育人視域：科學思維和實踐共生的課堂結構研究

張會

[摘 要]在小學科學教學中，教師應建立一種基于具象認識、以實踐活動為線索的教育范式。通過有結構的材料、有結構的設計、有結構的活動，以思維為紐帶，以知行合一為理念，以動作技巧為形式，以心理技能為內涵，以高效學習為目標，構建做中思、思中做、指向思維和實踐共生的科學課堂結構，打造思維和實踐共生的科學課堂，提升學生的科學素養。

[關鍵詞]小學科學;思維;實踐共生;課堂結構

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2022）21-0074-03

指向思維和實踐共生的科學課堂，有助于發展學生的思維，這與學生核心素養和關鍵能力的培養需求相呼應。這樣的課堂強調手腦并用、思維和實踐的結合，以有結構的材料為抓手，鋪就課堂教學的基礎;以有結構的設計為腳手架，搭建課堂教學的框架;以有結構的活動為整體，抓住科學課程實踐活動的特性，形成指向思維和實踐共生的科學課堂結構，培養學生的關鍵能力。在這樣的課堂上，學生通過深入加工獲得知識信息，了解科學概念，建立個體具體的知識系統，并有效地遷移和運用到實際情境中，促進動作技能與心理科學、動態思維和形象思想的協調發展，最終提升科學核心素養，實現高效學習的目標。

一、有結構的材料，鋪墊指向思維與實踐共生的課堂地基

1.材料的結構化

從教學材料的整體選擇上來看，“工欲善其事，必先利其器”，所以教師要提供具有整體結構的教學材料給學生。教具設計的目標是完成物理觀測和科學實驗，而有特殊結構的科學材料則是完整進行科學探究實驗的奠基石。

例如，教學蘇科版教材四年級下冊《擺》時，教師精心設計教學，先引導學生認識不同的擺長，然后測量不同擺長的擺在相同時間內擺動的次數。這體現了教師的設計思路，也為學生發現和提出問題提供了豐富的實證材料。隨后，教師要求學生分組測量給定擺長在15秒鐘內擺動的次數。教師提供的擺長是有結構的，經過設計后，擺在規定的時間內擺動的次數是固定的。接著，教師通過演示，以更直觀的形象讓學生感受擺長與擺動速度的線性規律。這樣，學生通過有結構的材料經歷了認識擺、操作擺、驗證擺、總結擺的運動的過程。

再如，教學蘇科版教材五年級上冊《電磁鐵》時，在探究電磁鐵磁性大小與什么因素有關的實驗中，教師引導學生探究線圈的匝數、電池的數量、鐵芯的粗細等對電磁鐵磁性大小的影響。教師給學生提供不同數量的線圈匝數，讓學生找出電磁鐵磁性大小與線圈匝數之間的數量關系;通過增減電池數量，了解電流大小對電磁鐵磁性大小的影響;通過更換粗細不同的鐵芯，探究其對電磁鐵磁性大小的影響。

有結構的材料，有效支撐了控制變量的實驗。通過實驗，直觀和抽象、理性和感性相互補充，有利于學生內化獲取的新知識。從學習的角度來看，組織科學活動是基于思維與實踐共生的一種有意義的活動。思考源于對實踐的認識。教師通過創設情境，引導學生廣泛聯想、產生疑問、合理猜測，將“為什么”的問題轉化成“怎樣做”的問題，進而產生求證行動，用事實、數據對思考進行驗證，證明思考的正確性。“擺運動的快慢與什么有關”這個問題，催生了學生驗證的動機，而驗證的結果可有效促進學生思維的發展，升華實踐的內涵和意義，實現高效學習的目標。

2.材料的多元化

知識只有在特定的情境中才能變得鮮活。蘭本達教授提出“材料引起經歷”的觀點，認為具有科學性、層次性、啟發性的材料，可以提升學生學習的積極性，對培養學生的發散性思維非常重要。

例如，筆者曾聽過兩節教學蘇科版教材五年級上冊《光的反射》的課，其中一位教師的教學過程如下：豎立一個靶—用普通遮擋物遮擋豎立的靶—用激光筆射向靶，靶被遮擋物遮擋—遮擋物倒下，激光筆的光線射向靶，認識光沿直線傳播—認識光的反射—認識入射光和反射光都沿直線傳播—認識潛望鏡。這樣用材料支撐教學，課堂活動更立體、更鮮活。而另外一位教師則采用了解暗盒的方式，讓學生認識光的反射：用多媒體出示一個黑色盒子，拋出問題“激光筆從A孔照射，光線會從哪個孔射出來”;學生推測光線從B孔射出，但實驗顯示光線從D孔射出，由此產生認知沖突;學生分析原因，先通過設計圖的差異，明確鏡子的作用，然后利用空盒子從實驗盤中選擇材料進行驗證;學生都選擇了鏡子，沒有選擇布片、紙片、銅片、塑料片、砂紙等材料;教師提出疑問，讓學生選擇其中一種材料替換鏡子，觀察光線的照射效果，從而認識其他材料也能反射光，但效果不同。

同一節課，雖然課堂中呈現的材料各不相同，但是教師都有意識地利用這些有結構的材料為學生的探究活動做鋪墊，讓學生在實踐中體驗科學、在思考中深化認知、在體驗中提升素養，構建指向思維和實踐共生的科學課堂。

二、有結構的設計，搭建指向思維和實踐共生的課堂框架

1.設計的結構性

在設計方案的過程中，教師要從多個角度入手，準確預設學生研究的課題方向，深入分析每個學生的實際情況，以最壞的研究結果來預設研究方案，使課堂教學靈動、和諧，學生的思維活動達到理想狀態。

例如，教學“核桃碎了”這一實驗時，教師通過“如何利用10 mL的水弄碎核桃”這個問題，組織學生開展探究性學習。為了支撐研究，教師先通過粗細不同的注射器中10 mL水的對抗，引導學生發現力量的差別。借助數顯式測力計，學生通過數據明確粗細不同的注射器中10 mL水的力量差異。然后，教師從手拿注射器壓核桃到固定注射器壓核桃，讓學生感受單獨的注射器在實驗過程中出現的問題，從而引入注射器液壓裝置，突出其在實驗過程中的優勢，讓學生改進材料裝置，完成學習任務。在活動設計中，教師充分考慮了學生探究實驗時可能出現的問題，循序漸進地引導學生逐步解決問題，完成項目的學習。

再如，教學蘇科版教材一年級上冊《球會怎樣滾》一課時，教師提供一個軌道，讓學生思考“不提供力，如何讓球滾起來”的問題，學生建議將軌道傾斜。教師找來一個底座，與軌道形成一個斜坡，讓學生思考“球在軌道上滾動可能與什么有關”的問題。圍繞坡度大小、球的位置、球的大小三個方面，教師首先在15°角、30°角、45°角的斜坡上演示球滾動的情況，得出球滾動的距離與坡度有關;接著，在60°角、80°角與45°角的坡上演示球滾動的情況，得出“不是角度越大，球滾動得越遠”的結論。對球的位置、球的大小對球滾動的距離的影響，教師讓學生嘗試預測并設計實驗。整個教學活動，教師的教學思路如下：一個坡的探究活動—有底座的坡的探究活動—不同角度的坡的探究活動—V型坡的探究活動—從一個球的滾動情況到多個球的滾動情況的探究活動—從牛頓擺一個球的滾動情況預設到牛頓擺多個球的滾動情況預設。有結構的活動預設支撐起立體的研究活動，教師引導學生充分研究球滾動的情況，打造了指向思維和實踐共生的科學課堂。

2.設計的程序性

科學探究活動可以使學生在40分鐘內經歷一個完整的研究過程，即經歷提出問題、猜想假設、實驗設計、分析數據等過程，從而培養學生分析與綜合、歸納與概括的能力，深化學生對知識的理解。例如，教學蘇科版教材四年級下冊《擺》時，教師提出問題：“擺的運動速度與什么相關？”學生猜測擺的運動速度可能與擺線、擺錘和振幅有關。教師給學生提供不同質量的擺錘、不同長度的擺線等材料，讓學生通過對比實驗，分析得出擺的運動速度與擺線的長度有關，與擺錘的質量、振幅沒有關系。

對工程設計類的課程，教師可以先通過多媒體讓學生體驗工程人員的研究過程，如前期研究、設計方案、制作模式、測試改進等，然后嘗試動手操作，培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力。例如，教學蘇科版教材五年級上冊《小電路工程師——樓梯篇》時，教師提出課程學習目標：設計一個合理的樓梯開關。學生在初步設計后發現，自己的電路開關會出現“一人上樓后，別人就不能開一樓的燈”的問題。為了解決這個問題，學生完善設計，但又出現了“一樓、二樓的燈不能循環亮，而是一次性亮或滅”的問題。學生接著對問題進行分析，不斷完善設計，經歷了“一個開關控制燈泡的兩個開關—一個開關分別控制燈泡的兩個開關—兩個開關同時控制一個燈泡的亮和滅”的過程，最終解決出現的問題。整個研究過程始終抓住學生的認知沖突，利用反復改進的迭代設計來解決問題。

為了讓探究活動更有計劃、更有針對性，教師可以按“設計方案—制訂評價標準—完善設計—動手操作—評價—改進”的順序設計活動，讓“思”始終走在“做”之前，指導“做”的方向，使課堂教學更高效。

三、有結構的活動，支撐指向思維和實踐共生的課堂整體

1.活動的關聯性

教師可以通過有邏輯關系的活動設計，層層鋪墊，環環相扣，讓學生始終處于做中思、思中做、做思共生的氛圍中，以提高課堂活動效率，打造高效的“做思共生”課堂。

例如，教學蘇科版教材五年級上冊《光的反射》時，教師圍繞激光筆打靶來展開教學：直接射靶，讓學生感受光的直線傳播;先引導學生思考如何觀察光的直線傳播，然后用煙霧持續射擊，通過煙霧的運動軌跡展示光沿直線傳播的路徑;增加難度，遮擋靶，但仍要打中靶心，讓學生想辦法解決問題;引入小鏡，通過光的反射原理打中靶心，使學生明白入射光線和反射光線都是沿直線傳播的;固定激光筆打靶，引導學生思考如何在入射光線與反射光線各不相同的情況下打中目標;增加一面小鏡，分組試驗，進一步認識光的反射現象，為引入潛望鏡奠定基礎;提高難度，讓學生思考如何看清遠處盒子里裝的東西;學生通過鏡子的反射看清盒子里的東西;引入兩面鏡子，降低觀察難度，介紹潛望鏡;通過潛望鏡的體驗活動，進一步拓展學習光的反射知識。

在課堂教學過程中，教師逐級設計打靶任務，讓學生如同玩闖關游戲那樣完成階梯任務，解決一個個新問題，從而理解與掌握光的反射知識。

2.活動的層次性

通過不同層次的活動設計，有針對性地進行活動指導，更容易把控課堂的動態生成，使課堂動靜結合、節奏流暢，學生更積極主動地學習。

例如，教學蘇科版教材二年級下冊《磁鐵的吸力》時，教師先利用觀察到的現象引入研究問題“磁力是怎樣減弱的”，然后借助電子秤、螺桿和磁鐵，讓學生觀察實驗情況。教師按照“一塊磁鐵磁力減弱的情況—一塊與多塊異性磁鐵放在一起時磁力減弱的情況—多塊磁鐵異性磁極相間排列時磁力減弱的情況—一對相斥、兩對相斥、三對相斥、四隊相斥等多塊相斥磁鐵排列時磁力減弱的情況”的順序進行實驗，層層深入地讓學生在比較實驗中了解磁力是如何減弱的，以及磁力減弱受什么因素影響。

例如，筆者曾聽過一節蘇科版教材五年級上冊《解釋》的公開課，教學伊始，教師以“嚼口香糖感受口香糖在口腔中的變化”的任務，讓學生描述感受。學生通過親身體驗后描述感受：“剛開始嚼的時候，口香糖是硬的;嚼了一會兒后，口香糖變軟，甜味和薄荷味越來越濃;幾分鐘后，口香糖還是軟的，但是甜味和薄荷味消失了。”教師趁機告訴學生：“這種感受是個人的真切體驗，是一種事實。”接著，教師提出問題：“口香糖為什么會出現這些變化？”學生分析后認為：口香糖的糖衣可以溶解，但膠基不能溶解。教師告訴學生：“這樣對問題進行分析并得出結論，就叫解釋。”隨后，教師讓學生體驗“同時咀嚼口香糖和薯片，口香糖會消失”的活動。學生通過活動講述膠基+薯片會消失的事實，分析可能是膠基與薯片的成分發生了反應。教師告訴學生：“雖然可以通過相關信息對一個現象進行解釋，但實驗可以驗證解釋的正確性。”課程中，教師利用“單獨嚼口香糖—同時嚼薯片和口香糖”的漸進性活動，加深學生對事實和解釋的概念的認識。

再如，教學蘇科版教材六年級上冊《鋼筋混凝土和現代建筑業》時，教師通過創設情境，讓學生觀察分析普通混凝土和鋼筋混凝土的不同，為模擬制作和進行對比實驗做好認知準備。在制作和測試的過程中，教師先讓學生思考如何進行普通混凝土和鋼筋混凝土的承重對比實驗，以及實驗中需要注意的細節，再讓學生動手模擬制作兩種混凝土磚塊。學生親歷了兩種磚的承重實驗，了解了鋼筋混凝土在抗壓強度方面的優勢，明白優質的材料對現代建筑業發展的重要作用，對所學知識的掌握更扎實了。

這種有結構的活動設計，由于研究活動各層次之間有邏輯關系，所以課堂教學設計得更連貫，能使學生的思考不斷深入，科學思維更嚴密。這種層層相扣的活動，使學生的思維產生碰撞，迸發出智慧的火花。

有結構的材料、有結構的設計、有結構的活動，三者之間的有效融合呈現“思”的骨架，構建“做”的脈絡，造就指向科學思維和實踐共生的科學課堂，充分發揮了學生的主觀能動性，最終實現了科學育人的目標。

（責編 杜 華）