試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點

【摘要】思維活動是科學探究教與學的核心。小學科學“雙螺旋結構”課堂是以“探究實踐”和“科學思維”兩條螺旋為主線，通過“問題”和“證據(jù)”進行貫連，構成一個穩(wěn)定的科學學習課堂。本文結合具體的教學案例，試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點。在科學探究的過程中，學生要保持強烈的好奇心，通過思維活動進行數(shù)據(jù)分析和解釋，完成完整的科學探究過程。同時，學生還要提升科學探究能力，而科學思維能促進科學探究能力的發(fā)展。例如，學生在分析證據(jù)時要進行科學推理、模型建構等思維活動，表達交流時要進行科學論證。因此，思維活動是科學探究教與學的核心。為此，探究實踐與科學思維的緊密結合、共同發(fā)展就顯得尤為重要。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“探究實踐”，是以實踐為特征的科學探究活動，包括動手操作、實驗模擬、信息搜集、觀察考察等?！翱茖W思維”是以心智為特征的各種思維活動，表現(xiàn)為演繹與歸納、分析與綜合、分類與比較，以及概念、判斷、推理等邏輯思維的過程和形式，用以感受、提取、理解、判斷、選擇、記憶、想象、假設、推理，并以此指導科學探究活動。兩條螺旋主線在“問題”和“證據(jù)”的貫連中關聯(lián)共生、螺旋發(fā)展。筆者將結合具體的教學案例，試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點。一、創(chuàng)設隱含上位概念的學習情境——情境問題科學課程設置了13個學科核心概念，是學生應該掌握的科學課程的核心內(nèi)容。依據(jù)學習動機理論、良好的情境，能有效地激發(fā)學習動機、引起認知沖突、啟發(fā)思維等。因而，教師創(chuàng)設良好的學習情境，有利于幫助學生建構核心概念。學習情境若想要推進學生概念的建構，就必須要隱含著上位概念。同時，學生要能在情境中暴露前概念，而暴露前概念的方式通常是提問。指向核心概念的問題，能夠引發(fā)學生思考，呈現(xiàn)學生的已有認知或下位概念。教師以此來設計相應的教學活動和策略，幫助學生建構核心概念?；谝陨戏治?，小學科學“雙螺旋結構”課堂需要創(chuàng)設隱含上位概念的學習情境，其關鍵操作就是圍繞核心概念設計情境問題。例如蘇教版小學科學二年級上冊《形狀改變了》一課，學科核心概念是“物質(zhì)的運動與相互作用”，學習內(nèi)容是“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”，內(nèi)容要求是“知道力可以使物體的形狀發(fā)生改變”?；谶@樣的核心概念和學習要求，教師創(chuàng)設的學習情境不僅要有趣，還要體現(xiàn)力與形狀的關系。由此，教師創(chuàng)設的學習情境是：玩變臉游戲，要求用手把臉變成不同的樣子。這個情境很好地激發(fā)了學生學習的熱情。學生會興高采烈地玩游戲，將臉變出多種多樣的形狀。此時，設計一個情境問題尤為重要。若情境問題僅僅是“你的臉變成了什么樣子？”，學生就只會關注形狀的變化，無法將力與形狀產(chǎn)生聯(lián)系，不利于建構核心概念。因此，教師需要圍繞核心概念設計情境問題。既然學生需要認識力可以使物體的形狀發(fā)生改變，那么在玩游戲的過程中，不僅要關注形狀變化，還要關注如何用力。因而，可以將情境問題設計為：“你是怎么做的？你的臉發(fā)生了什么變化？”創(chuàng)設隱含上位概念的學習情境，需圍繞核心概念設計情境問題，能有效暴露學生的前概念。教師可以以此來設計后續(xù)教學活動。這個過程能為探究實踐與科學思維的螺旋發(fā)展奠定良好的基礎，為小學科學“雙螺旋結構”課堂提供較好的開端。二、貫連“探究實踐”與“科學思維”螺旋上升的紐帶——問題與證據(jù)學習進階是對學生在一個時間跨度內(nèi)學習和研究某一概念或主題時，連貫且逐漸深入的思維方式的描述。學習進階理論認為，學生對某一主題或核心概念的理解不是一蹴而就的，而是不斷積累和發(fā)展的過程。那么學習的路徑也應該是一個逐漸積累、日臻完善的過程。教師應該設計“少而精”的學習內(nèi)容，通過層層遞進的探究活動來幫助學生進行深度學習和思維的縱深發(fā)展。建構主義學習理論認為學習是一個主動建構的過程。在探究活動中，教師可以通過適當?shù)膯栴}，激發(fā)學生的積極思維，讓新舊知識發(fā)生作用，引導學生主動建構新的認知。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“探究實踐”和“科學思維”需要相互關聯(lián)、螺旋上升。而貫連它們的紐帶就是問題與證據(jù)。問題在探究實踐中客觀存在，能激發(fā)學生思考，推進探究的層層遞進，促進學生探究能力的逐步提升。而在探究實踐中獲得的證據(jù)能為學生的思維提供支撐，促進學生思維能力的螺旋發(fā)展。具體操作要點如下：1.依據(jù)概念的建構設計環(huán)環(huán)相扣的關鍵問題。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“問題”指的是圍繞探究目標在探究活動中精心設計又指向明確的關鍵問題。這些具有一定邏輯關系的關鍵問題組成問題鏈，環(huán)環(huán)相扣，共同指向核心概念。也就是說，這些關鍵問題是在一個個層層遞進的探究活動中產(chǎn)生的，是為達成探究目標而設定的。同時，這些問題又都指向同一個核心概念的建構。因此，在設計關鍵問題時，先要明確核心概念，依據(jù)概念的建構，定位好每一個活動的目標，再圍繞活動目標設計關鍵問題。蘇教版小學科學四年級上冊《點亮小燈泡》一課，指向課標中“物質(zhì)的運動與相互作用”的核心概念。其內(nèi)容要求是知道構成電路的必要元件，說明形成電路的條件?；谝陨戏治?，探究活動的目標為：經(jīng)歷點亮小燈泡的探究活動，通過分類、比較、分析等思維方法，對點亮小燈泡的連接方法進行歸納，了解電流的通路。依據(jù)概念的建構，從學生的前概念入手，依據(jù)活動目標設計環(huán)環(huán)相扣的關鍵問題。為了了解學生的前概念，設計關鍵問題：利用電池、燈泡和導線，你能想辦法讓小燈泡亮起來嗎？為了引導學生根據(jù)觀察結果進行有依據(jù)的預測，設計關鍵問題：仔細觀察多種電池以及小燈泡的外部和內(nèi)部結構，你現(xiàn)在認為哪些連接方法能讓小燈泡亮起來？為了幫助學生進行分類、比較、分析、歸納等思維活動，并逐步建構科學概念，設計關鍵問題：根據(jù)實測的結果，歸納能點亮小燈泡的連接方法有什么共同點？不能點亮小燈泡的連接方法又有什么共同點？比較不亮的和亮的連接方法，有什么不同？以上環(huán)環(huán)相扣的關鍵問題，全部指向電流通路的概念建構。在探究活動中，學生不僅提升了探究能力，還在分類、比較、分析、歸納等思維活動中促進了思維的發(fā)展。2.圍繞思維的發(fā)展提供具有內(nèi)在邏輯的證據(jù)。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“證據(jù)”指的是學生在科學探究活動中通過觀察、實驗、調(diào)查等多種途徑來獲得事實和證據(jù)，通過對證據(jù)的提取、整理、組合形成具有內(nèi)在邏輯關系、能夠證實（證偽）科學問題的證明鏈條。蘇教版小學科學五年級下冊《撬重物的竅門》，學生需要通過大量數(shù)據(jù)和思維活動，發(fā)現(xiàn)省力、費力和不省力也不費力的杠桿。在教學時，教師可以通過兩次探究活動，讓證據(jù)之間形成內(nèi)在邏輯，以此促進學生思維的提升。例如，第一次活動，學生只用平衡尺探究：在什么情況下，輕的物體能把重的物體撬平衡？學生得到的證據(jù)都是支點左側重右側輕的數(shù)據(jù)。此時，學生只需要對證據(jù)經(jīng)歷比較、歸納的思維方法，得出初步的結論。第二次活動，學生完成挑戰(zhàn)性的任務：如果在支點左側10厘米處掛3個鉤碼，那么在右側怎么掛才能平衡呢？面對這個問題，學生首先要進行猜測，而這個猜測的過程實際是利用上一個活動的結論進行推理。究竟推理的是否正確，學生要搜集第二次證據(jù)進行論證。對搜集到的新證據(jù)再次進行比較、分析和歸納，建立證據(jù)與解釋之間的關系。學生的思維在具有邏輯關系的證據(jù)中，經(jīng)歷多次推理論證，得到不斷發(fā)展。總之，設計螺旋遞進的探究活動，需要依據(jù)核心概念的建構，定位好每一個活動的探究目標并設計關鍵問題。創(chuàng)設思維發(fā)展的有利條件，需要依據(jù)學習進階，提供具有內(nèi)在邏輯的證據(jù)。由此，小學科學“雙螺旋結構”課堂通過問題與證據(jù)貫連探究實踐與科學思維，并促進其螺旋發(fā)展。三、關注科學思維顯性化的方法——轉變話語方式小學科學“雙螺旋結構”科學課堂通過問題與證據(jù)貫連探究實踐與科學思維時，不僅需要關注學生的探究實踐能力，還要關注其科學思維能力。探究實踐是以實踐為特征的科學探究活動，學生在動手操作、實驗模擬、信息搜集、觀察考察等過程中，探究實踐能力很容易顯現(xiàn)。但是，科學思維是以心智為特征的各種思維活動，很難顯現(xiàn)出來。因此，科學思維的顯性化就顯得尤為重要。讓科學思維顯性化的方法有很多，小學科學“雙螺旋結構”課堂更加突出話語方式的轉變。在問題與證據(jù)中學生不斷地進行科學思維活動。課堂中，學生需要充足的時間思考和充分的機會表達。因此，學生的話語方式應該轉變?yōu)槎鄬W多說。相反，教師的主要任務不是教，而是引導學生的學，所以教師的話語方式應該轉變?yōu)樯俳躺僬f。課堂中的對話與互動是主體間的平等交流，在師生之間、生生之間的對話互動中，學生的科學思維得以顯性化。具體的操作要點如下：1.改變對話的形式，呈現(xiàn)每個學生的思維。傳統(tǒng)的科學課堂，最常見的師生互動是教師與學生之間的對話與交流，缺少學生與學生之間的有效互動。即使在小組討論中，真正參與的學生也很少。這使得學生之間的互動流于形式。高效的生生互動可以調(diào)動來自不同學生、不同維度的學習資源，觸發(fā)學生之間思維地碰撞，有利于激發(fā)學生的學習內(nèi)驅力，促進每個學生探究實踐能力與科學思維能力的發(fā)展。因此，當提出一個探究問題后，教師需要留給學生充足的時間獨立思考。之后，讓小組內(nèi)的每個學生都發(fā)表見解，充分表達自己的想法，認真聽取他人觀點，在組內(nèi)形成一致想法。最后，學生在組間進行交流，生生互動，分享和表達各自小組的想法。在這個過程中，學生多學多說，教師少教少說，讓每一個學生的思維都得以顯性化。2.借助對話的載體，展現(xiàn)思維的過程。在探究實踐活動中，小組內(nèi)的每個學生都要圍繞探究的問題尋找有效的證據(jù)，并對證據(jù)進行思維加工。要使每個學生都參與到探究活動中，并將自己的思維顯性化，就需要給他們展示和表達的機會。而小組的學習記錄單就是很好的對話載體。常見的學習記錄單是小組內(nèi)的一位同學負責記錄，這就會導致其余學生無法參與。教師可以對學習記錄單做一些改變，使之能展現(xiàn)出每個學生的想法，給他們提供展示和交流的機會，讓學生的獨立思考與小組討論相結合。例如，每個學生可以將自己的想法寫在便利貼上，然后將便利貼粘到小組的記錄單上，之后再與小組內(nèi)的同學進行解釋與交流；學生還可以將顯性的文字或圖畫記錄在大的展示板上，方便與全班進行展示交流。此外，學生在交流時，利用話語表達的框架也利于學生思維顯性化。例如，讓學生按照這樣的語言進行表達：我們的觀點是什么，我們的證據(jù)是什么，我們的結論是什么等。學生在用這樣的話語框架表達時，就已經(jīng)將思維過程展現(xiàn)出來了。四、創(chuàng)設利于遷移應用的新情境——新問題與新證據(jù)小學科學“雙螺旋結構”課堂強調(diào)探究實踐和科學思維的螺旋發(fā)展，課堂的結束并不是發(fā)展的結束，學生還需要對核心概念進行深化理解。思維需要遷移應用，以解決實際問題。所以，教師需要創(chuàng)設新的情境，此情境也必須是指向核心概念的。其關鍵操作與前文一致，仍然是圍繞核心概念設計新的情境。而后經(jīng)歷與上文一樣的過程，圍繞核心概念、探究目標與思維發(fā)展，再次通過新問題與新證據(jù)將探究實踐與科學思維關聯(lián)共生、螺旋發(fā)展。蘇教版小學科學四年級下冊《熱脹冷縮》一課，學生通過遞進的探究活動，依據(jù)觀察到的現(xiàn)象，通過分析、歸納等思維方法，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)液體都具有熱脹冷縮的現(xiàn)象。最后，老師創(chuàng)設新的情境問題：生活中瓶裝的醬油、飲料、純凈水等，都沒有灌滿，而是留有一段空隙，這是為什么呢？這個問題指向了概念的應用。學生在思考這個問題時，需要將概念進行遷移應用并解釋實際問題。除此之外，教師可以繼續(xù)創(chuàng)設新的情境問題，幫助學生將本課學到的探究方法與思維方法進行遷移，去研究新的問題。例如：固體有沒有熱脹冷縮的現(xiàn)象呢？用我們這節(jié)課中學到的方