通過思維外顯鼓勵學生提出問題

◇梁 京 馬玉瑩（北京：北京市昌平教師進修學校北京育翔小學回龍觀學校）

小學生的科學學習遵從人類的科學思維過程。在教學實踐中，對科學思維的培養應強調觀察實驗、科學推理、邏輯性與實證性的統一。同時，2022 年版的《義務教育科學課程標準》指出：要突出核心概念在真實情境中的應用，加強知識學習與現實生活、社會實踐之間的聯系，實現學生對核心概念的深度理解、有效建構和靈活應用。學生在基于生活經驗發現或提出問題、形成策略、解決問題、推廣應用的過程中，能夠將自己的觀察實驗、科學推理和邏輯性與實證性有機整合，從而發展科學思維、提高科學素養。

一、問題的提出

在小學科學課堂上，學生基于經驗發現或提出問題，并圍繞問題進行猜測、形成假設，是重要的學習環節。多次觀摩、研討小學科學課堂后，筆者發現這樣一個怪現象：在教學開始后，教師會結合學習內容及學生的生活經驗創設一個“巧妙”的問題情境。通過情境的鋪墊或暗示，學生能夠排除無關因素、順利得出一個與教師預設吻合、與研究內容吻合的“準確”問題。課堂環節順利推進，師生氛圍融洽且愉悅。圍繞前面的問題，學生繼續討論、嘗試提出解決方案。到了這個環節，教師和學生都會覺得很難！學生似乎不能根據前面的情境和分析，順利提出方案。因此教師想盡辦法幫助學生脫離困境，比如，為學生提供文字提示或材料支撐。從課堂效果上看，教師使用的這些策略確實有助于教學活動的推進，有助于學生完成方案設計。但這又不禁引人深思：學生的這些方案是觀察、推理的產物嗎？有沒有可能學生“準確”地說出問題只是一個表象，而這一表象又導致學生無法獨立提出解決方案？從問題發展的周期“問題提出—問題解決”來看，問題提出是問題解決的基礎，問題解決是問題提出的必然結果，兩者相互依賴、相互制約，問題提出有時候甚至更為重要、更具創新成分。但在很多課堂中，問題提出只是學習活動的一小部分，而“重頭戲”都在問題解決上。通過思維外顯促進學生提出可研究的問題（提出問題），這一策略是否有助于提出設計解決方案（解決問題）？基于以上思考，筆者以湘科版教材五年級下《發霉》一課為內容載體，開展教學實踐研究。

二、相關概念界定

（一）思維外顯

與本文思維外顯一詞相近的概念有思維外化、思維可視化、思維顯現等。

在這幾個概念中，思維外化是更上位的概念。人類認識的思維外化方式主要有三種：一是通過形體動作；二是通過語言音樂；三是通過文字圖畫。

對于思維可視化而言，在具體的研究中，與“思維導圖”“思維地圖”“概念圖”“認知地圖”本質上相同，可以將其統稱為可視化的思維工具。從整體上來說，思維可視化的相關研究都圍繞呈現思維的視覺工具展開。

比較之下，思維外顯更側重的是結果：可以是采用思維工具的結果，也可以是利用形體動作、語言音樂、文字圖畫的結果。在以往研究中，思維外顯多借助語言和文字，而思維顯現則多用于“思維在……中顯現”或“如何讓思維（有效）顯現”等語境中。

綜上所述，本文使用思維外顯一詞，旨在表達在教學中利用文字來記錄學生的描述和分析，從而輔助學生加工現有信息、提出可研究的問題的過程。

（二）可探究的問題：疑問，科學問題，可探究的問題

在實際課堂中，通常疑問、科學問題和可探究的問題會交錯出現。學生在提出問題時，往往只是將頭腦中的疑問說出來而已，因此疑問是可探究問題的源泉。但疑問和可探究的問題中間還有一個橋梁，那就是科學問題。可探究的問題首先得是個科學問題。科學問題是有結構的，結構中已經包含了問題的求解目標，預設的求解范圍和方法。對于小學生而言，科學問題中所涉及的兩個或多個變量如果都是可檢驗的，也就是說它們都是可以在一定資源的幫助下觀察到或測量出的。這個問題就是可以探究的科學問題，簡稱為可探究的問題。

圖1 疑問、科學問題與可探究的問題

三、教學實踐

（一）教學內容分析

本次實踐的教學內容是湖南科技出版社五年級下冊第二單元“微生物”，共三課：《發霉》《觀察微生物》《微生物和我們》。《發霉》作為本單元的起始課，內容貼近生活，學生比較感興趣。因此在教學中，筆者通過分享、討論、學生互評的方法，保護并激發學生的學習興趣，引導學生積極、主動地觀察與實驗。

同時，本課也是微生物單元科學思維的起點。思維需要有一定的對象，對于小學生而言，思維的對象應該盡可能具體、形象、直觀。大多數微生物是看不見、摸不著的，但是微生物的生命活動產生的變化現象，如發霉、發酵，學生是能看見的。因此具體、直觀的發霉現象是研究微生物的切入口。

（二）教學環節設計與分析

1.聚焦話題，明確思維對象

教師從三個不同的發霉情境引入，調取學生的認知記憶和情感記憶。教師提問：這些物品是怎么了？學生能借助經驗判斷：這種變質、長毛的現象就是發霉。

2.提出猜想，借助板書，外顯“比較、分析、歸納、推理”的思維過程

《科學推理》一書提到：科學發現也是一個問題解決活動。首先是有了問題，再根據線索和知識來進行分析，做一個初步的猜測；然后根據這一猜測，進一步有目的有選擇地搜集相關材料，把細節片段聯結成線，構成一個完整的因果過程，再進一步完善這個假說。圍繞“發霉”這一主題，學生的線索和知識經驗從哪里來呢？自然是自己和其他學生。因此本環節教師的主要作用，就是提供一個獲取線索和分析信息的平臺，將學生的發言和總結記錄在黑板上。

這樣做主要是關注學生的思維起點，借助語言、文字使學生的思維過程外顯。不難發現，圍繞發霉這一話題，學生的思維起點也是不同的，主要原因就是學生的經驗不同。對于本課學習發霉現象，有的學生自己家發生過，也知道整個過程或有了一定的觀察；有的學生見過，但是有不好的情緒體驗就沒有進一步觀察；有的學生沒過多留意。因此給學生機會分享經驗的過程，也是幫助學生更好地建立共同思維起點的過程。學生描述得越詳細，越能給其他學生帶來豐富的間接經驗。同時，對于分享經驗的學生來說，回憶和組織語言也是思維再加工的過程；對于傾聽的學生來說，能為后面的歸納、分析活動奠定基礎。

對于學生提出的“溫度”“空氣”“時間”等細節片段，如何連成線、構成一個完整的因果過程呢？學生的思維還需要回歸主線問題：“到底是什么導致了發霉？”有了前面的經驗分享、分析提煉，學生對這一問題的回答就更為深入，在后面提出驗證方案時，也有更多、更直觀的經驗依據。

本環節后，學生已經能夠獨立提出一個可研究的問題了。從表面上看，這一情境引入似乎沒什么特別，很普通。學生分享、分析的過程比較長，占用了近一半的時間，最后提出的問題也僅僅是：食物發霉可能與溫度、時間、暴露于空氣中等因素有關。但是這個相對較慢的思維產出過程，正是學生像科學家一樣從生活經驗中提出科學問題的過程。對于學生來說，生活經驗往往就是問題的起源，其他學生和教師、家長等資源就是獲得信息的渠道之一。學生需要去了解別人的經驗是怎樣的，從而分析、歸納別人的經驗與自己一直思索著的困惑的關聯，進而給出一個現階段認為“合理”的解釋，也就是猜想，再利用實驗、調查或者隨著知識的不斷豐富來更新自己的觀點。本節課就巧妙地遵循了這一過程，以“發霉”這一話題為思維的對象，將這一過程重演。

3.討論方案，基于因果推斷明確變量

這一環節中，學生先獨立思考方案，然后在組內交流想法，在分享后形成一個相對全面、嚴謹的研究計劃。組間匯報時，教師主要強調對照組及變量問題。

4.形成方案，圍繞科學問題搜集證據

教師展示可以提供的材料，如饅頭、塑料盒等，供學生選用。學生以組為單位，將口頭描述的方案落實到文字上，并進一步具體化、條理化。這一環節最重要的作用就是幫助學生梳理研究計劃，使計劃更具有可操作性。

作為“微生物”這一單元的起始課，本節課充分利用了全班學生已有的經驗，從經驗中發現聯系、建立因果關系，從而產出一個可以探究的問題，為本單元后面《觀察微生物》和《微生物與我們》兩課奠定思維基礎和探究活動的基礎。

四、結論與反思

（一）研究結論

許多科學教育研究結果顯示：以問題解決為基礎的教學方法，確實顯著地增強了學生的學習成就、科學態度或學習興趣，特別是在高層次認知學習方面。但以問題解決為基礎的教學方法，首先需要發現、提出或形成問題。從以往教學用時來看，這一環節往往是占比少的“非重點”環節，這也是本次教學實踐重點改進之處。

通過課堂實錄、學生實驗方案等可以發現：

第一，學生能順利地達到相關思維目標最高等級。

學習目標1：能通過歸納推理，有理有據地提出關于“導致發霉的條件”的假設。

【△加油】嘗試依據全班師生的生活經驗（黑板記錄）歸納出共性特點；

【√不錯】能依據全班師生的生活經驗（黑板記錄）歸納出共性特點；

【○很好】能依據全班師生的生活經驗（黑板記錄）歸納出共性特點，并完整地表達自己的假設。例，“在……的環境中更容易發霉”或“……會導致發霉更快”。

學習目標2：設計并開展對比實驗，探究導致食品發霉的條件。

【△加油】在教師的指導或其他學生的啟發下，能設計簡單易行的對比實驗方案并開展探究；

【√不錯】能自主設計對比實驗方案并開展探究；

【○很好】能自主設計具有可操作性的對比實驗方案并開展探究。

第二，12 組學生均能獨立完成實驗方案的設計，但每組情況也有不同，詳見圖2。

圖2 學生實驗方案完成情況

由此可以看出，借助板書，將學生對某一現象的原有經驗進行梳理后，通過比較、分析建立聯系，歸納形成因果假設并在后續的探究活動中進一步深入研究，這一做法有助于學生形成概念，并在探究活動中實現“像科學家一樣思考”，從而發展落實核心素養。

圖3 思維外顯的問題提出過程

（二）實踐反思

通過思維外顯，鼓勵學生提出可探究的問題是值得長期探討、實踐的話題。本次教學實踐，只討論了通過思維外顯促進學生提出可探究的問題的一種路徑或形式，是否可以推廣到更多類型的課、可以推廣到哪些課還有待進一步研究。此外，在今后的教育實踐中，也需要繼續嘗試多樣化的策略來促進學生科學思維的發展。