科學(xué)課堂對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

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韓玉明：小學(xué)科學(xué)特級(jí)教師，中國(guó)教育學(xué)會(huì)科學(xué)教育分會(huì)優(yōu)秀教師，全國(guó)優(yōu)秀輔導(dǎo)員，山東省教學(xué)能手，山東省小學(xué)科學(xué)教研教學(xué)先進(jìn)工，山東省課程專(zhuān)家，國(guó)標(biāo)青島版小學(xué)《科學(xué)》教科書(shū)核心。在全國(guó)、省級(jí)報(bào)刊上發(fā)表教學(xué)論文30余篇，主持、參與5項(xiàng)國(guó)家、省級(jí)課題試驗(yàn)研究。

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出：“小學(xué)科學(xué)課程是一門(mén)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的基礎(chǔ)性課程，早期的科學(xué)教育對(duì)一個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)形成具有十分重要的作用，培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)是小學(xué)科學(xué)課程的主要任務(wù)。〞胡衛(wèi)平教授把科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)分為了科學(xué)觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四大部分。其中，科學(xué)思維作為科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心部分，主要包括三層含義：一是從科學(xué)視角對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，對(duì)科學(xué)中的基礎(chǔ)理論、理想模型和經(jīng)驗(yàn)事實(shí)之間關(guān)系的理解;二是分析綜合、抽象概括、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化;三是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理，對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)。

一、提出科學(xué)思維的依據(jù)

（一）批判性思維和創(chuàng)造性思維是21世紀(jì)必備的技能

思維與創(chuàng)新、交流與合作是21世紀(jì)最主要的技能，而科學(xué)對(duì)人的影響，最重要的是形成科學(xué)的思維方式和創(chuàng)新精神。思維方式、工作方式兩個(gè)方面的內(nèi)容是科學(xué)學(xué)科需要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)。

（二）學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)報(bào)告中的大部分內(nèi)容涉及思維與創(chuàng)新

學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)主要是指學(xué)生面對(duì)新的情境或者具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的在思維、認(rèn)知策略和自我調(diào)控等方面的綜合能力，包括對(duì)學(xué)習(xí)的興趣、習(xí)慣方法、思維方式、認(rèn)知策略等。

（三）科學(xué)教育研究重視科學(xué)論證和模型思維

科學(xué)論證是一種學(xué)習(xí)方式，可以幫助學(xué)生發(fā)展科學(xué)探究能力、建構(gòu)科學(xué)知識(shí)并促進(jìn)科學(xué)概念轉(zhuǎn)變與理解、提升科學(xué)認(rèn)識(shí)水平、提升推理能力、批判思維能力和交流能力?？茖W(xué)論證是一個(gè)重要的科學(xué)能力。如，英國(guó)將“想法和證據(jù)〞設(shè)定為教育目標(biāo);西班牙將“論證能力〞擬定為學(xué)生必需具備的基本能力;PISA（2022）對(duì)科學(xué)能力的評(píng)價(jià)，包括認(rèn)識(shí)科學(xué)問(wèn)題、運(yùn)用知識(shí)科學(xué)地解釋現(xiàn)象、運(yùn)用科學(xué)證據(jù)做決策與他人交流。

（四）各國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都將“思維與創(chuàng)新〞列為核心素養(yǎng)和教育目標(biāo)

例如，加拿大安大致課程（1～8年級(jí)）科學(xué)與技術(shù)，對(duì)學(xué)生知識(shí)和能力的評(píng)估目標(biāo)中就包括思維和探究：批判性思維和創(chuàng)造性思維、探究技能和過(guò)程能力。其科學(xué)課程的目標(biāo)之一，是發(fā)展學(xué)生進(jìn)行探究的技能、策略和思維習(xí)慣。英國(guó)《國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)思維能力以及發(fā)現(xiàn)運(yùn)用創(chuàng)造性的手段解決科學(xué)問(wèn)題的方法。新加坡《小學(xué)科學(xué)課程大綱》提出，小學(xué)階段需要培養(yǎng)的基本技能和綜合技能目標(biāo)之一，就是分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。澳大利亞維多利亞物理課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)模型建立的科學(xué)思維過(guò)程、分析、綜合、評(píng)價(jià)等。韓國(guó)的科學(xué)教育目標(biāo)提出，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思考的能力和創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。

二、什么是科學(xué)思維

科學(xué)思維，也叫科學(xué)規(guī)律，即形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)、對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系。它是真理在認(rèn)識(shí)的統(tǒng)一過(guò)程中，對(duì)各種科學(xué)思維方法的有機(jī)整合，是人類(lèi)實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)物。

科學(xué)思維包括四個(gè)要素。

模型建構(gòu)：能根據(jù)研究問(wèn)題和情境，在一定條件下對(duì)客觀事物進(jìn)行抽象和概括，構(gòu)建易于研究的、能從主要方面反映事物本質(zhì)特征和共同屬性的理想模型和概念。

科學(xué)推理：正確使用分析、綜合、歸納、演繹、比例、概率、操縱變量等方法;從定性和定量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行科學(xué)推理，形成規(guī)律及理論，解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題。

科學(xué)論證：使用科學(xué)證據(jù)的意識(shí)和評(píng)估科學(xué)證據(jù)的能力，運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)計(jì)的能力，以及建立證據(jù)與解釋之間關(guān)系的能力。

質(zhì)疑創(chuàng)新：具有批判性思維的意識(shí)，擅長(zhǎng)基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，能從不同角度思考問(wèn)題，追求科技創(chuàng)新。

思維與創(chuàng)新、交流與合作是未來(lái)學(xué)生最主要的技能，而科學(xué)課會(huì)對(duì)學(xué)生形成科學(xué)的思維方式和思維品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響?！吨袊?guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究報(bào)告》提出的“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)〞“主動(dòng)適應(yīng)與創(chuàng)新〞中的大部分內(nèi)容涉及思維與創(chuàng)新。學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)主要是指，學(xué)生面對(duì)新的情境或者具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，所表現(xiàn)出來(lái)的在思維、認(rèn)知策略和自我調(diào)控等方面的綜合能力。這包括對(duì)學(xué)習(xí)的興趣、習(xí)慣方法、思維方式、認(rèn)知策略等?？茖W(xué)教育研究重視科學(xué)論證與模型思維。綜上所述，小學(xué)科學(xué)教學(xué)的主要目標(biāo)之一，就是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

三、充分挖掘教材中的探究活動(dòng)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

教材是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)、提升科學(xué)思維能力、培養(yǎng)優(yōu)良思維品質(zhì)的素材。青島版《科學(xué)》教科書(shū)重視對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)的探究活動(dòng)重視創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，引起認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)活動(dòng)對(duì)象、活動(dòng)過(guò)程、思維方式、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等進(jìn)行反思和遷移。目的是以知識(shí)為載體，以思維方法為重要線索，在探究活動(dòng)中提高學(xué)生的思維品質(zhì)。教科書(shū)以“問(wèn)題式〞引入探究活動(dòng)，以“探究式〞展開(kāi)活動(dòng)過(guò)程。思維的引入，以提問(wèn)、啟發(fā)的方式進(jìn)行。思維的訓(xùn)練以“活動(dòng)過(guò)程〞“自由活動(dòng)〞與“拓展活動(dòng)〞為依托，課內(nèi)外結(jié)合，在著力培養(yǎng)學(xué)生一般思維方法與能力的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性思維。

例如，教材中往往以泡泡語(yǔ)的形式浮現(xiàn)“你怎么知道？〞“說(shuō)一說(shuō)為什么這樣猜？〞這樣的問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生思維的規(guī)律性;“還有哪些方法？〞“我還發(fā)現(xiàn)……〞這樣的問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性?？茖W(xué)結(jié)論是在學(xué)生經(jīng)歷探究活動(dòng)之后，經(jīng)過(guò)思考、分析、交流后總結(jié)出來(lái)的，從而培養(yǎng)了學(xué)生思維的概括性等等。

再例如，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要重視研究“思維導(dǎo)航〞這個(gè)欄目，其是為引領(lǐng)學(xué)生的探究活動(dòng)、將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力與思維品質(zhì)落到實(shí)處而設(shè)置的。在學(xué)生探究活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，設(shè)計(jì)一系列有思維含量的與探究活動(dòng)有緊湊關(guān)系的問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)與幫助，以使探究活動(dòng)順利進(jìn)行，學(xué)生的科學(xué)思維能力得以提升。譬如，在青島版《科學(xué)》教科書(shū)四年級(jí)下冊(cè)《聲音的產(chǎn)生》一課中，設(shè)計(jì)了探究活動(dòng)“聲音是怎樣產(chǎn)生的？〞。教科書(shū)浮現(xiàn)的是五幅學(xué)生分別利用音叉、鋼尺、礦泉水瓶、水、空氣等物體探究聲音是怎樣產(chǎn)生的特寫(xiě)圖片。這個(gè)活動(dòng)的思維導(dǎo)航：將正在發(fā)聲的音叉插入水中，水面有什么現(xiàn)象？說(shuō)明什么？鋼尺、水、空氣等物體發(fā)聲時(shí)分別出現(xiàn)什么現(xiàn)象？這些現(xiàn)象有什么共同特征？

思維導(dǎo)航中的第一個(gè)問(wèn)題可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)的操作，提醒學(xué)生觀測(cè)試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，并讓學(xué)生思考物體發(fā)聲時(shí)是什么狀態(tài);其次個(gè)問(wèn)題要求學(xué)生在利用其他不同器材做聲音產(chǎn)生試驗(yàn)時(shí)注意觀測(cè)發(fā)生的現(xiàn)象;第三個(gè)問(wèn)題則是引導(dǎo)學(xué)生思考分析各個(gè)試驗(yàn)中的現(xiàn)象，交流與歸納這些現(xiàn)象后面的共同特點(diǎn)與規(guī)律，即物體振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出聲音。

在思維導(dǎo)航的引導(dǎo)下，學(xué)生利用身邊常見(jiàn)的材料，通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的小試驗(yàn)，就會(huì)從科學(xué)的視角對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)之間建立聯(lián)系與理解。思維導(dǎo)航不僅可以有效地指導(dǎo)學(xué)生依照觀測(cè)現(xiàn)象—交流發(fā)現(xiàn)—?dú)w納結(jié)論的正確方法與步驟，進(jìn)行有關(guān)“聲音產(chǎn)生〞的探究活動(dòng)，還為拓展自然界與生活中的一些有關(guān)聲音產(chǎn)生的現(xiàn)象做了鋪墊，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)律思維能力與發(fā)散思維能力。

四、利用多種方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

科學(xué)思維方法是人們通過(guò)思維活動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)特定思維目的所依據(jù)的途徑、手段或方法?；A(chǔ)的科學(xué)思維方法包括：抽象與概括、分析與綜合、歸納與演繹、比較（求同和求異）、原因與結(jié)果、因果思維、逆向思維、遞推法等等。在思維活動(dòng)中，思維方法具有十分重要的作用，它是思維主體和思維對(duì)象發(fā)生聯(lián)系的中介和橋梁。沒(méi)有科學(xué)的思維方法，學(xué)生的科學(xué)思維能力就無(wú)從培養(yǎng)，科學(xué)思維活動(dòng)就不能順利進(jìn)行并取得成效。

教學(xué)活動(dòng)是教師教的活動(dòng)和學(xué)生學(xué)的活動(dòng)的有機(jī)統(tǒng)一。對(duì)于學(xué)生學(xué)的活動(dòng)來(lái)講，不管是明確探究目的、感知探究材料、理解科學(xué)知識(shí)、把握探究方法、遷移運(yùn)用知識(shí)、反思學(xué)習(xí)過(guò)程，還是提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)等，其核心活動(dòng)都是思維。對(duì)于教師教的活動(dòng)來(lái)講，明確探究目標(biāo)、了解學(xué)生基礎(chǔ)、進(jìn)行探究活動(dòng)設(shè)計(jì)、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、組織探究活動(dòng)、反思教學(xué)過(guò)程等，核心活動(dòng)也是思維。思維活動(dòng)是課堂教學(xué)中師生的核心活動(dòng)。

例如，在青島版《科學(xué)》教科書(shū)三年級(jí)下冊(cè)《彈簧的學(xué)問(wèn)》一課中，認(rèn)識(shí)彈力與彈性是本課的教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度，學(xué)生在動(dòng)手操作與認(rèn)識(shí)物體的彈力之間有一些障礙。教學(xué)時(shí)，我設(shè)計(jì)了“玩一玩，有什么發(fā)現(xiàn)？〞這樣一個(gè)探究活動(dòng)，讓小組學(xué)生在組內(nèi)玩各種有彈性的物體：拉彈簧、壓彈簧、握握力器等。在活動(dòng)過(guò)程中設(shè)計(jì)了以下問(wèn)題：1.拉彈簧時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度發(fā)生了什么變化？手有什么感覺(jué)？松手后，彈簧有什么變化？2.壓彈簧時(shí)，有什么發(fā)現(xiàn)？順著這幾個(gè)問(wèn)題，學(xué)生的探究活動(dòng)就不會(huì)停留在嬉戲玩鬧的階段，不僅可以依照正確的方式方法進(jìn)行探究活動(dòng)，知道彈簧在受力時(shí)長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生改變，感受到彈簧被壓縮或拉伸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種恢復(fù)到原來(lái)外形的力，而且在探究的過(guò)程中，學(xué)生在自己動(dòng)手操作與事實(shí)證據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)的現(xiàn)象與發(fā)現(xiàn)進(jìn)行思考、分析、比較、歸納，自然而然地總結(jié)出了什么是彈力。更重要的是，在這些探究過(guò)程中，學(xué)生動(dòng)手又動(dòng)腦，通過(guò)所運(yùn)用的思維方法，培養(yǎng)了他們分析現(xiàn)象、解決問(wèn)題的科學(xué)思維能力。

再譬如，在青島版《科學(xué)》教科書(shū)五年級(jí)上冊(cè)《云和霧》一課中，設(shè)計(jì)了探究活動(dòng)：“霧和云是怎樣形成的？〞教科書(shū)浮現(xiàn)的是一幅兩個(gè)學(xué)生在制造霧的試驗(yàn)場(chǎng)景圖。這個(gè)活動(dòng)的思維導(dǎo)航：1.在燒杯中倒入不冒“白氣〞的溫水。想一想：杯內(nèi)除了水，還有什么？2.把冰塊接近杯口時(shí)，發(fā)生了什么現(xiàn)象？把冰塊移開(kāi)，還有這種現(xiàn)象嗎？反復(fù)做幾次，有什么發(fā)現(xiàn)？3.“霧〞是怎樣形成的？學(xué)生會(huì)依照導(dǎo)航中的要求與提醒按步驟進(jìn)行試驗(yàn)，觀測(cè)現(xiàn)象的同時(shí)，思考與交流導(dǎo)航中的問(wèn)題，自然得出霧形成的條件，進(jìn)行推想自然界中霧和云的成因。思維導(dǎo)航不僅可以為模擬試驗(yàn)的順利完成保駕護(hù)航，還為類(lèi)比推理自然界與生活中的一些凝聚現(xiàn)象做了鋪墊，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力與科學(xué)思維能力。

教師是發(fā)展學(xué)生思維能力的促進(jìn)者，我們倡導(dǎo)創(chuàng)新課堂教學(xué)模式，積極構(gòu)建“思維課堂〞，即在課堂教學(xué)中，采取啟發(fā)誘導(dǎo)的教學(xué)原則，勉勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，重視學(xué)思結(jié)合，突出積極思維，從而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造力。

課堂是激發(fā)學(xué)生智力思考的殿堂，在日?？茖W(xué)課堂教學(xué)中，需要設(shè)計(jì)科學(xué)思維含量高的探究活動(dòng)，并在探究活動(dòng)的各個(gè)環(huán)