基于學習進階的“熱”單元思維型教學

〔摘" "要〕" 基于《義務教育科學課程標準（2022年版）》對核心素養的要求，探討了學習進階理論在思維型教學中的應用。通過對學生思維發展的逐級分析，明確了學生從經驗層到整合層的遞進路徑，闡述了如何通過思維型教學促進學生科學思維的層次化發展。在教學實踐中，對單元的思維目標做進階分析，結合探究活動，可以幫助學生在實踐中逐步從感性認識過渡到理性思維，實現從基礎知識到創新能力的提升。

〔關鍵詞〕" 小學科學；學習進階；思維型教學；教學實踐

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）19" " 0043-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）將科學思維列為四大核心素養之一，即學生在理解和應用科學知識的過程中，逐步發展出的系統性、邏輯性、批判性和創造性思維能力。科學思維的培養不僅能促進學生對概念的理解，更能提升學生解決復雜問題的能力。

一、明確學習進階的內涵

郭玉英等學者認為，學習進階是學生思維逐級深化、依次進階的過程，是在特定時間范圍內對某一主題的學習不斷推進。學習進階可為課堂設計提供明確的指導，使教學活動從低階的知識掌握到高階的思維能力培養逐步推進，學生不僅能掌握核心概念，還能培養出批判性、創新性等高階思維能力。

二、思維型教學實踐中的學習進階應用

（一）研究背景與問題的提出

思維型教學的核心在于不僅培養學生的知識掌握能力，更重要的是關注對其思維過程的培養，促進其思維層次逐步提升。而在現實中，教師面臨諸多挑戰：第一，隱性化的思維教學目標和缺乏結構化的思維引導，導致學生思維停留在低階，難以向高階思維過渡，思維的拓展受到限制，無法有效激發其創新性和批判性思維。第二，思維型教學理論為培養學生高階思維提供了框架，但實際運用仍是難題，教師缺乏系統的思維引導策略，難以促進學生思維的發展。學習進階理論提供解決這些教學難題的可能路徑。學習進階理論強調學生思維從低階到高階的逐步過渡，認為學生的認知能力是一個層層遞進的過程，需要在不同的學習階段設定相應的思維目標，確保學生能夠逐步理解、應用、分析并創新。

（二）基于學習進階的思維型教學實踐

1.單元設標，思維層級分析

依據北師大郭玉英團隊制定的科學概念發展的五個層級，即經驗、映射、關聯、系統和整合，對單元核心概念科學思維發展做進階分析。思維進階起點（即經驗層）是學生在學習科學概念前的認知基礎上原有的思維方式和思維能力，通過前概念調查和學情分析確定。思維進階終點（整合層）是學生在對概念理解達到最高水平的同時，形成的對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式的能力水平。參考新課標對該學段的科學思維目標，通過進階分析，將思維層級顯性化，以思維目標來設置學習任務，促進學生自主建構概念，發展思維能力。在單元思維進階分析的框架下，每節課的教學都圍繞思維發展路徑展開，確保學生能從初步的感性認識逐漸過渡到更高層次的抽象推理和創新思維。以教科版科學五年級下冊“熱”單元為例。

經驗層。學生通過觀察和實驗積累感性認識，通過直觀現象了解基礎科學概念。

【案例】觀察水的三態變化，記錄不同溫度下水的狀態變化，分析溫度和熱量對水的狀態的影響。

設計意圖：通過簡單的實驗，學生能積累直接經驗，逐步培養觀察力和感性認識，為更深層次的學習打下基礎。

思維進階路線：模型建構——在教師引導下，通過分析、比較等思維方法，研究熱量、溫度對水的形態變化的影響。推理論證——在教師引導下，設計實驗，證明水溫高低跟水蒸發快慢的關系。創新思維——對于所探究的問題，能提出不同角度的觀點。

映射層。學生連接現象和科學概念，通過實驗和討論，逐步理解不同現象之間的內在關系，并嘗試用簡單理論解釋。

【案例】使用溫度計測量不同溫度水混合后的溫度變化，探討熱量從高溫水傳遞到低溫水的過程。

設計意圖：在教師引導下，學生推測并通過實驗收集證據，并用基本科學原理來解釋，從不同溫度的水之間的熱傳遞進而解釋水與周圍環境的熱傳遞，逐步更系統地形成對熱平衡的科學理解。此階段重在建立學生對現象背后理論的映射能力。

思維進階路線：模型建構——在教師引導下，理解不同溫度的水接觸后變化的過程，初步構建熱平衡模型。推理論證——根據問題提出有支撐性證據的假設，設計簡單的實驗。創新思維——對于所探究的問題，能提出不同角度的觀點。

關聯層。學生通過設計實驗和推理，聯系多個現象或概念，理解事物間的內在關系，構建較為系統的科學理解。

【案例】設計實驗，觀察和探究熱在金屬與水中的傳遞方向和方式。

設計意圖：在教師指導下，學生通過對熱在金屬與水中傳遞的研究，理解所有的熱傳遞方向都是從高溫傳向低溫的。選擇多種金屬作為固體的代表，將水作為流體的代表，從而形成對在固體和流體中的熱傳遞現象的全面理解。通過實驗數據的對比和分析，學生不僅能夠識別不同材料的熱傳遞特性，還能學習如何將不同概念、實驗結果與現象關聯，逐步建立起系統的科學認知。

思維進階路線：模型建構——通過思維方法，理解熱在金屬與水中傳遞的過程，構建模型，解釋相關的熱傳遞現象。推理論證——建立證據與觀點的聯系，形成熱在金屬與水中傳遞變化過程的圖景，歸納熱傳遞規律。創新思維——對于所探究的問題，能提出不同角度的觀點。

系統層。學生能夠將多個科學概念系統地結合起來，并能夠形成自己的科學模型或解決方案，思維更全面，能夠綜合考慮各類因素，分析復雜的科學問題。

【案例】選擇不同材料（如泡沫、金屬、玻璃等），測試熱傳遞速度，并分析相關生活事例。

設計意圖：學生不僅要理解熱傳遞的基本原理，還要能設計實驗測試不同材料的傳熱特性。通過這一探究活動，學生可以將熱傳遞原理與實際問題結合，培養綜合思維能力和創造力。

思維進階路線：模型建構——理解并運用熱傳遞模型，通過實驗完善不同材料的熱傳遞模型，進而解釋生活中更多的事例。推理論證——設計探究不同材料傳熱性的對比實驗，收集數據論證自己的觀點。創新思維——從實驗情境遷移到生活情境，解釋生活中不同的事例。

整合層。學生能夠將多個學科的知識進行跨學科整合，理解復雜的多維度問題，綜合運用所學知識設計創新性的解決方案。

【案例】利用熱傳遞的性質和生活材料，創造性地設計并制作一個保溫杯。

設計意圖：旨在幫助學生將所學知識進行跨學科整合，從而理解并解決更復雜的實際問題。學生不僅要運用物質的結構與性質和工程設計與物化等學科核心概念，還可以加深結構與功能和系統與模型的跨學科概念。

思維進階路線：模型建構——利用熱傳遞模型，解釋與保溫杯相關的熱傳遞現象。推理論證——比較全面地分析與設計保溫杯相關的各種影響因素。創新思維——基于事物的熱傳遞性質展開想象，進行初步的創意設計，并制作模型表達創意。

2.課堂啟智，教學逐階精研

思維型教學理論提出，課堂教學應體現認知沖突、自主建構、自我監控、應用遷移。教師設計前需深入剖析活動背后的思維導向與層次架構，洞察學生的認知路徑，從而定制思維引導策略。

認知沖突。激發思維，引導學生從具象感性認識轉到抽象理性思維。設計內容：教師演示“金魚不怕沸水”實驗——試管上方的水都沸騰了，在試管下方的金魚卻自如游動，難道金魚不怕熱嗎？思維活動：觀察金魚還在水中游以及水面沸騰的現象，推理得到水面溫度高和水底溫度低的結論，激活思維和探究欲。思維進階分析：學生明確水加熱后的變化和熱量傳遞方式與金屬截然不同，思維開始從“簡單現象的觀察”向“深入分析問題的本質”轉變。

自主建構。幫助學生自主建構新知識，在探索中積累經驗，逐步形成認識。設計內容：教師提供結構性材料（如感溫粉末、變溫貼紙、熱傳感器、木屑、水、回型管等）作為思維支架，引導學生設計實驗，獲得證據證明推測。思維活動：將看不見的溫度變化轉化為可觀測的現象，從而獲得可以證明觀點的事實性證據，用多種方法證明熱傳遞的方向和方式。思維進階分析：學生從實驗觀察向理論構建轉變，從經驗性的現象中提煉出規律，并運用自己的推理能力逐步掌握熱在水中的傳遞方式和傳遞方向，提升發散思維和推理論證思維。

自我監控。回顧、反思實驗和論證的思維過程，評估和修正結果。設計內容：描述、交流、反思實驗結果，總結熱在水中的傳遞方向和方式，形成科學觀點。思維活動：發展抽象概括思維，建立熱在液體中傳遞的方式、熱平衡的規律及熱傳遞過程模型。思維進階分析：學生提高對思維的掌控能力，識別實驗中的潛在偏差并調整，由實驗操作的單一思維向反思和批判的綜合性思維發展。

應用遷移。學生將知識遷移至其他情境，培養分析和解決實際問題能力。設計內容：解釋“金魚不怕沸水”實驗，并將熱在水中的傳遞方式，遷移到同樣是流體的氣體中。思考自然界中熱空氣和冷空氣的傳遞方式和方向，解釋空調和暖氣的安裝位置及原理。思維活動：運用熱傳遞過程模型解釋實際情境問題，能基于水和空氣都是可以流動的事物本質特征，推測氣體中的熱傳遞方式，建立氣體的熱傳遞模型，并運用氣體的熱傳遞模型解釋生活實例。思維進階分析：培養學生的創造性思維，建立跨學科的綜合性知識結構，提升抽象思維和邏輯推理能力。

3.教學總結，評估及時反饋

過程性評估。通過課堂觀察、實驗記錄、小組討論等形式，對學生的學習進度進行動態跟蹤；根據思維進階目標，及時給予反饋，幫助學生明確自身的思維突破點和不足之處。

總結性評估。在階段學習結束后，通過小測驗、實驗報告、專題討論等形式對學生的學習成果進行系統評估。不僅要檢查學生對具體知識點的掌握情況，還需關注學生的思維能力和創新意識。

三、思維進階教學效果分析

（一）學生思維能力顯著提升

對單元思維目標做進階分析，通過“經驗—整合”五層級的系統進階思維訓練，學生實現了從感性認知到理性思維的跨越，批判性思維、邏輯推理能力和創新意識得到顯著增強。

（二）學生科學探究能力提升

學生在實驗設計過程中，能夠自主提出問題、設立假設，并通過實驗驗證自己的推測，逐步形成科學的思維框架。在實驗反思與小組討論環節，學生能夠對實驗結果進行深入分析，識別偏差并提出改進方案，體現了自我監控思維能力的提升。

（三）學生跨學科能力提升

項目式學習與跨學科遷移活動使學生在掌握知識的同時，獲得了解決復雜問題的綜合素養。

基于學習進階的思維型教學可以促進學生思維能力系統發展，實現從感性認知到理性思維的進階。通過實施認知沖突、自主建構等思維型教學策略，培養學生的綜合分析能力和創新思維。該模式注重思維過程培養，幫助學生在探究中深化對科學的理解，實現知識掌握與思維發展的統一。

【本文系廣東省深圳市教育科學“十四五”規劃 2023年度課題“基于學習進階的小學科學思維型教學實踐研究”的研究成果，課題編號YB23110】

參考文獻

[1]郭玉英，姚建欣.基于核心素養學習進階的科學教學設計[J].課程·教材·教法，2016（11）：64-70.

[2]張穎之.理科課程設計新理念：“學習進階”的本質、要素與理論溯源[J].課程·教材·教法，2016（6）：115-120.

[3]李霞.基于核心素養的小學科學思維型教學模式研究[D].西安：陜西師范大學，2018.

[4]沈霞.基于學習進階理念的學生科學核心素養的發展[J].科學大眾（科學教育），2019（2）：8.

[5]林崇德，胡衛平.思維型課堂教學的理論與實踐[J].北京師范大學學報（社會科學版），2010（1）：29-36