，161.

[3]胡衛(wèi)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（6）：123-129