以《探索地球》為例用探究穿成一條“科學故事線”

〔摘" "要〕" 如何用科學探究穿成一條“科學故事線”？本文以青島版科學四年級下冊《探索地球》為例，從探究地球的形狀入手，引導學生用古人的視角，通過觀察現象去認識地球的形狀，經歷古人對地球形狀的探索過程，從中學習科學的思維方法，經歷完整的探究過程。環節設計突出“層次線”，問題設計突出“邏輯線”，思維培養突出“遞進線”，最終形成“科學故事線”。“科學故事線”的形成有助于培養學生有條理的、清晰的思維活動，引發學生積極主動地認知變化。

〔關鍵詞〕" 小學科學；“科學故事線”；思維培養；層次線；邏輯線；遞進線

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0034-03

一、“科學故事線”的由來

《義務教育科學課程標準（2022年版）》首次將“科學思維”作為培養學生核心素養的關鍵詞。科學思維是從科學的角度對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，簡而言之，科學思維就是科學家分析問題、解決問題的方法，是科學家認識自然現象時用到的方法，他們重視觀察到的現象，強調實驗探究、邏輯推理，通過一系列的觀察、實驗、推理、總結建立觀點和理論。其中探究活動是特別重要的一環。

為科學思維而教的科學課堂，應該是什么樣子的？著名的科學教育專家馬冠中博士在《像科學家一樣思考》一書中給了我們很好的解釋。學生從經歷的現象中提出問題，為了回答這個問題而探究，獲得知識回答問題之后，又產生了新的問題，再進行探究來回答問題……整個過程就是一個解謎的過程。學生就像在一個故事里學習科學，參與的各項活動穿成一條線，叫作“科學故事線”。“科學故事線”的構建有利于學生形成對探究活動的整體認識，學生在此過程中學習科學家的思考策略，更好地提出問題、做出假設、進行實驗、提出疑問、深入實驗、總結提升，更好地認識自然現象。

二、《探索地球》課例描述

本節課例是章丘區教育教學研究中心蘇明霞老師所授的一節優課。整節課，蘇老師帶領學生完成對地球形狀的認識，環節設計層層遞進，探究過程步步深入，學生經歷了人類認識地球是一個不規則球體的完整過程，整個“科學故事線”條理清晰。課例描述如下。

（一）導入

教師呈現古詩《題西林壁》。詩詞中“不識廬山真面目，只緣身在此山中”是什么意思呢？借此引發學生思考：我們生活的大地是什么形狀的？單憑肉眼觀察，你能看到大地是球形的嗎？人類經歷了怎樣的過程才認識到地球是一個球體的呢？從而帶領學生重走認識地球的旅程。

（二）探究

直覺：地平說。

問題：古人用什么方法認識地球的形狀？談話：觀察是古人認識世界的一種方法，將觀察到的現象作為猜想的證據。出示古人觀察到的大地圖片。出示古代中國、古印度、古巴比倫對大地形狀的猜測，分析他們觀點的相同點是什么？體會“地平說”這一觀點。質疑：古人又觀察到其他的現象，對“地平說”的觀點提出疑問。

推測：地圓說。

推測一，帆船進港。

古人觀察到帆船進港有什么現象？由此，古人會對大地的形狀做出什么猜想？模擬實驗：用球模擬不平的大地，用桌面模擬平的大地。討論：分析實驗現象，古人可以得出什么猜想？質疑：這種現象一定能證明大地是球形的嗎？引導學生得出結論要嚴謹。

推測二，月食現象。

播放月食現象視頻后出示月全食過程示意圖。分析：月球被遮擋部分的形狀有什么特點？由此，古人會對地球的形狀做出什么猜想？演示實驗：用黑白圓紙片和半圓形黑紙片模擬球形和半球形地球影子投射在月球上，引導學生觀察分析哪種情況和現實中看到的情景更相似？質疑：如果你是生活在那個時代的人，對地球是球形的觀點還有沒有質疑？

實踐：地球是個球體。

模擬麥哲倫環球航行路線，講解麥哲倫環球航行故事。演示實驗：將軟塑料棒在大小不同的球上彎折，引導學生觀察塑料棒的形狀有什么不同，并思考能得到什么啟示。理解古人對地球形狀錯誤猜想的原因。

證實：地球是個不規則的球體。

播放人類探索太空，跳出地球，在太空中拍攝地球照片的視頻。介紹我國航天事業的發展，激發民族自豪感。

三、探究過程如何穿成“科學故事線”

“科學故事線”的形成有助于培養學生有條理的、清晰的思維活動，引發學生積極主動地認知變化。那應該如何將探究過程穿成“科學故事線”呢？

（一）環節設計：形成“層次線”

環節的設計要做到符合學生的認知規律，有效調動學生的前概念，通過層次鮮明的環節，逐步引導學生積極參與其中，認真思考，真正形成環節設計的“層次線”。課例中就有一條清晰的層次線，值得認真研究、學習。

1.創設情境，引發學生前概念

情境是學生認知的基礎，要設計與學生相關的情境。結合生活中的實用工具、科學現象、有趣玩具等引出“科學現象”，極大地調動其內在潛力，促使他們積極地投入學習之中。同時情境的設計要有問題意識。在情境中提出有一定啟發性的問題，激發學生的好奇心和求知欲，可以讓學生在此基礎上發現問題，產生矛盾，引起認知沖突，從而產生強烈的學習需求。課例中教師借助學生耳熟能詳的詩句，引出對于廬山面貌的認識，進而發散思維聯想到我們生存的地球，我們身處其中，如何了解地球的形狀呢？由現象到問題，引發學生思考。

2.制造矛盾，引發概念爭論

矛盾情境是學生形成認知沖突的基礎。教學時，教師要善于利用學生的前概念與現實的差別，利用這種差別制造矛盾，進而引發學生爭論、思考，深入學習。課例中，教師利用帆船進港先看到桅桿后看到船身這一現實現象，與古人的前概念——地球是平的，引發沖突，從而引導學生進行模擬實驗，修正認識。

3.實驗驗證，解除認識誤區。實驗是最好的用于解決認知沖突的手段。小學階段最常用的兩種實驗類型是模擬實驗和對比實驗。教師在進行實驗教學時要做好實驗的引導，如實驗的操作、實驗的觀察、實驗的注意事項等，有條理地引領學生完成實驗，通過現象解除自己的認識誤區，同時在實驗時要鼓勵學生針對現象、結論進行大膽質疑，促進學生思維的深度發展。課例中，教師引領學生做了帆船進港的模擬實驗，同時又與平的桌面模擬進港進行了對比，從而解除了地球是平的這一認識誤區，同時大膽質疑，這樣是不是就說明地球是球形的呢？引發學生深入思考。

4.添加證據，加深概念認識

怎樣才能實現認識進階呢？設計層次強的遞進實驗是不錯的選擇。一個或一次實驗有時并不能完全解釋現象或得出結論，這時要設計相關聯的遞進的實驗。這樣既是對前實驗新認知的鞏固，又是對形成的新認知的加深，有利于形成更為完整的、準確的新概念。課例中針對第一個實驗留下的質疑——地球一定是球形的嗎？會不會是弧形？展開新的層次遞進實驗，通過模擬月食的形成，分析現象發現月食形成的形狀剛好是地球留下的，是一個球形，并不是簡單的弧線。然后通過麥哲倫環球航行一周回到原地，進一步給地球是球形提供證據，最后借助先進的科技手段，飛出地球，從太空觀察地球，真正確定地球形狀——不規則球體。這樣層層遞進的方式，逐步完善學生對于概念的認識。

5.強化思辨，深究概念理解

人們常常因為一些不可見的事實或者受到一些局限性而使自己的思維受到束縛，這時可以以實驗為引，對現象進行有力的思辨，用理性說服感知覺，才能在分析事物的聯系、變化中自然理解概念。課例中古人對地球的認識很有局限性，只能依托于看到的現象感受地球的形狀，蘇老師巧妙地利用實驗，將軟塑料棒在大小不同的球上彎折，引導學生觀察塑料棒的形狀有什么不同，并思考能得到什么啟示。進而理解古人對地球形狀錯誤猜想的原因。

（二）問題設計：形成“邏輯線”

問題的設計需要邏輯性，把握幾個設計問題的關鍵點，大膽質疑，將問題真正形成“邏輯線”。

關鍵點一：在現實情境中或實驗現象中觀察到新現象，不知道如何解釋時。課例中古人一直認為地球是平的，并且這種認識持續了很長的時間，直到發現帆船進港，先看見桅桿后看到船身這一現象時，用地球是平的無法解釋，進而提出問題。

關鍵點二：得出結論后，結論本身又需要進一步解釋時。課例中由帆船進港得出結論，地球不是平的，可能是球形的。這里就需要進一步解釋，怎么將可能變成肯定呢？這就提出了問題，需要進一步的事實依據。

關鍵點三：得出結論又遇到新的情況，現有的知識解決不了時。課例中在通過帆船進港、月食現象得出地球是球形的結論后，教師又有了新的問題：僅僅靠這兩個現象是不是就能夠給地球的形狀下結論呢？還有沒有更加直觀的證據呢？進而引出麥哲倫環球航行，跳出地球，在太空中拍攝地球照片的證據，用事實充分說明地球的形狀。

（三）思維培養：形成“遞進線”

學生思維的培養要從易到難、由簡到繁，本著層層深入、循序漸進的原則設計有梯度的問題，保證可以指導學生開展有效思考活動，這樣可以有效促進學生思維能力發展，學生不但掌握了知識，而且從中養成了思維方法，學會分析與綜合、比較與分析、抽象與概括、歸納與演繹等思維方法，探究精神和合作態度也得到培養。

1.從單維度思考向多維度思考轉變

學生對科學課堂中自然現象和實驗現象的觀察，往往會局限于“是真的嗎？”“能說明這個結論嗎？”等單維度的思考，缺少了“這種情況，說明了什么？還有沒有其他可能？”這種多維度的思考。比如，在以上課例中，在通過帆船進港這一實驗論證后，我們往往會進行單維度的思考：這是不是說明地球不是平的，而是球形的呢？于是就得出了結論。而課例中只是得出地球可能是球形，并且對現象提出疑問，還有可能是什么原因，并進而引發學生思考，并重新尋找證據，這樣學生的思維就變成了多維度的思考。

2.具象思維向抽象思維過渡，提高思維的深度

小學階段學生的思考仍舊需要具體事物的支持，他們容易從具體的事物、現象中發掘信息，進行思考，這就是我們所說的具象思維，而對于抽象邏輯思維能力則要欠缺一些。讓思維進行有效的過渡，可以提高學生思維的深度和廣度。課例中用到了大量的現實場景讓學生直觀感受地球形狀，這就是具象思維，而從帆船進港開始，學生在教師的帶領下開始由具體的帆船進港這一現象，推理出地球不是平的，可能是球形的，這里已經有了初步的抽象思維培養，再到后來月食現象的認識，猜測成因，就是真正地在進行抽象邏輯思維能力的培養。當然，在這一過程中，為了降低難度，教師用黑白圓紙片和半圓形黑紙片模擬球形和半球形地球影子投射在月球上，將問題具象化，方便學生理解。

小學科學課程要求我們要立足學生核心素養的發展，一節課、一個單元，如果我們都能設計一條或幾條貫穿其中的“科學故事線”，我們就能高效地帶領學生經歷完整的探究過程，經歷像科學家一樣思考、研究過程，這樣，學生科學觀念的形成、科學思維的發展、探究實踐能力的加強、責任態度的樹立都能得到巨大的提升。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]馬冠中.像科學家一樣思考[M].北京：教育科學出版社，2023.

[3]邵峰星.科學素養怎樣教[M].北京：教育科學出版社，2021