設計《增加船的載重量》探究活動助推學生思維進階

王靈妍

〔摘? ? 要〕? 2022年版科學課程標準明確提出，把科學思維作為科學核心素養之一。但是在教學實踐中依舊存在教師“重探究過程輕思維發展”的情況，針對思維進階的學習活動設計得不多。本文以五年級下冊《增加船的載重量》一課的三次活動設計探索為例，提出科學探究活動的開展應當：解讀學生，把握思維進階起點；解構教材，設計“階”式活動，推動學生思維逐層進階；通過遷移應用，拓展思維，促使學生思維向更深層次發展。

〔關鍵詞〕? 小學科學；思維進階；探究活動

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 15-0034-03

2022年版《義務教育科學課程標準》提出，要培養學生的科學核心素養，并第一次明確地把科學思維作為科學核心素養之一。但是在教學實踐中，依舊存在教師拘泥于探究過程、對科學學習過程中學生思維的發展重視不足的情況，針對思維進階的學習活動設計得不多。因此如何在科學課中精構活動設計、推動學生思維進階是非常有意義的。

《增加船的載重量》是五年級下冊第二單元第四課內容，在本課中，學生將根據真實船舶的需求完成設計制作、解決載重量等問題。這課內容融合了技術工程與數學的知識，還滲透著最優化的思想。學生經歷這樣的實踐過程，可以促進其科學思維、科學創新能力及探究能力的發展，并在實踐中建構相關科學概念。然而，在實際教學中，教師不是直接限定數據“造船”，就是完全放手讓學生自由設計后再“造船”。兩種教學，要么限制了學生思維，要么過于放開，教師難以收場，走了兩個極端。因此，筆者以本課為實例，進行連續三次改進的課例研究，研究如何在有效的課堂教學時間內，既讓學生經歷完整的技術與工程過程，又能推動思維進階發展，實現深度學習。

一、造船“初體驗”——造船不能為了造船而忽視思維參與

教材中對于探究活動的設計思路非常清晰，筆者初次教案中對于探究活動也大致是按照教材的編排來設計的。

（一）過程描述

探索活動1：設計。設計是工程的關鍵，這是學生在本單元第一次帶著數據設計。教科書提供了三艘鋁箔船設計圖及實物圖，幫助學生將設計圖與實物相聯系。

探索活動2：制作。學生根據設計圖紙，制作三艘不同底面積的船。筆者借助教具箱中配套的三艘紙船模型制作了造船微課，降低造船難度。

探索活動3：測試。利用墊圈測試載重量。教師通過匯總小組的數據得出“體積越大，載重量越大”的結論。

（二）問題反思

第一次“造船”，費時兩節課才完成原本預定一節課的內容，連本節課的基本目標都沒有完成。學生實踐后一致認為“底面積越大，載重量越大”，問題出在哪里？

教師高估了學生的設計繪制能力。盡管教師提供了設計圖紙及紙船模型，但學生是第一次接觸，還是有些無從下手。

規定的數據限制了學生思維的發展。尺寸是教師直接提供的，整節課中學生沒有主動參與思考的機會，思維被牢牢禁錮，要想主動發現“體積與載重量”之間的關系更是難上加難。

（三）改進想法

通過反思教學中出現的問題，要在有限的課堂時間內完成教學任務，必須降低要求。

降低設計制作要求。三艘船分別做不同程度的處理，或畫好尺寸或制作完成。這樣的處理既能讓學生體驗設計、制作鋁箔船的過程，又能很大程度地節約時間。

整合活動，節約時間。將設計與制作活動進行整合。兩個活動的合并，在一定程度上可以節約時間，學生在設計之后直接制作，活動也更具銜接性。

增加拓展環節，制造思維沖突。教師事先準備底面積小一點但體積更大的新尺寸船，現場演示測試載重量，學生產生思維沖突，促進其深度思考。

二、造船“再改進”——造船不能讓學生思維在條框中發展

這次的改進教學，旨在依據學生能力水平降低設計制作要求，制造思維沖突點，以發展學生思維，讓學生能在有限的時間內經歷完整的工程設計過程，同時，借助拓展活動為學生的思維發展搭建支架。

（一）過程描述

探索活動1：設計及制作。一號船事先畫好尺寸，但不制作；二號船畫好尺寸并事先制作完成；三號船不做任何處理。這樣的處理大大降低了活動難度，每組學生都能在10分鐘內完成此項任務。

探索活動2：測試載重量。分別用墊圈測試三艘船，通過匯總小組數據，發現1號船載重量最大。

學生現場進行測試后發現，底面積更大的鋁箔船載重量小于1號船，甚至還小于2號船。

現場測試的結果與學生先前的觀點產生了思維碰撞，學生不得不重新思考影響船只載重量的因素，此時，正是學生思維深度參與的過程。教師順勢引導至“體積”，學生通過計算發現，影響船只載重量的是體積，而非底面積。

（二）問題反思

通過上述改進，預設的任務能在有限的一節課時間內基本完成，并且成功建構了“船的體積越大，載重量越大”的科學概念，看似較好地完成了教學目標，尤其是拓展環節激發學生的思維發展。但是從學生的素養發展來看，這仍舊是一節傳統意義上的科學課，教師注重的仍是科學結論的得出。

學生缺乏造船動機。學生在教師的安排下步步操作，不知為何要造船，更不知為何要選擇這三種造船尺寸，只是遵循教師的要求參與活動，缺乏內在探究動機。

學生的科學思維雖有所發展，但僅限于教師限定的框框內。本節課從尺寸選擇到設計到測試，全為教師規定。雖然教師增加了拓展活動制造思維沖突，但此思維沖突來得太遲，且目的僅為引出“體積”，為建構科學概念服務。一節教師占主導地位的課堂、學生思維受限制的課堂，如果僅僅是為完成科學概念的目標，本節課是成功的，但是從學生的素養發展來說，答案顯而易見。

（三）改進想法

開展任務驅動教學。自我需求是思維融入的第一步。以一項任務驅動學生造船，既能提升學生學習興趣，又能激發學生自主探究。

遵循學生想法，由學生自主選擇尺寸，思維不再受限制。教師更換原薄型鋁箔紙為5mm厚度鋁箔紙，無須船模也能造方形船。這既降低了制作難度，又為學生自主選擇尺寸提供了可行性。

整合零散活動，開展長時探究。本節課中共有三個活動，在學生能力范圍內進行整合，開展長時探究，有利于聚焦學生思維。

三、造船“三探索”——造船應當基于學生視角實現思維進階

本次設計改進的目的在于，站在學生角度設計探究活動，真正體現學生的探究主動性，促進學生的科學思維逐層進階。

（一） 過程設計

本次教學以“造一艘載重量大于教師設計的方形船”為任務驅動，學生開展造船活動。任務驅動式教學能激發學生自主探究意識，把學生置于學習的中心。

筆者認為，學生的思維發展需要建立在思維有參與、學生有思考基礎之上。通過前兩次執教，筆者發現，在材料一定的情況下，學生會用增加船舷高度或增大底邊邊長的方法，意圖增加船的載重量與邊長。此為學生思維進階起點。怎樣讓學生站在思維起點處“跳一跳摘桃子”？需要教師跳出教材的束縛，用教材教而非教教材，改進教材中的探究活動，促使學生思維逐層進階。本次活動側重點在于，自由選擇尺寸制作并測試，因此不同于前兩次小組自行繪制，教師提前預設學生可能會想到的尺寸并繪制完成，課堂上由學生自主選擇相應尺寸直接進入制作活動。

一個長時探究活動中實則包含2～3個小活動，從造基礎船到造優化船，學生經歷了思考猜測—制作—驗證—再次思考—再次制作—再次驗證。活動層層遞進，學生思維也逐級發展，實現進階。實驗結束后，師生交流研討，展示實驗發現，教師適時板書學生設計的尺寸，通過實驗驗證，找出載重量最大的船只尺寸。

（二）教后反思

不同于前兩次的活動設計，教師對教材內容做了一些改進。此次探究活動是站在學生角度進行設計并開展的，學生的探究更具主動性，課堂氛圍更為開放。學生通過設計驗證及分析，自主發現影響船只載重量的因素，主動建構“相同大小、重量的材料制作的船型，體積越大，載重量越大”的科學概念。整個探究活動從尺寸選擇到制作再到測試，學生的想法占主導，是一節學生可以自己做主的課。顯而易見，這樣的課堂學生是喜歡的，氛圍是民主的，學生的思維在幾次遞進式任務驅動活動中逐層進階。

四、基于學生思維進階的探究活動設計策略

（一）解讀學生，把握進階起點

美國著名教育心理學家奧蘇伯爾說過：影響學生學習新知的唯一最重要的因素，就是學生已經知道些什么，要探明這一點，并據此進行教學。學生在學習新知識時，長期日常經驗已形成一定的認知基礎，探究活動的設計要以此為起點，符合學生的認知水平，在探究活動過程中促使學生思維由淺入深、由低階向高階水平發展。如《增加船的載重量》一課，學生根據日常經驗，對于如何設計尺寸以增加載重量已有自己的想法，或增大底面積，或增大體積。基于該認知起點，如果教師此時硬性規定設計尺寸，則遠遠落后于學生的認知水平，實為拖累學生的思維發展，不可取。

（二） 解構教材，設計“階”式活動

教材的設計一般是普適性的，但是教師所面對的每一位學生情況都不一樣，活動設計要以生為本。這時就需要教師在把握教材意圖的基礎上，適當調整，體現用教材教而非教教材。科學思維是學生參與探究活動的核心，教師在設計探究活動時，要特別關注學生的思維發展。學生的前概念是思維進階的起點，學習目標是本節課內的進階目標，而探究活動即為學生實現進階的路徑。為幫助學生自主并順利到達終點，活動的設計需要有“階梯性”，由淺入深，由表及里，促使學生思維隨著活動的進階而進階。《增加船的載重量》一課前兩次的執教教師忽略了學生思維的發展，活動看似多卻沒有層次性。為了讓學生順利到達目標終點，教師從活動一開始就“扶”著走、“拉”著走，甚至“抱”著走，學生的思維含金量微乎其微。第三次課堂實踐最大的改進即為活動的設計，三個活動由易到難，學生在20分鐘內實現了長時自主探究，并且在活動后根據實驗結果能自主修正前概念，建構新觀點，思維的進階發展顯而易見。

（三）遷移應用，拓展思維深度

如果說探究活動過程是學生思維參與并逐步進階的過程，那么遷移應用環節則是將思維持續深入和延伸。如《增加船的載重量》這一課，學生在探究活動中多次體驗了放墊圈的方式，教師可以以此為契機，提出生活中的貨物有各種形狀，可以怎樣改進船只，以保證其載重量。從增大船的體積到船艙分格結構，學生的小船模型越來越趨向原型，讓學生深切體會到不斷改進船只的必要性。雖然當節課的探究活動結束了，但是學生的探究沒有止步，思維發展沒有停歇，而是更加深入了。

科學思維決定學生科學發展的高度。以學生思維發展為主線的科學探究活動，需要教師充分解讀學生，把握思維進階起點，通過解構教材，不拘泥于教材，設計“階”式任務，實現思維向深層發展。通過遷移應用，繼續拓展思維深度和廣度，最終實現科學綜合思維能力向高階發展。

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[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]中華人民共和國教育部.小學科學教學關鍵問題指導[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3]劉晉斌.基于學習進階的小學科學課程與教學案例研究[M].杭州：浙江教育出版社，2021.