激活空中課堂 促進思維發展

沈躍群：浙江省湖州市南潯區南潯錦繡實驗學校小學科學教師，特級教師，正高級教師，全國優秀教師，浙江省基礎教育課程改革專業指導委員會小學科學組成員。多年致力于小學科學課堂教學改革研究，作品獲浙江省一等獎2次，獲評部級優課1次，示范課“沉浮與水位變化研究”2018年12月在全國展示。赴青海、四川、云南、貴州、湖南、湖北、江蘇等地作示范課或講座。發表論文數十篇，其中多篇獲獎。近年潛心研究混合式學習，嘗試用信息技術整合多樣化學習方式，促進深度學習，提升學生科學素養。

空中課堂教學深受小學生歡迎，是當下流行的教學新形式。空中課堂教學優勢明顯，技術先進，功能強大，資源豐富，方式靈活，時空自由。幾乎所有兒童都上過網課，特別是2020年發生新冠肺炎疫情后，空中課堂全面走進兒童的學習生活。先進的網絡技術給學生學習帶來了方便，同時也表現出了局限性。像小學科學這樣實踐性很強的課程，如何在空中課堂教學中加強實踐與探究，提升科學思維，提高效率，達成多維目標？我認為改進空中課堂教學設計，兼顧多維目標，強化科學思維訓練，加強觀察和推理活動設計，可以提高教學有效性。我通過設計結構化的觀察材料，引導學生提出問題，發現規律，建構模型，為學生搭建合適的思維支架，引導他們推理和論證，基于大概念提高他們的邏輯推理能力。

一、空中課堂的美與缺

（一）空中課堂美在高效與靈活

空中課堂以兩種方式呈現，一是教師實時直播授課，二是教師錄播網課，供學生在線學習，這兩種方式都能跨越時空限制，實現快捷的師生交互。無論是錄播課還是直播課（如釘釘直播），它的回放功能非常強大，不僅突破了時間限制，而且極大地滿足了學生個性化學習需求。不同學習進程的學生可以根據自身需要反復觀看學習。此外，教師借助空中課堂教學有利于高效利用優質資源。例如，2020年新冠肺炎疫情期間，各地響應“停課不停學”號召，組織各學科優秀教師錄制網課，分享給同年級的學生學習，這比地面課堂教學高效得多。

（二）空中課堂缺在互動與深思

空中課堂最大的局限是缺乏有效互動，不利于學生深度思考。雖然直播式空中課堂系統具有強大的互動教學功能，如電子舉手、語音問答、文字問答等，但是小學生年齡小，應用技術不夠嫻熟，在直播課上能用語音問答的甚少，大多數只是聽眾，缺乏有效參與。錄播課通常是“教師講，學生聽”，幾乎沒有師生互動。學生在線下探索發現，但無法與同伴、教師及時互動，也難以研討。思考與討論、集體論證這些重要的線下學習在空中課堂很難實現——學生處于僅接收信息的狀態。

如何突破這些局限，能否從教師教的層面改進設計，提高空中課堂教學的有效性？

二、空中課堂的提升之道

學習的本質是思考。如何讓小學生在空中課堂上主動思考，而不是被動地接受知識？我認為教師在設計“教”時，要設計“學”，從學生視角思考高效學習需要什么樣的教學支持。約翰·哈蒂在《可見的學習》中指出：當教師成為他們自己教學的學習者，學生成為自己學習的教師，其對學生學習產生的促進效應才最大。兒童學習是一個情感與認知相結合的過程。教師設計的學習內容有趣、學習任務具挑戰性，有利于激發兒童思維。據此，我認為突破空中課堂局限的思路應該是：加強觀察和推理設計，凸顯趣味性和挑戰性，推進學生科學思維發展。

（一）精準定位目標——注重科學思維訓練

教學的最終目標是培養學生的核心素養。我認為科學學科教學旨在提升學生的科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等素養，其中科學思維是核心。科學思維包括模型建構、推理論證、質疑批判、創新思維等。要提高空中課堂教學有效性，就得拓展目標維度，加強科學思維訓練。觀察是科學探究的基礎。教師應加強觀察環節的設計，引導學生在觀察中主動發現問題，提出問題。同時，加強推理環節的設計，引導學生通過“聯想和結構”將經驗與知識進行關聯、轉化，使當前學習內容與經驗建立關聯，并實現結構化。此外，還應建立概念與概念間的聯結，使其系統化，深化學生對科學大概念的理解。

（二）科學設計活動——凸顯趣味性挑戰性

思維型教學理論強調，在教學過程中，教師要創設良好的教學情境，設置適當的問題情境，激發學生的學習動機，調動學生學習的積極性，使其產生強烈的求知欲，保持積極的學習情感與態度。如何提高學生學習自主性和思維參與度？有動機才有動力。其一，教師必須精心設計活動用以激發學生好奇心和探索欲。其二，教師準備的觀察材料要新穎有趣，且能與學生經驗產生認知沖突。其三，教師設計的問題要有挑戰性，將問題難度設置在學生最近發展區，激發學生內需，使其積極思維，主動學習。

三、空中課堂的優化之術

我的空中課堂教學改進策略是：加強觀察和推理活動設計，激活思維，向項目式學習靠近。現以教科版《科學》（三下）“動物的一生”單元第二課“認識其他動物的卵”為例加以說明。

在認識蠶卵的基礎上，“認識其他動物的卵”一課聚集問題：“不同動物的卵一樣嗎？動物的卵里有什么？”主要活動有兩項：一是觀察不同動物的卵，與蠶卵比較異同，確定標準進行卵的分類，如有硬殼、無硬殼給卵分類;二是觀察雞蛋的內部結構，推測雞蛋各部分分別發揮什么作用，哪部分將發育成小雞。

對照《義務教育小學科學課程標準》，“動物的一生”單元對應的核心概念有“植物和動物都能繁殖后代使它們得以世代相傳”，學習目標是“描述和比較胎生和卵生動物繁殖后代方式的不同”。“認識其他動物的卵”一課的教學目標是讓學生認識卵生動物繁殖后代的方式，以及卵的結構及各部分功能。

我分析教材后發現，第一項活動重點是觀察、比較、分類，第二項活動為主體活動，包括觀察、比較、推測，難點是推測并理解生物學大概念：生物體的結構與功能相適應。如何利用空中課堂引導學生進行有根據的推測？怎樣才能讓學生在觀察中發現現象，并激發其探究欲望進而自主提出科學問題？我的教學改進策略如下。

（一）設計結構化材料，培養學生提問能力

法寶一：優化材料，激發問題。探究的本意是提出問題并尋找答案。提出問題的基礎是觀察，發現現象的特殊之處。空中課堂教學中，教師應通過呈現有結構的材料，引導學生觀察，發現不同現象，提出問題，并引導其對問題深入思考。

活動一：讓學生觀察各種動物的卵，包括昆蟲卵、魚卵、爬行動物卵和兩棲動物卵，用記錄單引領學生觀察并提問（見表1）。

活動二：圍繞認知卵的結構這一目標，設計系列化、結構化材料，引導學生在觀察中發現并質疑（見表2）。

有結構的材料（結構化材料）指蘊含豐富信息可誘發問題的材料。此案例中，我設計以上結構化材料旨在引導學生“對信息進行比較”，在比較中發現共性和規律，如所有動物的卵結構相同;在比較中發現差異，例如卵的氣室大小不同、卵的體積不同。如此引發學生主動提問：“這些不同與什么因素有關？”我設計結構化材料，幫助學生將已有的零碎經驗聯結起來。例如，學生見過鵪鶉蛋、雞蛋和鵝蛋，在結構化材料觀察比較中，他們主動在卵的大小與鳥媽媽的大小之間建立聯系——是不是個頭大的鳥類產的卵也大一些？學生自主提出問題，并尋找更多的證據來驗證其猜想，例如燕子的蛋是否比鵪鶉蛋小，鴕鳥蛋是否會比鵝蛋還大。學生利用互聯網查閱資料進行求證。這也是空中課堂優于地面課堂的地方，學生可以暫停課堂教學，上網查資料解決當下的疑問。教師準備結構化材料有利于學生建立知識與經驗間的聯系，進而發現事物之間的關系或現象背后的規律。

法寶二：提供支架，轉換問題。學起于思，思起于疑，疑解于問。提出問題很重要，更重要的是提出怎樣的問題。學生觀察后，提出的問題往往是“為什么不同雞蛋氣室大小不同”和“為什么鳥類的蛋大小不同”……即一個觀察到的事實，前面加個“為什么”。這種問題無法通過操作來探究。好的問題是能用來組織和驅動活動的，具有可行性，即學生能夠設計并探究進而破解。在空中課堂教學中，我為學生提供了問題支架，引導他們轉換問題。教師將“為什么會這樣”轉換成“這與……有關”，學生就可以建立假設并進行探究。教學中，我用課件出示問題題干“……與……有關系嗎”，用問題支架引導學生提出關聯性問題（見表3），如“雞蛋氣室大小不同與什么因素有關”和“鳥類的卵大小與成年母體大小有關嗎”……這類問題的設計旨在引導學生尋找變量與變量之間的關系。這樣的問題是能假設、可探究的。

（二）搭建思維支架，培養學生邏輯推理能力

卵的結構是可觀察的，對于卵的功能這一知識點學生該怎樣學習呢？邏輯推理、查資料、實際觀察求證等都是很好的方法。我從以下三個角度進行具體操作。

一是推進縱向思維。教師引導學生沿著被觀察物體當下的結構，聯系之前的樣子和之后的變化，縱向展開思考與分析。教師縱向切開一枚熟雞蛋，讓學生觀察雞蛋的內部結構。“打開一枚生雞蛋，與熟雞蛋比較，還能發現雞蛋里有什么？”教師讓學生觀察雞蛋結構來推測功能，為此提供了思維支架（見表4）。

雞蛋由哪些部分構成？

雞蛋各部分有什么作用？說說推測理由。

在“雞媽媽”肚子里時雞蛋是怎樣的？蛋殼是什么時候形成的？有何作用？

如果條件適宜，受精的雞蛋會發生怎樣的變化？

未出生的小雞有生命嗎？它的生命活動需要什么？雞蛋的哪些部分提供了這些生命支持？

蛋黃上有個小白點，那是什么？

學生從卵現在的結構聯系未產出之前的樣子，知道蛋清與蛋黃是慢慢分化的，蛋殼是即將產出前才形成的。我還展示了圖片、視頻資料，喚醒學生的生活經驗。有的學生看到過殺雞時從雞體內取出的大小不同的卵及軟殼蛋，進而推測：蛋殼是慢慢形成的，其功能應當是離開母體后起保護作用。“卵會發育成小雞，破殼之前小雞維持生命需要水、空氣、營養，卵的哪些部分會提供這些生命支持？”學生推測：蛋清提供水和營養，氣室提供空氣，蛋黃提供營養，蛋殼起保護作用。學生聯系生命體需要的基本營養素等知識，進一步發現一枚雞蛋就包含了水、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等生命體所需要的所有營養素。我用這些知識指導學生健康生活，讓他們理解營養學家為何提倡每天吃一枚雞蛋。蛋黃上的小白點是胚，它會發育成小雞。我為學生演示了小雞發育過程視頻來幫助他們驗證各自的推測。學生經歷推理過程，不僅提升了科學思維、探究能力，而且加深了對跨學科概念“結構與功能”的理解（如圖1）。

二是促進橫向思維。一方面，我讓學生比較更多的卵，用歸納法得出卵結構的一般性結論。從眾多現象中歸納出一般規律這是常用的科學研究方法之一。我利用空中課堂呈現更多的卵及其結構，展示鵪鶉蛋、鴿子蛋、雞蛋、鴨蛋等的照片或視頻，引導學生得出一般性結論。這一過程其實就是建構模型，學生基于眾多的觀察證據建立了一個簡單的卵的結構模型。

另一方面，我讓學生將卵與植物的種子進行比較，用類比法推測各部分功能。從卵發育成新的生命，這是動物重要的繁殖方式。這與植物通過種子繁殖相類似。我以此引導學生在新舊知識之間建立聯系，拓展對“植物和動物都能繁殖后代使它們得以世代相傳”這個大概念的理解（如圖2）。“動物卵繁殖與植物哪種繁殖方式類似？動物卵和植物種子結構有哪些相似之處，作用上有哪些相似之處？”

我用圖解的方式引導學生自主解答問題。學生發現大多數動物的卵（有些卵是膜）都有固體的保護殼，植物種子有種皮保護整個胚。動物卵與植物種子結構和功能相似，都有三個基本結構：保護組織、營養物質和胚。這樣，學生建立了知識之間的聯結，將知識納入概念體系中。韋鈺院士在“圍繞概念和模型組織教學”的講座中指出：學生要發展在一個領域里的學習能力，必須具有兩方面的基礎，一是具有深入而扎實的科學知識，二是具有一個強有力的概念框架。我在空中課堂教學中避免了知識的碎片化，幫助學生建立了知識網絡。學生比較動物卵和植物種子結構與功能就是進一步建構模型。

三是拓展深化思維。我根據不同學生的思維水平，繼續推進，更大程度拓展他們的思維。我出示各種氣室大小不同的雞蛋、無氣室的雞蛋，讓學生尋找不同。“雞蛋氣室大小差異與什么有關？”我提供兩種假設：一是剛產下的新鮮雞蛋沒有氣室，時間越久氣室會越大;二是沒有受精的卵沒有氣室，因為它不會發育成小雞，不需要空氣。

我讓學生討論求證：還有別的假設嗎？“對于以上兩種假設，你更傾向哪種，如何證明？”

這部分探究活動所需思維水平更為高級，它屬于創新思維。學生由功能來推測結構（氣室的作用是提供空氣），由“氣室不同”這個“觀察事實”分析推理，得出“雞蛋發育過程中需要的空氣逐漸增加”這一“推論事實”。假設一般由學生提出，但由于學生思維水平有限，也可由教師提供可能的解釋，引導學生聯系氣室功能進行深度思考。教師訓練學生思維的重點是讓他們去驗證假設，即學生要思考該收集怎樣的證據來證實或證偽。學生在思辨中可發現，要證明假設一可以用新鮮雞蛋和放置一段時間的雞蛋作對比，檢驗是否放置時間越久氣室會越大。后一種假設較難實證，學生可以查閱資料進行探究。

空中課堂最大的局限是學生深度學習不夠，他們無法通過集體論證提升科學思維。但空中課堂有線下學習無法比擬的優勢，那就是突破一節課的時間限制，只要學生對主題感興趣就可以對一個問題進行更深入的研究，甚至可以將一節課演變成一個探究項目。例如，案例中“不同動物的卵一樣嗎？卵里有什么？”“雞蛋氣室大小與什么有關？”“卵的前世—今生—未來的演變”和“動物卵繁殖與植物種子繁殖的相似之處”等課程活動都已有項目式學習的雛形。教師在空中課堂教學設計中，關注多維目標，加強觀察和推理設計，激活學生思維，同樣能夠實現學生的深度學習。教師優化觀察材料，有利于引發學生自主提問，尋找證據，自主論證，發現關系或規律，建構模型;為學生提供思維支架，有利于基于科學大概念發展學生的推理能力，提升他們的科學思維品質和探究實踐能力。

責任編輯：祝元志