設(shè)計(jì)《增加船的載重量》探究活動(dòng)助推學(xué)生思維進(jìn)階

王靈妍

〔摘? ? 要〕? 2022年版科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出，把科學(xué)思維作為科學(xué)核心素養(yǎng)之一。但是在教學(xué)實(shí)踐中依舊存在教師“重探究過程輕思維發(fā)展”的情況，針對(duì)思維進(jìn)階的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)得不多。本文以五年級(jí)下冊《增加船的載重量》一課的三次活動(dòng)設(shè)計(jì)探索為例，提出科學(xué)探究活動(dòng)的開展應(yīng)當(dāng)：解讀學(xué)生，把握思維進(jìn)階起點(diǎn)；解構(gòu)教材，設(shè)計(jì)“階”式活動(dòng)，推動(dòng)學(xué)生思維逐層進(jìn)階；通過遷移應(yīng)用，拓展思維，促使學(xué)生思維向更深層次發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；思維進(jìn)階；探究活動(dòng)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? （2023）? 15-0034-03

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，并第一次明確地把科學(xué)思維作為科學(xué)核心素養(yǎng)之一。但是在教學(xué)實(shí)踐中，依舊存在教師拘泥于探究過程、對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中學(xué)生思維的發(fā)展重視不足的情況，針對(duì)思維進(jìn)階的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)得不多。因此如何在科學(xué)課中精構(gòu)活動(dòng)設(shè)計(jì)、推動(dòng)學(xué)生思維進(jìn)階是非常有意義的。

《增加船的載重量》是五年級(jí)下冊第二單元第四課內(nèi)容，在本課中，學(xué)生將根據(jù)真實(shí)船舶的需求完成設(shè)計(jì)制作、解決載重量等問題。這課內(nèi)容融合了技術(shù)工程與數(shù)學(xué)的知識(shí)，還滲透著最優(yōu)化的思想。學(xué)生經(jīng)歷這樣的實(shí)踐過程，可以促進(jìn)其科學(xué)思維、科學(xué)創(chuàng)新能力及探究能力的發(fā)展，并在實(shí)踐中建構(gòu)相關(guān)科學(xué)概念。然而，在實(shí)際教學(xué)中，教師不是直接限定數(shù)據(jù)“造船”，就是完全放手讓學(xué)生自由設(shè)計(jì)后再“造船”。兩種教學(xué)，要么限制了學(xué)生思維，要么過于放開，教師難以收?qǐng)觯吡藘蓚€(gè)極端。因此，筆者以本課為實(shí)例，進(jìn)行連續(xù)三次改進(jìn)的課例研究，研究如何在有效的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，既讓學(xué)生經(jīng)歷完整的技術(shù)與工程過程，又能推動(dòng)思維進(jìn)階發(fā)展，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

一、造船“初體驗(yàn)”——造船不能為了造船而忽視思維參與

教材中對(duì)于探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)思路非常清晰，筆者初次教案中對(duì)于探究活動(dòng)也大致是按照教材的編排來設(shè)計(jì)的。

（一）過程描述

探索活動(dòng)1：設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是工程的關(guān)鍵，這是學(xué)生在本單元第一次帶著數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。教科書提供了三艘鋁箔船設(shè)計(jì)圖及實(shí)物圖，幫助學(xué)生將設(shè)計(jì)圖與實(shí)物相聯(lián)系。

探索活動(dòng)2：制作。學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)3：測試。利用墊圈測試載重量。教師通過匯總小組的數(shù)據(jù)得出“體積越大，載重量越大”的結(jié)論。

（二）問題反思

第一次“造船”，費(fèi)時(shí)兩節(jié)課才完成原本預(yù)定一節(jié)課的內(nèi)容，連本節(jié)課的基本目標(biāo)都沒有完成。學(xué)生實(shí)踐后一致認(rèn)為“底面積越大，載重量越大”，問題出在哪里？

教師高估了學(xué)生的設(shè)計(jì)繪制能力。盡管教師提供了設(shè)計(jì)圖紙及紙船模型，但學(xué)生是第一次接觸，還是有些無從下手。

規(guī)定的數(shù)據(jù)限制了學(xué)生思維的發(fā)展。尺寸是教師直接提供的，整節(jié)課中學(xué)生沒有主動(dòng)參與思考的機(jī)會(huì)，思維被牢牢禁錮，要想主動(dòng)發(fā)現(xiàn)“體積與載重量”之間的關(guān)系更是難上加難。

（三）改進(jìn)想法

通過反思教學(xué)中出現(xiàn)的問題，要在有限的課堂時(shí)間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，必須降低要求。

降低設(shè)計(jì)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(xué)生體驗(yàn)設(shè)計(jì)、制作鋁箔船的過程，又能很大程度地節(jié)約時(shí)間。

整合活動(dòng)，節(jié)約時(shí)間。將設(shè)計(jì)與制作活動(dòng)進(jìn)行整合。兩個(gè)活動(dòng)的合并，在一定程度上可以節(jié)約時(shí)間，學(xué)生在設(shè)計(jì)之后直接制作，活動(dòng)也更具銜接性。

增加拓展環(huán)節(jié)，制造思維沖突。教師事先準(zhǔn)備底面積小一點(diǎn)但體積更大的新尺寸船，現(xiàn)場演示測試載重量，學(xué)生產(chǎn)生思維沖突，促進(jìn)其深度思考。

二、造船“再改進(jìn)”——造船不能讓學(xué)生思維在條框中發(fā)展

這次的改進(jìn)教學(xué)，旨在依據(jù)學(xué)生能力水平降低設(shè)計(jì)制作要求，制造思維沖突點(diǎn)，以發(fā)展學(xué)生思維，讓學(xué)生能在有限的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷完整的工程設(shè)計(jì)過程，同時(shí)，借助拓展活動(dòng)為學(xué)生的思維發(fā)展搭建支架。

（一）過程描述

探索活動(dòng)1：設(shè)計(jì)及制作。一號(hào)船事先畫好尺寸，但不制作；二號(hào)船畫好尺寸并事先制作完成；三號(hào)船不做任何處理。這樣的處理大大降低了活動(dòng)難度，每組學(xué)生都能在10分鐘內(nèi)完成此項(xiàng)任務(wù)。

探索活動(dòng)2：測試載重量。分別用墊圈測試三艘船，通過匯總小組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)船載重量最大。

學(xué)生現(xiàn)場進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn)，底面積更大的鋁箔船載重量小于1號(hào)船，甚至還小于2號(hào)船。

現(xiàn)場測試的結(jié)果與學(xué)生先前的觀點(diǎn)產(chǎn)生了思維碰撞，學(xué)生不得不重新思考影響船只載重量的因素，此時(shí)，正是學(xué)生思維深度參與的過程。教師順勢引導(dǎo)至“體積”，學(xué)生通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，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(jìn)，預(yù)設(shè)的任務(wù)能在有限的一節(jié)課時(shí)間內(nèi)基本完成，并且成功建構(gòu)了“船的體積越大，載重量越大”的科學(xué)概念，看似較好地完成了教學(xué)目標(biāo)，尤其是拓展環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的思維發(fā)展。但是從學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展來看，這仍舊是一節(jié)傳統(tǒng)意義上的科學(xué)課，教師注重的仍是科學(xué)結(jié)論的得出。

學(xué)生缺乏造船動(dòng)機(jī)。學(xué)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(dòng)，缺乏內(nèi)在探究動(dòng)機(jī)。

學(xué)生的科學(xué)思維雖有所發(fā)展，但僅限于教師限定的框框內(nèi)。本節(jié)課從尺寸選擇到設(shè)計(jì)到測試，全為教師規(guī)定。雖然教師增加了拓展活動(dòng)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(gòu)科學(xué)概念服務(wù)。一節(jié)教師占主導(dǎo)地位的課堂、學(xué)生思維受限制的課堂，如果僅僅是為完成科學(xué)概念的目標(biāo)，本節(jié)課是成功的，但是從學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展來說，答案顯而易見。

（三）改進(jìn)想法

開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。自我需求是思維融入的第一步。以一項(xiàng)任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生造船，既能提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又能激發(fā)學(xué)生自主探究。

遵循學(xué)生想法，由學(xué)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(xué)生自主選擇尺寸提供了可行性。

整合零散活動(dòng)，開展長時(shí)探究。本節(jié)課中共有三個(gè)活動(dòng)，在學(xué)生能力范圍內(nèi)進(jìn)行整合，開展長時(shí)探究，有利于聚焦學(xué)生思維。

三、造船“三探索”——造船應(yīng)當(dāng)基于學(xué)生視角實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階

本次設(shè)計(jì)改進(jìn)的目的在于，站在學(xué)生角度設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，真正體現(xiàn)學(xué)生的探究主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維逐層進(jìn)階。

（一） 過程設(shè)計(jì)

本次教學(xué)以“造一艘載重量大于教師設(shè)計(jì)的方形船”為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，學(xué)生開展造船活動(dòng)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)能激發(fā)學(xué)生自主探究意識(shí)，把學(xué)生置于學(xué)習(xí)的中心。

筆者認(rèn)為，學(xué)生的思維發(fā)展需要建立在思維有參與、學(xué)生有思考基礎(chǔ)之上。通過前兩次執(zhí)教，筆者發(fā)現(xiàn)，在材料一定的情況下，學(xué)生會(huì)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(xué)生思維進(jìn)階起點(diǎn)。怎樣讓學(xué)生站在思維起點(diǎn)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(jìn)教材中的探究活動(dòng)，促使學(xué)生思維逐層進(jìn)階。本次活動(dòng)側(cè)重點(diǎn)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(yù)設(shè)學(xué)生可能會(huì)想到的尺寸并繪制完成，課堂上由學(xué)生自主選擇相應(yīng)尺寸直接進(jìn)入制作活動(dòng)。

一個(gè)長時(shí)探究活動(dòng)中實(shí)則包含2～3個(gè)小活動(dòng)，從造基礎(chǔ)船到造優(yōu)化船，學(xué)生經(jīng)歷了思考猜測—制作—驗(yàn)證—再次思考—再次制作—再次驗(yàn)證。活動(dòng)層層遞進(jìn)，學(xué)生思維也逐級(jí)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)進(jìn)階。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，師生交流研討，展示實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，教師適時(shí)板書學(xué)生設(shè)計(jì)的尺寸，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)設(shè)計(jì)，教師對(duì)教材內(nèi)容做了一些改進(jìn)。此次探究活動(dòng)是站在學(xué)生角度進(jìn)行設(shè)計(jì)并開展的，學(xué)生的探究更具主動(dòng)性，課堂氛圍更為開放。學(xué)生通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證及分析，自主發(fā)現(xiàn)影響船只載重量的因素，主動(dòng)建構(gòu)“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(xué)概念。整個(gè)探究活動(dòng)從尺寸選擇到制作再到測試，學(xué)生的想法占主導(dǎo)，是一節(jié)學(xué)生可以自己做主的課。顯而易見，這樣的課堂學(xué)生是喜歡的，氛圍是民主的，學(xué)生的思維在幾次遞進(jìn)式任務(wù)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)中逐層進(jìn)階。

四、基于學(xué)生思維進(jìn)階的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)策略

（一）解讀學(xué)生，把握進(jìn)階起點(diǎn)

美國著名教育心理學(xué)家奧蘇伯爾說過：影響學(xué)生學(xué)習(xí)新知的唯一最重要的因素，就是學(xué)生已經(jīng)知道些什么，要探明這一點(diǎn)，并據(jù)此進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)，長期日常經(jīng)驗(yàn)已形成一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)要以此為起點(diǎn)，符合學(xué)生的認(rèn)知水平，在探究活動(dòng)過程中促使學(xué)生思維由淺入深、由低階向高階水平發(fā)展。如《增加船的載重量》一課，學(xué)生根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于如何設(shè)計(jì)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(rèn)知起點(diǎn)，如果教師此時(shí)硬性規(guī)定設(shè)計(jì)尺寸，則遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于學(xué)生的認(rèn)知水平，實(shí)為拖累學(xué)生的思維發(fā)展，不可取。

（二） 解構(gòu)教材，設(shè)計(jì)“階”式活動(dòng)

教材的設(shè)計(jì)一般是普適性的，但是教師所面對(duì)的每一位學(xué)生情況都不一樣，活動(dòng)設(shè)計(jì)要以生為本。這時(shí)就需要教師在把握教材意圖的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整，體現(xiàn)用教材教而非教教材。科學(xué)思維是學(xué)生參與探究活動(dòng)的核心，教師在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)，要特別關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展。學(xué)生的前概念是思維進(jìn)階的起點(diǎn)，學(xué)習(xí)目標(biāo)是本節(jié)課內(nèi)的進(jìn)階目標(biāo)，而探究活動(dòng)即為學(xué)生實(shí)現(xiàn)進(jìn)階的路徑。為幫助學(xué)生自主并順利到達(dá)終點(diǎn)，活動(dòng)的設(shè)計(jì)需要有“階梯性”，由淺入深，由表及里，促使學(xué)生思維隨著活動(dòng)的進(jìn)階而進(jìn)階。《增加船的載重量》一課前兩次的執(zhí)教教師忽略了學(xué)生思維的發(fā)展，活動(dòng)看似多卻沒有層次性。為了讓學(xué)生順利到達(dá)目標(biāo)終點(diǎn)，教師從活動(dòng)一開始就“扶”著走、“拉”著走，甚至“抱”著走，學(xué)生的思維含金量微乎其微。第三次課堂實(shí)踐最大的改進(jìn)即為活動(dòng)的設(shè)計(jì)，三個(gè)活動(dòng)由易到難，學(xué)生在20分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了長時(shí)自主探究，并且在活動(dòng)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能自主修正前概念，建構(gòu)新觀點(diǎn)，思維的進(jìn)階發(fā)展顯而易見。

（三）遷移應(yīng)用，拓展思維深度

如果說探究活動(dòng)過程是學(xué)生思維參與并逐步進(jìn)階的過程，那么遷移應(yīng)用環(huán)節(jié)則是將思維持續(xù)深入和延伸。如《增加船的載重量》這一課，學(xué)生在探究活動(dòng)中多次體驗(yàn)了放墊圈的方式，教師可以以此為契機(jī)，提出生活中的貨物有各種形狀，可以怎樣改進(jìn)船只，以保證其載重量。從增大船的體積到船艙分格結(jié)構(gòu)，學(xué)生的小船模型越來越趨向原型，讓學(xué)生深切體會(huì)到不斷改進(jìn)船只的必要性。雖然當(dāng)節(jié)課的探究活動(dòng)結(jié)束了，但是學(xué)生的探究沒有止步，思維發(fā)展沒有停歇，而是更加深入了。

科學(xué)思維決定學(xué)生科學(xué)發(fā)展的高度。以學(xué)生思維發(fā)展為主線的科學(xué)探究活動(dòng)，需要教師充分解讀學(xué)生，把握思維進(jìn)階起點(diǎn)，通過解構(gòu)教材，不拘泥于教材，設(shè)計(jì)“階”式任務(wù)，實(shí)現(xiàn)思維向深層發(fā)展。通過遷移應(yīng)用，繼續(xù)拓展思維深度和廣度，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)綜合思維能力向高階發(fā)展。

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