科學情境學習中高階思維的早期滲透

【摘 要】高階思維是一系列認知成分協同作用的復雜思維過程。在小學科學教學中，教師應有意識地憑借情境整合學習任務，鋪設思維進階之梯；引導兒童在情境中探究、反思；引領兒童通過操作、想象參與模型建構。這可促進學生的思維由低階向高階逐步演進。

【關鍵詞】科學情境學習；高階思維；探究實踐

【中圖分類號】G623.6? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2023）09-0068-03

【作者簡介】王亦晴，江蘇情境教育研究所（江蘇南通，226001）所長助理，一級教師。

高階思維作為一種較高認知水平的心智活動，極大地影響著人們解決復雜問題以及創造、決策的能力。當前，對創新型人才的需求，也使得科學教育領域愈發重視學生高階思維的培養。但思維發展是一個連續的過程，高階思維的形成必有其基礎。筆者認為，在小學階段兒童思維發展的早期，教師憑借情境有意識地提高學生科學學習中思維的“含金量”，滲透高階思維的必要成分，對日后提升兒童的高階思維能力大有裨益。

一、學習任務整合，鋪設思維進階之梯

高階思維是一系列認知成分協同作用的復雜思維過程。小學生對復雜問題的拆解能力較弱，往往會無從下手，陷入迷茫。而將一組學習任務有梯度地整合起來，從低階開始一步步“復雜化”，就可以幫助、引導學齡初期兒童實現思維進階。

以蘇教版二上《曬太陽》一課為例，學生通過之前的學習知道了一天中太陽位置的變化。教材也提供了通過太陽位置辨別方向的基礎口訣“早晨，面對太陽，前面是東，后面是西，左邊是北，右邊是南”。學生若僅僅識記這些知識，其思維活動還處于低階層次。教材緊接著安排了“根據平面圖標出方向”的小練習。圖上時間是早晨8點，太陽的方向與口訣完全一致。學生通過簡單比對，進入了理解（消化）口訣的層次，此時才算是站在了高階思維的起點上。

依據“最近發展區”理論，筆者又設計了另一張與口訣完全相反的“傍晚時分平面圖”。學生迅速發現：畫面上兒童面朝的方向是西，所以“左面是北”在新的情境中就變成了“右面是北”。這種反向運用，培養了學生的逆向思維，而轉換思維的角度，恰是高階思維中“創造”的重要一環。

即便如此，反轉平面圖的設計還是停留在“語言和概念”的層面。因此，筆者又設計了更高一個層次的真實情境，在上午第三節課帶領學生來到校園，引導其嘗試綜合運用所學知識解決實際問題。

師：誰知道現在太陽在哪個方向？

生：中午太陽在南方。

師：請大家面朝太陽站立，接下來我們可以確定哪個方向呢？

生：后面是北。

師：大家向后轉，朝北站立。我們剛剛背的口訣是，面朝東時，左邊是北。現在我們已經找到了北面，誰能想辦法找出東面？

（有幾位學生想出了轉動身體，使北面變到自己左手邊的方法。）

師：這個方法真不錯，這么一轉就又變成左面是北了。

生（全體學生轉身，高興地叫）：前面是東。

要解決這個情境中的問題，學生需要根據實際情況，結合之前所學的兩個知識點，有順序地進行分析、判斷。而分析和判斷已屬于高階思維，有一定難度。筆者適時找出思考的切入點，為學生搭建“腳手架”。最終在教師、學生的協作中，學生通過轉動身體找到了解決問題的方法。其間的“探索性對話、建構式互動、引導式參與”，都是影響個體高階思維發展的因素。

綜觀整個學習過程，兒童不再是掌握一個一個孤立的知識點，真實的生活情境將知識有機融合起來，學生在運用中體會到了知識之間的相互聯系，體會到了所學知識的意義。這正是李吉林老師所主張的“學用結合、鏈接生活”。而幾個學習任務的整合，也不只是形式上的整合，還有認知和思維層面的整合，這有助于兒童從低階思維向高階思維逐步躍遷。

二、探究反思融合，具身置換“樸素概念”

科學教學中經常會面臨“科學概念”與兒童頭腦中已有的“樸素概念”相矛盾的問題。所謂“樸素概念”，是指幼兒對于直面的事物所擁有的某種知識與思考。例如，在前面《曬太陽》的課例中，學生普遍習慣性地認為自己面朝講臺，黑板所在的方向是東，教室門所朝的方向是南。但經過在校園中的實地探究以及之后小組憑借指南針測量，學生發現指針比預想的角度偏離了15度。其實這次“發現”是在意料之中的，因為學校的建筑方位是正南偏西，這恰恰可以生成學習的資源，讓學生通過實踐、驗證，以實事求是的科學態度反思自己的已有認知，從而有效地置換其樸素概念，學會用更加科學的眼光看待事物。

教學“用簡易望遠鏡觀察”這一內容時，筆者同樣設計了引導兒童反思、探究的問題。學生用簡易望遠鏡觀察物體后，筆者提問：你們通過望遠鏡看到的物體是正立的還是倒立的？學生表示圖像是正立的。筆者進一步追問，那課本上為什么畫著小男孩通過望遠鏡看到的圖像是倒立的呢？學生根據頭腦中的樸素概念隨即回答：他把望遠鏡拿反了。此時筆者并沒有立刻否認學生的判斷，更沒有直接拋出科學概念，而是讓學生嘗試動手實踐，驗證自己的猜想，學生試著把望遠鏡反過來，觀察物體。學生有的旋轉望遠鏡不同的面來看（實驗器材中簡易望遠鏡的形狀是長方體），有的把望遠鏡的“物鏡”當成“目鏡”來觀察，結果發現不管怎么“反著看”，觀察到的圖像都是正立的。筆者在此基礎上總結：看來事實不是我們想的那樣，有時候我們以為的、習慣性的判斷是不科學的，要通過實踐來驗證。此時再揭示其中凹凸兩種透鏡的奧秘，就水到渠成了。

具身經驗使學生的樸素概念更容易被科學概念所置換。李吉林老師之所以倡導“以思為核心，以兒童活動為途徑”，正是因為兒童的思維很大程度上建立在直觀感受的基礎上，脫離真實體驗的科學概念是很難真正被兒童接納的。實證研究也表明，學習是根植于身體的。即便是抽象概念的學習，也是以身體經驗為基礎的，復雜高階的認知和學習活動也是具身性的。

三、操作想象結合，滲透模型建構意識

《義務教育科學課程標準（2022年版）》中明確要求學生“掌握基本的思維方法”，這包括“抽象與概括、聯想與想象”等，并提出學生應“具有初步的模型理解和模型建構能力”。二年級學生在教師的指導下參與簡單操作，可以憑借模型更直觀地理解較為復雜的科學概念，進而在早期養成模型建構的意識。

例如，在二上《看月亮》一課的教學中，學生通過觀察“月相盒”，看到了盒子里不同形狀的月亮，覺得很神奇。基于此，筆者讓他們打開盒蓋，看看里面都有些什么。學生發現了中間的小球。筆者提問：這就是剛剛藏在盒子里的“月亮”，那么，誰知道盒子里的“太陽”在哪兒？學生通過觀察與聯想，找到了小燈泡是“太陽”。

接著，筆者用一個深藍色的皮球模擬“月亮”，用聚光電筒模擬“太陽光”，請一個學生持手電筒當“太陽”，照射“月球”，讓幾個學生擔當“地球上的觀測者”，筆者再圍繞觀測的學生移動皮球。學生清楚地看到“月球”上亮區的變化，整個過程其實是用類比和簡化的方式模擬“太陽照射月球，地球居民觀測月球，月球繞地球公轉”的天體運行模式。

在這個模擬的情境中，學生不是旁觀者，而是作為學習主體積極參與到情境的建構中，形成一種“有我之境”。學生借助觀察和想象，初步在頭腦中建立起了立體的、運動的模型結構。

觀察結束后，筆者總結：太陽和月亮雖然離我們十分遙遠，但通過簡單的模擬運動，同學們也能了解月相變化的原因，這可是一種了不起的學習方法，它叫作“建立模型”。科學家們也常用這種方法來解釋問題，突破難點。

對學生來說，雖然憑借“模型”去思維的意識還是初步的、模糊的，但在今后的學習中，隨著應用模型學習頻次的增加、經驗的積累，其會逐漸習得這種思維方法，在潛移默化中提升科學思維能力。

綜上所述，情境使兒童的科學學習更形象、更直觀、更真實、更具體。因此，教師應充分發揮情境“整合、啟智、激勵、熏陶”的作用，有意識地瞄準情境設計中的思維目標，通過提問引導、探究實踐、反省驗證等方法，促進兒童的思維由低階向高階逐步演進。

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