搭建促進科學思維發展的學習單支架

姜向陽 吳笑樂

摘要 科學思維是新課標中科學素養的核心部分。實際教學中因學生思維難以直觀顯現，教學常脫離于學情，致使學生思維發展受阻。為促進學生科學思維的發展，可以借助顯現學生思維的三種學習單：學前調查單，把脈認知起點;課堂探學單，推動思維發展;學后反思單，助力素養培育，為確立學習目標、引發深入研討、實現素養轉換提供學習支架。

關? 鍵? 詞 科學思維 學習支架 學前調查單 課堂探學單 學后反思單

引用格式 姜向陽，吳笑樂.搭建促進科學思維發展的學習單支架[J].教學與管理，2022（26）：58-61.

《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確提出，科學課程的總目標是培養學生的核心素養[1]。實現學生素養發展的核心是教學活動的設計，如果活動不能引發學生思考，學習就無法真正發生。學習本質上是一種思維活動。對小學科學課程而言，學生的科學思維不僅是適應社會的一種關鍵能力，亦是課程中最重要的核心素養發展要求[2]。教師應為學生創造思考的機會，促進其科學思維的發展。有研究發現，展示思考過程是吸引學生注意、促進思維發展的有效方式[3]。這種方式能將隱性的思維過程以可視化的形式清晰地顯現，即思維可視化[4]，主要包括可視思維和出聲思維兩類。通俗地講，可視思維可以理解為將頭腦中的思維“畫”下來，出聲思維則是通過語言將思維準確地表達出來[5]。因此，設計思維可視化的學習支架，有助于學生科學思維的發展、科學素養的培育。我們針對課前、課內、課后三個階段的教學需求，以發展學生科學思維為目標，設計了三種學習單，如圖1：

學前調查單在課前或課始使用。用于探查學生已有水平，弄清學生“在哪里”（即學習起點），并在此基礎上結合課標與教材重構更加清晰、具體的學習目標，用以確立將學生帶“到哪里去”（即學習終點）。

課堂探學單在課內使用。通過學前調查單明確學習起點與終點后，設計課堂探學單實現思維建構（即解決“怎么去”的問題），以達成學習目標。

學后反思單在課后或課尾使用。學習結束后，引導學生反思學習過程，回顧自己遇到的問題、解決問題的方法，以及在此過程中獲得的啟示，實現知識技能向核心素養的轉換。

為呈現三種學習單的具體概貌與特點，下面以教科版《科學》三年級上冊“水能溶解多少物質”為例進行闡述。

一、學前調查單：學前探查，把脈認知起點

學前調查單通過簡單、實用、開放的內容，發現學生的已有認知，區分不同學生的認知水平，教師在此基礎上重構學習目標，設計能使學生思維獲得發展的教學活動。

學前調查單通過發現學生的已有認知，為制定精準的學習目標、設計高效的課堂探學單與學后反思單提供依據。可以說，學前調查單是明確學習起點和終點的重要工具，也是教師思考“怎樣將學生從起點帶往終點”的前提。學生的學習、新概念的建構都是在前概念的基礎上展開的，因此，從學生的認知起點出發，設計合適、具體、可操作的學習目標才是有意義的。

教學的目的是發展學生思維，培養學生的核心素養。因此，學習目標的確立需指向核心素養，且清晰、可測量。在“水能溶解多少物質”一課中，教師以往多將探究技能的培養作為教學重點。引導學生用一次1克或一次2克的方式逐步加入粉末，希望學生通過較為標準的實驗操作獲得實驗數據，以數據的準確性來衡量教學目標的達成度。在此過程中，學生的實踐技能會得到鍛煉，但這項技能的獲得常來自于教師的示范，且思維發展甚微。在這類課堂的試教中發現：部分學生因急于得到答案，會用自己的方法做出嘗試，這說明他們對如何解決該問題有著自己的想法，對教師灌輸的較為單一的實驗方法并不買單。

借助學前調查單的第5題（如圖2），發現學生對如何解決“一杯（30毫升）水能溶解多少小蘇打或食鹽”這一問題有著自己的想法，這與試教中的行為表現一致。

學習目標的制定（見表1）便可從學生的已有認知出發，將教學重點落在科學思維上：通過“思考并設計實驗方案”探究食鹽和小蘇打在水中的溶解情況，并通過交流研討，尋求更優的實驗方案。這就將教學重點從實踐技能的鍛煉，轉變為解決問題能力的培養，重構后的目標使學生獲得了思維發展的空間。

學前調查單在設計時需指向學習目標，注重所學內容與生活的聯系，依據課標與教材確立每節課的初始學習目標。之后根據反饋的學情，重構學習目標，使之為教學活動的實施而服務。

二、課堂探學單：課內探究，推動思維發展

課堂探學單基于學情與學習目標設計，通過填寫探學單呈現可視思維，通過交流研討展示出聲思維，為學生開展實踐探究、表達自身想法、聯系彼此觀點提供學習支架，實現研討的逐層深入，推動學生思維向更高水平發展。課堂探學單作為學習活動中的學習支架，要能夠吸引并指導學生觀察、實踐，并通過活動記錄展示隱性思維，為學生有效表達、對比觀點、提出問題、發現矛盾提供支持，進而讓學生持續專注地參與學習活動，使研討逐層深入。

1.精準指導細致觀察

教師借助探學單對探究實踐過程中的操作進行指導，并通過課堂探學單的記錄引導學生學會觀察，特別是對細致觀察的引導，細致觀察能令學生獲得新的發現、辨別事物之間的細微差別、產生新的想法，是交流研討、思維發展的基礎與前提。

教師引導學生閱讀課堂探學單1（如圖3）的活動要求，使他們明確探究任務：思考并設計小組認為最合理的實驗方案。觀察、對比并匯總各小組方案后，學生會發現：不同的方案皆可行，解決問題的方法不止一種，并且各有優缺點。通過進一步觀察，學生能比較并分出四種方案類型：每次一樣;先多后少;先少后多;先少后多再少。其中，“每次一樣”的方案也有每次加入1克或2克的區別，學生認為加1克得到的數據更精確，加2克可以節省時間。經研討發現：各組的方案都具有可行性，只是有些效率更高，有些獲得的數據更精確。

2.直觀展示隱性思維

課堂探學單作為記錄學生思考成果的載體，能直觀展示原本內隱的思維，便于學生梳理表達自己的觀點、理解他人的觀點、比較觀點間的異同，為學生提出問題、做出解釋、開展辯論提供支架。

全班各小組實驗方案匯總后，直觀呈現了各小組的思考結果，通過細致觀察，會發現第七小組為食鹽和小蘇打的溶解設計了不同的方案（如圖4），學生在闡述理由時就說到：在學前調查的導入實驗中，觀察到食鹽和小蘇打溶解的快慢不同，食鹽溶解得更快就多加一點，小蘇打溶解得慢就少加一點。學生雖然說不清自己用了什么實驗方法，解釋也未必是正確嚴密的，卻已經在根據觀察到的現象調整實驗方案。這從側面反應出部分學生已具備基于觀察所得設計下一步操作的行為意識。正是借助探學單直觀展示隱性思維的功能，使第七小組的觀點被快速關注，為研討的深入開展提供了素材，也打開了其他小組的思路。

3.有效支持學生表達

小學生的語言表達尚未發育成熟，有時難以清楚表達自己的觀點，課堂探學單能幫助其厘清邏輯關系，進而輔助表達，使傾聽者能更準確地理解表達者的觀點，進而產生有效的信息反饋，在交流過程中，學生能夠反思、更新各自的想法，使思維保持在興奮的狀態。

各小組的方案是否可行、不同方案有哪些優缺點等觀點，都是學生在交流過程中不斷提出的。課堂探學單匯總的信息為他們準確表達觀點提供了支持，當學生發現自己的想法、方案被理解、認同時，他們會更加自信，并渴望分享自己的觀點，也愿意去傾聽別人的想法，為尋找更優的實驗方案而努力。相比最終得到的結論，傾聽、表達、質疑的過程對學生的思維發展與素養形成更為重要。

4.逐步推進深度研討

高質量的研討能夠激發學生思維，點燃學習熱情。格式塔心理學家就提到“真正的學習常常會伴隨著一種興奮感”，學生在思考過程中能獲得“頓悟的快感”[6]。課堂探學單將學生思維與實驗結果直觀展示出來，使學生通過觀察與比較提出新觀點、新問題，為研討的逐步推進提供了素材，為學生深入思考問題提供了契機。

通過全班合作探究獲得圖5所示的實驗結果后，教師可以根據“30毫升水中加入10克食鹽溶解完了，加入11克未能溶解完”的現象，引導學生思考：食鹽剛好溶解了10克嗎？若想獲得更精確的數據可以怎么做？借助所學的實驗方法與實驗結果，學生會提出：第一次就加入10克，再根據食鹽的溶解情況加入更少的量，例如0.5克、0.1克等，并通過觀察到的現象設計下一步操作中添加的量。通過研討學生可以歸納出：要探索未知粉末在水中的溶解情況，可以先嘗試著加入少量粉末，根據觀察到的現象（例如溶解的快慢）來設計、調整下一次加入的量，即“嘗試+觀察→設計下一步操作”的思路。這種思路不僅能解決本課涉及到的問題，而且可以解決其他類似的問題。

課堂探學單的設計要指向學生的自主探究，支持他們的展示交流，引導學生觀察、記錄，便于統計、展示實驗信息，暴露錯誤認知，符合學生認知規律。課堂探學單若要解決“怎么從起點到達終點”的問題，教師可根據教學需求可以將課堂探學單進階設計成多份或開展差異化設計，為學情匯總與對比提供便利，并根據課堂教學效果不斷改進。

三、學后反思單：學后反思，助力素養培育

學后反思單是幫助學生學會反思的學習支架。學生通過它回顧學習過程，了解自身學情，實施自我管理，提升自我的元認知，為知識技能向核心素養的轉換提供助力;教師也能借此了解學生“學到哪里”，反思教學中的不足。

學生從課堂教學中收獲了知識與技能，如何使這些知識技能轉換為能靈活應用的核心素養，反思是這一過程中必不可少的環節[7]。比起教學的結果是什么，這個結果是“從哪里來的、怎么來的、又能向哪里去”，因此也更為重要，它可以幫助學生關注自己的學習過程，實現自我評估，改善學習中的不足。學后反思單需覆蓋整個學習過程中的關鍵點，使學生順著反思單內的題目回顧學習過程，并從科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個維度內化反思，實現知識技能向核心素養的轉換。

本課學后反思單（見圖6）中每題的設計緣由如下：第1題，回顧實驗結果，檢測知識的掌握程度;第2題，回顧實驗過程中解決問題的方法;第3題，比較哪種實驗方案用于探究未知粉末的溶解度更有效，檢測拓展遷移的能力;第4題，檢測實驗探究時的態度與責任;第5題，引導學生應用新學的實驗方法進行深入探究，檢測遷移應用能力;第6題為多選題，選填學習中的收獲，教師可了解學生的學習成效，學生能提升自我認知，為自己查漏補缺、反思內化提供參考。

學后反思單的設計要能檢測學習目標的達成度，區分不同學生的認知水平，暴露認知上的不足與錯誤，體現問題解決的過程與重要證據。學后反思單的設計可以通過回憶不同學習階段的關鍵因素展開，例如：學習中遇到的問題，自己解決問題的初始路徑，與同伴交流后獲得的新路徑，解決問題時的注意事項，獲得的實驗結論，對今后類似問題的借鑒與參考等。學生提出的問題是思考后的結果，教師可以根據提出問題的能力，判斷學生的掌握程度。題目可立足于課堂，亦可是課堂內容的拓展與提升，通過替換情境、設計開放性問題等形式檢測學后認知水平。

三種學習單緊密聯系，借助思維可視化，促進學生科學思維的發展。通過暴露學生認知水平、促進學生思維發展、幫助學生反思自查，為發展學生的核心素養提供支持。

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（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：4.

[2] 胡衛平.在探究實踐中培育科學素養——義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[J].基礎教育課程，2022（10）：39-45.

[3] 理查德，丘奇，莫里森.哈佛大學教育學院思維訓練課：讓學生學會思考的20個方法[M].于璐，譯.北京：中國青年出版社，2014：29-31.

[4] 趙慧臣，王玥.我國思維可視化研究的回顧與展望——基于中國知網2003—2013年論文的分析[J].中國電化教育，2014（04）：10-17.

[5] 季榮臻.基于“思維可視化”的小學科學探究教學策略[J].江蘇教育研究，2018（02）：47-50.

[6] 施良方.學習論[M].北京：人民教育出版社，2001：148-149.

[7] 崔允漷，余文森，郭元祥，等.在線教學的探索與反思（筆談）[J].教育科學，2020，36（03）：1-24.

*該文為2021年浙江省杭州市教育科研立項課題“AI+學習評價：提升小學科學課堂學習質量的新載體建構研究”（2021G078）的研究成果