有效引導學生提出問題和作出假設

李彤

摘要大象版《科學》教材采用以科學知識為經線、以科學探究為緯線的雙主線結構編排。為了循序漸進地落實課程標準中的科學探究學段目標，教材的整體設計暗含了螺旋上升的內在邏輯。教材通過七個單元的教學，在科學探究目標方面達成“提出問題”和“作出假設”的學段目標，引領學生經歷科學探究過程，有計劃、有步驟地建構科學概念體系。

關鍵詞 《科學》教材 教學分析 科學探究

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.032

Effectively Guide Students to Ask Questions and Make Assumptions

——Teaching analysis of the first volume of the fifth grade of science textbook Elephant Edition

LI Tong

（Shenzhen Futian Baihua Primary School， Shenzhen， Guangdong 518028）

Abstract： The elephant edition of science adopts a double main line structure with scientific knowledge as the longitude and scientific exploration as the latitude. In order to implement the goal of scientific inquiry in the curriculum standard step by step， the overall design of teaching materials implies the internal logic of spiral rise. Through the teaching of seven units， the textbook achieves the learning objectives of "raising questions" and "making assumptions" in terms of scientific inquiry objectives， leads students to experience the process of scientific inquiry， and constructs the scientific concept system in a planned and step-by-step manner.

Keywords： "Science" textbook； teaching analysis； scientific inquiry

《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱課程標準）在科學探究目標方面，對于“提出問題”要素的中年段目標是“在教師引導下，能從具體現象與事物的觀察、比較中，提出可探究的科學問題”；高年段目標是“能基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化及相互關系等角度提出可探究的科學問題”。也就是說，對“提出問題”從較為直觀的、表面的“具體現象與事物的觀察、比較”提升為較為抽象的、內在的“事物的結構、功能、變化及相互關系”。同樣地，對于“作出假設”也從較為淺顯的、直接的“現象和事件發生的條件、過程、原因”提升為“事物的結構、功能、變化及相互關系”，這些變化符合學生從形象思維逐漸向抽象思維發展的認知心理特征。那么，進入五年級的科學課教學，應當如何理解和把握這種變化呢？

理解科學探究目標的螺旋上升

大象版《科學》教材采用以科學知識為經線、以科學探究為緯線的雙主線結構編排。在科學知識方面，教材以物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程四大領域的學習內容為四條經線。在科學探究目標方面，在每個學段，把八個科學探究要素劃分到四個學期進行有側重的培養和訓練。如一年級上冊側重提出問題和作出假設，一年級下冊側重制訂計劃和搜集證據，二年級上冊側重處理信息和得出結論，二年級下冊側重表達交流和反思評價，從而完成科學探究要素培養的一次循環。三個學段共完成三次循環，從而將科學探究要素的培養貫穿為一條循環往復的緯線。科學知識經線和科學探究緯線相互交織，形成整套教材的編寫體系。

為了循序漸進地落實課程標準中的科學探究學段目標，教材的整體設計暗含了螺旋上升的內在邏輯。例如，一年級上冊、三年級上冊和五年級上冊的探究要素培養重點都是“提出問題”和“作出假設”，但不是簡單重復，而是從學習方式、研究對象、思維方式、學習成果等方面逐學段提升的。到了五年級，科學探究要素強調基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化及相互關系等角度提出可探究的科學問題，做出有針對性的假設，并且能說明假設的依據。這種螺旋上升的編排，對于師生開展課堂教學、達成培養目標具有積極的意義。每個學期有明確的訓練重點，有助于教師準確地把握本冊教材的主要探究要素，集中時間和精力對某個探究要素目標精準突破，既有利于教師制訂學期教學工作計劃，開展有針對性的培訓學習，也有利于對學生反復進行技能強化訓練。

把握本冊教材科學探究目標的培養路徑

大象版《科學》教材五年級上冊設計了一個準備單元、五個綜合探究單元和一個反思單元，希望通過七個單元的教學，在科學探究目標方面達成“提出問題”和“作出假設”的學段目標。準備單元和反思單元對本冊科學探究要素的學習分別起到引領和總結作用，五個綜合探究單元是科學探究目標培養的主要載體。在五個綜合探究單元中，前三個單元側重培養“提出問題”要素，后面兩個單元側重培養“作出假設”要素。每個單元又根據學習內容的不同特點，從不同的角度和層次對探究要素的學段目標進行訓練，形成本單元的科學探究目標。要弄清本冊教材科學探究目標的培養路徑，關鍵在于把握每個單元的科學探究目標。

本冊的準備單元“蒸發的快慢”創設了生活中的情境，引導學生發現問題——“蒸發的快慢與什么因素有關”。而本單元的教學重點是引導學生嘗試基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化及相互關系等角度提出可探究的科學問題，做出有針對性的假設，并能說明假設的依據。

五個綜合探究單元“冰淇淋冷藏箱”“人體司令部”“健康成長”“地殼”“小小機械師”是教材的主體。這五個單元充分考慮學生的年齡特征和認知規律，精選物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、技術與工程等領域的學習內容，設計了一系列與學生的生活密切相關的“做中學”活動，引領他們經歷科學探究過程，有計劃、有步驟地建構科學概念體系。

“冰淇淋冷藏箱”單元側重培養的科學探究要素是“提出問題”。本單元以制作冰淇淋冷藏箱為任務驅動，引導學生學習有關熱傳遞的科學知識，重點提升他們“提出問題”的能力。制作冰淇淋冷藏箱與冷藏箱的結構以及材料的功能等因素密切相關，冰淇淋的融化過程又涉及溫度和狀態的變化，因此，本單元的科學探究目標為“能基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化等角度提出可探究的科學問題”，這是“提出問題”要素學段目標的重要組成部分。

“人體司令部”單元的科學知識目標對應課程標準中“10.人體由多個系統組成，分工配合，共同維持生命活動”中與感官、人腦相關的幾項學習目標；在科學探究方面也側重對“提出問題”要素進行訓練。因此，本單元的科學知識目標涉及各種感官與人腦的結構和功能、感官與人腦以及它們與生命活動的關系，科學探究目標為“能基于所學的知識，從事物的結構、功能及相互關系等角度提出可探究的科學問題”。

“健康成長”單元的科學知識目標對應課程標準中“10.5生活習慣和生存環境會對人體產生一定影響”中的兩項學習目標，以及與生命安全與健康教育相關的內容；在科學探究方面也側重對“提出問題”要素進行訓練。因此，本單元的科學知識目標涉及人體的生長變化以及健康與生活習慣、生存環境之間的關系，科學探究目標為“能基于所學的知識，從事物的變化及相互關系等角度提出可探究的科學問題”。

“地殼”單元以探究火山噴發的成因為線索，圍繞地球內部結構這一主要概念，讓學生初步認識到地球物質不斷變化并且相互影響，增強學生熱愛自然、保護地球環境的意識和社會責任感；在科學探究方面側重于“作出假設”要素的培養。因此，本單元的科學知識目標涉及地球的內部結構、巖石的特征與巖石的變化之間的關系、地殼的運動與地震、火山噴發、巖石紋理等，科學探究目標為“能基于所學的知識，從事物的結構、變化及相互關系等角度做出有針對性的假設，并能說明假設的依據”。

“小小機械師”單元引導學生認識各種簡單機械的結構和功能，幫助他們提高使用工具解決生活中實際問題的能力；在科學探究方面側重于“作出假設”要素的培養。因此，本單元的科學知識目標涉及各種簡單機械的結構與功能，科學探究目標為“能基于所學的知識，從事物的結構、功能等角度做出有針對性的假設，并能說明假設的依據”。

本冊最后的反思單元“日心說的先驅”，引導學生分析古希臘天文學家阿里斯塔克提出日心說的步驟，重點了解他作出假設的過程及其依據，并反思和評價自己以前作出假設的經歷，提升關于假設的認知水平。本單元的科學探究目標是：通過閱讀科學家的成功案例和回顧自己的探究經歷，提升提出問題和作出假設的方法和能力。

有效培養科學探究要素的策略

進入高年段后，學生的心智水平和探究能力具備了較好的基礎。教材根據學生的年齡特征和認知規律，確定了五年級上學期的科學探究培養要素是“提出問題”和“作出假設”。

1.提出問題

基于學生學習的動機來源于對自然世界的好奇心，教師要引導他們發現問題、提出問題，通過探究活動來尋找問題的答案，完善他們的科學概念體系。雖然低、中年段也曾經專門訓練了“提出問題”的技能，但是，高年段對“提出問題”的要求有明顯的提高。

（1）從事物的結構與功能角度提出可探究的科學問題

結構是指事物內部的聯結和構架。研究事物的結構，就是要研究它的組成部分及其聯系方式。事物都具有一定的結構，結構不同，功能也就不相同。

圍繞“結構與功能”，學生可以從兩個角度提出問題。一種是“這種結構有什么功能”，主要應用于對已有物體結構的功能分析。例如，趙州橋的“敞肩拱”結構形式有什么功能？另一種是“為實現某個功能，要設計怎樣的結構”，即從功能出發，尋求合理的結構。例如，用胡蘿卜和牙簽搭一座高塔，應該如何設計它的結構？后一種提問角度更能培養學生的創新意識和研究興趣。

在《結構與保溫》的教學中，教師可以先讓學生觀察生活中的一些雙層結構保溫物體，例如雙層玻璃窗、玻璃保溫瓶內膽等；接著讓學生研究單層、雙層結構對熱傳遞的影響，發現“結構是影響熱傳遞快慢的重要因素之一，雙層結構比單層結構更保溫”；然后出示目標——設計一個保溫的簡易冰淇淋冷藏箱，并提示學生從冷藏箱的功能的角度進行思考、提出問題，對不同結構進行分析、篩選后，雙層結構作為一種可探究的科學問題成為下一步研究的主要思路。學生在這個過程中，體驗從功能出發提出問題的過程，然后通過實驗，探究雙層結構的保溫效果，再通過制作、檢驗，進一步驗證雙層結構在保溫方面的功能，鞏固形成的科學概念。

（2）從事物的變化及相互關系角度提出可探究的科學問題

變化的事物必然受到一些因素的影響，溫度、風向的變化，與陽光的照射、阻擋物的性質有密切的關系。善于發現事物變化與影響因素的關系，是學生開展科學探究的必備素養。

在《我的健康體檢表》的教學中，教師可以先讓學生觀察自己的健康體檢表，繪制并分析條形統計圖、折線統計圖等，發現身高、體重等都發生了顯著變化之后，引導他們提出關于生長變化的研究問題，例如“身體的變化與哪些因素有關”。隨后，學生通過數據的搜集和處理，發現自己身高、體重的生長變化及相關影響因素，進而發現遺傳、營養、體育鍛煉、睡眠、生活環境等因素都與身體變化和健康成長密切相關。最后，學生總結出良好的生活習慣、健康的生活環境是健康成長的必要條件，從而懂得怎樣維護自己的身體健康。

2.作出假設

在科學探究中，學生對問題作出假設之后，要進行觀察或實驗，搜集信息得出結論，以驗證假設是否成立。和低、中年段對“作出假設”的要求不同的是，高年段要求學生“能基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化及相互關系等角度做出有針對性的假設，并能說明假設的依據”。因此，和“提出問題”關注“事物的結構、功能、變化及相互關系”一樣，“作出假設”也要注意從這幾個角度來展開。

例如，執教《火山噴發》一課時，教師可以先通過火山噴發的視頻或圖片引出探究問題——火山噴發與什么因素有關；然后，引導學生從火山的結構、變化（噴發）及相互關系（與哪些因素有關）的角度去作出假設（如“火山噴發是否與地殼的運動有關”），并說明假設的依據；最后，引導學生查閱資料、整理信息，運用分析與綜合等思維方法，對搜集的信息進行統計、概括，形成結論，以檢驗假設的正確性。

在《輪軸》的教學中，教師可以先引導學生觀察生活中常見的情境，在閱讀輪軸資料的基礎上提出關于輪軸的研究問題，例如方向盤、水龍頭怎樣操作才省力；接著，引導學生基于生活經驗和所學知識，對輪軸的作用從結構和功能的角度作出假設，并說出假設的依據；然后，讓學生通過實驗搜集證據，對數據進行比較分析，發現輪軸“大、小輪與省力的關系”，形成科學的認識；最后，引導學生把結論遷移到生活實踐，尋找生產生活中的輪軸，分辨它的類型，說明它的功能，進一步驗證結論的正確性。

合理的假設是在研究初期對潛在答案進行有依據的推測，決定了后續的研究方向和工作方案。學生作出假設后，要經過實驗、查閱資料等方式尋求證據，運用不同的科學思維方法對這些證據進行必要的加工以得出結論，再將結論與前面的假設進行對比。如果發現假設不成立，就需要分析原因，提出新的假設并再次驗證。真正的科學研究是很難一次就取得成功的，要培養學生敢于嘗試的信心，以及不取得滿意的研究成果絕不罷休的意志。