模型建構　推理論證　質疑創新

謝曉靜

【摘? ?要】2021年，浙江省圍繞小學科學中的科學思維和實踐應用兩方面進行了學業監測。學業監測突出兩大目標：一是以評價促進學生核心素養發展；二是以評價改進和優化教學。研究者從“模型建構、推理論證、質疑創新”三個維度對學生思維能力的發展進行了一系列思考，以期為一線教師的教學和評價提供相關思路。

【關鍵詞】小學科學；學業監測；科學思維；實踐應用

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022年版課標”）指出要構建素養導向的綜合評價體系。包括：改進結果評價，重視正確價值觀、必備品格和關鍵能力的考查；強化過程評價，重視“教—學—評”一體化，關注學生在探究和實踐過程中的真實表現和思維活動。2021年，浙江省圍繞小學科學中的科學思維和實踐應用兩方面進行了學業監測。本次學業監測充分發揮評價的導向功能、診斷功能和教學改進功能，突出了兩大目標：一是以評價促進學生核心素養發展；二是以評價改進和優化教學。本文以2021年浙江省小學科學學業監測中的部分試題為例，分析學生在做題過程中展現的真實思維能力，討論與之相關的教學思考，幫助一線教師精準把握教學方向。

一、多管齊下、突破學生模型建構的困境

（一）減少陌生感，破解學生模型建構的思維障礙

試題呈現

如圖所示，小明將四種動物分成兩類。

小明的分類依據是（? ? ）。

A.是不是昆蟲 B.能不能飛行 C.是不是卵生

上述試題考查的是學生在模型建構中“通過比較、分類、排序等方法，確定事物的共同特征”的能力。閱卷結果顯示：約72.0%的學生選擇A（正確選項），反映出大部分學生理解這四種常見動物的身體特征、運動方式、繁殖方式；約4.1%的學生選擇B（錯誤選項），表明這部分學生不了解這四種動物的運動方式，也不具備直接從圖中獲取信息的能力；約23.0%的學生選擇C（錯誤選項），表明這部分學生了解這四種常見動物的運動方式，但無法辨析它們的繁殖方式。本題未作答的學生約占0.9%。

問題歸因

為什么會有約23.0%的學生錯選C？可以從試卷命制的試測訪談中得出結論。具體訪談內容如下。

測試員：你選擇了C，你的依據是什么？

生A：螞蟻和蜻蜓是卵生的，野鴨也是卵生的。蝙蝠我不熟悉，但它會飛，和鳥很像，我猜它也是卵生的。所以我把卵生的動物分成了大、小兩類。

生B：其他幾種動物我都比較熟悉。上課時，老師沒有講過蝙蝠，我在生活中也沒看到過這種動物，所以我是亂猜的。

生C：我不知道蝙蝠的大小，看不清楚它的腳有幾只，所以不確定它是不是昆蟲。于是我選了C。

從上述訪談中可以發現，學生對蝙蝠這種動物比較陌生。教材中雖然呈現了表明蝙蝠繁殖方式的插圖，但沒有用相關文字進行解釋。如果教師沒有在教學中進行介紹和分析，學生就無法獲取關于蝙蝠繁殖方式的有效信息，也難以做出科學的判斷。

實操建議

1.立足教材，厘清分類內涵。教學中，教師要引導學生利用分類標準對常見的事物進行分類，并指導學生對分類結果進行交流和評價。如開展“鑒別大會”“我們來找茬”等活動，讓學生對錯誤的分類結果加以分析，找出導致分類錯誤的各種原因。

2.拓展情境，逆向推斷屬性。教師要創設有趣、真實的探究情境，引導學生利用給定的分類結果，推斷分類標準或分類依據。這種逆向思維有助于學生歸納同類事物的共同屬性，從而幫助學生發展邏輯推理能力。

3.精選素材，激發認知沖突。對于學生相對陌生的素材，教師要提倡學生開展課外閱讀活動，了解更多的模型素材。如生命世界領域的動物和植物等，都可以通過課后閱讀進行了解。教學中，教師應尋找適合學生進行分類研究的具體教具、素材，精選能夠引發學生認知沖突的分類項。當學生很難用前概念進行識別、判斷、分類時，教師要引導學生進行探究、研討，幫助學生建立一個牢固的思維模型。

（二）圖文并重，打通學生模型建構的思維路徑

試題呈現

在“風的成因”實驗中，小明用箭頭線表示空氣流動的方向，正確的是（? ? ）。

同樣是考查模型建構能力，上述試題指向“用示意圖或物理模型來表達事物的結構、變化及事物之間的關系”，屬于分析層次的認知水平。閱卷結果顯示，約66.2%的學生選擇A（正確選項），他們能將模擬實驗中觀察到的直觀現象轉化成簡單的示意圖，初步形成“空氣流動形成風”的科學概念；約19.7%的學生選擇B（錯誤選項），這部分學生沒有很好地掌握“熱空氣會上升”的科學概念，因此對空氣流動的方向不明確；約14.0%的學生選擇C（錯誤選項），這部分學生掌握了“熱空氣會上升”的科學概念，但沒有掌握“冷空氣向熱空氣方向流動，從而形成風”的科學概念。本題未作答的學生約占0.1%。

問題歸因

在對本試題進行歸因分析時，筆者提取了與“科學思維水平影響因素”相關的問卷結果（如表1），發現完全符合“會利用圖表等方式對科學知識進行整理”的學生的科學總分為76.15分，完全不符合的學生的科學總分為69.51分，相差近7分。由此可見，在實驗教學的基礎上，教師要引導學生用示意圖的方式梳理和呈現科學知識，使學生形成模型建構思維。

實操建議

1.引導現象感知，使學生實現從觀察到解釋的突破。教師要引導學生對實驗現象進行觀察、分析。如在“風的成因”實驗中，教師可以先讓學生觀察進風口紙條或棉絮的飄動方向以及出風口紙條或棉絮的飄動方向，再引導學生畫出示意圖，并向全班同學展示示意圖，表達風的形成原因，最后解釋自然界中風的成因。

2.精準改進教具，使實驗實現從“暗箱”到可視的轉變。教師在準備教具時，可以用透明的方形材料代替紙盒；使用燃燒后會產生有色煙霧的材料，讓空氣流動的路線更加明顯；在進風口、出風口處粘貼紙條或棉絮，讓學生觀察它們的飄動情況……這些可視證據能夠幫助學生解釋風的成因。

3.引導畫圖表示，使知識實現從抽象到直觀的轉變。如在“風的成因”相關內容的教學中，教師可以指導學生把觀察到的現象用畫圖的方式表示出來，包括煙霧的走向、空氣流動的方向、對煙霧及空氣流動方向變化的解釋說明。這樣的過程有助于學生內化知識，形成科學思維。

二、言行一致，厘清學生推理論證的關鍵路徑

試題呈現

北京的冬天很冷，小明通過天氣預報了解到北京某一天的最低溫度為-17℃。下表展示了三種溫度計的測量范圍。

若要測量北京冬天的氣溫，最好選擇（? ? ）。

A.①號溫度計 B.②號溫度計 C.③號溫度計

上述試題考查學生的推理論證思維能力，約64.31%的學生選擇A（正確選項）；約19.48%的學生選擇B（錯誤選項）；約15.86%的學生選擇C（錯誤選項）。選擇B、C的學生沒有關注到“北京某一天的最低溫度為-17℃”這一關鍵信息，說明他們不能很好地從題目中提取信息、分析信息、得出數據。本題未作答的學生約占0.35%。

問題歸因

在對本試題進行歸因分析時，筆者同樣提取了與“科學思維水平影響因素”相關的問卷結果（如表2）。通過對問卷結果進行分析，可以發現：對“科學課上，老師讓我們親自動手做實驗”這一問題，選擇“從不”的學生的科學總分為61.8分，選擇“總是”的科學學生的總分為76.1分，相差14.3分。對“科學課上，老師要求我們對實驗結果進行分析，得出實驗結論”這一問題，選擇“從不”的學生的科學總分為59.6分，選擇“總是”的學生的科學總分為76.5分，相差近17分。也就是說，讓學生做實驗，且做過實驗后組織學生進行分析、表達、論證的做法能幫助學生形成推理論證能力。

實操建議

1.在情境中運用。教師要創設不同的情境，讓學生選擇合適的溫度計進行測量。如設置“小A感冒了，要測量體溫，該用哪種溫度計？這種溫度計的測量范圍是怎樣的？”的情境，利用這一情境調動學生的生活經驗，幫助他們將所學的科學概念與實際生活聯系起來，讓科學知識為實際生活服務。

2.在比較中發現。教師可出示體溫計、氣溫計、水溫計三種溫度計，讓學生對三種不同的溫度計進行比較。學生結合前面所學的氣溫計的結構和使用方法，對比觀察三種溫度計，了解每種溫度計的測量范圍，發現不同溫度計的使用范圍不同。

3.在表達中論證。在學生觀察與比較之后，教師要引導學生進行交流表達和推理論證。這一過程是提煉科學概念的過程，也是培養學生推理論證能力的過程。

三、活動深刻，構建兒童質疑創新的支持系統

試題呈現

小明在野外撿到了三塊不同的“巖石”，想知道它們的名稱。于是，他把三塊“巖石”沖洗干凈，晾干后貼上編號。通過肉眼觀察、相互刻劃，小明還是無法確認這三塊“巖石”的真實名稱。你認為，小明接下去應該怎么做？請寫出其中兩條建議。

建議 1：________________________________________

建議 2：?________________________________________

上述試題是一道典型的質疑創新類題目。本題涉及教科版《科學》四年級下冊《制作巖石和礦物標本》一課的知識點，指向質疑創新中的“對自己或他人的探究過程和結果提出新建議”，屬于創造層次的認知水平。

學生的作答分三個水平（如圖1）。高水平的回答能給出探究方法和探究過程，并完整地進行解釋說明；中水平的回答只提及探究方法或探究中使用的工具，沒有對探究過程進行解釋說明；低水平的回答只是含糊其詞或摘錄題目中的內容和方法，如向教師請教或和同學討論等。

學生的作答中，高水平的回答僅占16.4%，中水平的回答約占64.4%，低水平的回答約占19.2%。大部分學生在“對自己或他人的探究過程和結果提出新建議”的質疑創新思維方面，還有很大的提升空間。

問題歸因

在對本試題進行歸因分析時，筆者提取了與“學科教學方式與學科核心能力得分率”相關的問卷結果（如表3）。通過對問卷結果進行分析，可以發現：在“分組做實驗時，完成得快的小組，科學老師會給出新的任務或者新的材料”這一調查中，選擇“常常”的學生的科學得分僅為72.9分，選擇“從不”的學生的科學得分為75.7分。無獨有偶，在“同一個學習任務，科學老師會提出不同的要求供我們選擇”這一調查中，選擇“常常”的學生的科學得分僅為73.4分，選擇“從不”的學生的科學得分為75.2分。

以上監測數據說明：一個接一個的學習任務可能在一定程度上阻礙了學生的深度理解，從而導致學生高水平作答能力的缺失。

實操建議

1.關注探究方法的提煉。實驗探究時，教師不應布置過多的任務，而要引導學生對一項實驗進行深度研究，使學生加深對事物本質的理解。教師應關注探究方法的提煉，引導學生充分表達“觀察巖石特征的方法”和“識別一塊巖石的方法”，從而提煉操作要點，形成班級共識。

2.關注實驗后的反思。學生辨識巖石后，教師要組織學生對結果進行反思。如：你是否成功識別出了巖石？如果沒有識別出來，可能是什么原因造成的？該怎么做？如果識別出來了，你的依據是什么？由此讓學生在反思、質疑中獲得成長。

3.關注表達的規范性。教師要盡可能給予學生表達的機會，同時要關注學生表達的規范性。教師可以給學生提供一些支架，讓學生利用支架表達自己的觀點。如“我借助______（方法），觀察到這塊巖石的______（特征）”“我認同/不認同某同學的觀點，我認為______（觀點），我的理由是______（證據）”。

本次小學科學學業監測秉持科學性、專業性和客觀性的原則，始終倡導“以評價促進學生學習，以評價改進和優化教學”。期待一線教師能走進試題，也能走出試題，聚焦教學思考，突破教學重難點，穩步推進2022年版課標的實施。

（浙江省溫州市甌海區教育研究院）