試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點

李菲

【摘要】思維活動是科學探究教與學的核心。小學科學“雙螺旋結構”課堂是以“探究實踐”和“科學思維”兩條螺旋為主線，通過“問題”和“證據”進行貫連，構成一個穩定的科學學習課堂。本文結合具體的教學案例，試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點。

【關鍵詞】小學科學? 雙螺旋結構? 探究實踐? 科學思維

【課題項目】本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題“小學科學‘雙螺旋結構課題構建與實施的研究”（編號：B/2021/02/174）的階段性成果。

【中圖分類號】G623 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）12-0088-03

在科學探究的過程中，學生要保持強烈的好奇心，通過思維活動進行數據分析和解釋，完成完整的科學探究過程。同時，學生還要提升科學探究能力，而科學思維能促進科學探究能力的發展。例如，學生在分析證據時要進行科學推理、模型建構等思維活動，表達交流時要進行科學論證。因此，思維活動是科學探究教與學的核心。為此，探究實踐與科學思維的緊密結合、共同發展就顯得尤為重要。

小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“探究實踐”，是以實踐為特征的科學探究活動，包括動手操作、實驗模擬、信息搜集、觀察考察等。“科學思維”是以心智為特征的各種思維活動，表現為演繹與歸納、分析與綜合、分類與比較，以及概念、判斷、推理等邏輯思維的過程和形式，用以感受、提取、理解、判斷、選擇、記憶、想象、假設、推理，并以此指導科學探究活動。兩條螺旋主線在“問題”和“證據”的貫連中關聯共生、螺旋發展。筆者將結合具體的教學案例，試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點。

一、創設隱含上位概念的學習情境——情境問題

科學課程設置了13個學科核心概念，是學生應該掌握的科學課程的核心內容。依據學習動機理論、良好的情境，能有效地激發學習動機、引起認知沖突、啟發思維等。因而，教師創設良好的學習情境，有利于幫助學生建構核心概念。

學習情境若想要推進學生概念的建構，就必須要隱含著上位概念。同時，學生要能在情境中暴露前概念，而暴露前概念的方式通常是提問。指向核心概念的問題，能夠引發學生思考，呈現學生的已有認知或下位概念。教師以此來設計相應的教學活動和策略，幫助學生建構核心概念。基于以上分析，小學科學“雙螺旋結構”課堂需要創設隱含上位概念的學習情境，其關鍵操作就是圍繞核心概念設計情境問題。例如蘇教版小學科學二年級上冊《形狀改變了》一課，學科核心概念是“物質的運動與相互作用”，學習內容是“力是改變物體運動狀態的原因”，內容要求是“知道力可以使物體的形狀發生改變”。基于這樣的核心概念和學習要求，教師創設的學習情境不僅要有趣，還要體現力與形狀的關系。由此，教師創設的學習情境是：玩變臉游戲，要求用手把臉變成不同的樣子。這個情境很好地激發了學生學習的熱情。學生會興高采烈地玩游戲，將臉變出多種多樣的形狀。此時，設計一個情境問題尤為重要。若情境問題僅僅是“你的臉變成了什么樣子？”，學生就只會關注形狀的變化，無法將力與形狀產生聯系，不利于建構核心概念。因此，教師需要圍繞核心概念設計情境問題。既然學生需要認識力可以使物體的形狀發生改變，那么在玩游戲的過程中，不僅要關注形狀變化，還要關注如何用力。因而，可以將情境問題設計為：“你是怎么做的？你的臉發生了什么變化？”

創設隱含上位概念的學習情境，需圍繞核心概念設計情境問題，能有效暴露學生的前概念。教師可以以此來設計后續教學活動。這個過程能為探究實踐與科學思維的螺旋發展奠定良好的基礎，為小學科學“雙螺旋結構”課堂提供較好的開端。

二、貫連“探究實踐”與“科學思維”螺旋上升的紐帶——問題與證據

學習進階是對學生在一個時間跨度內學習和研究某一概念或主題時，連貫且逐漸深入的思維方式的描述。學習進階理論認為，學生對某一主題或核心概念的理解不是一蹴而就的，而是不斷積累和發展的過程。那么學習的路徑也應該是一個逐漸積累、日臻完善的過程。教師應該設計“少而精”的學習內容，通過層層遞進的探究活動來幫助學生進行深度學習和思維的縱深發展。建構主義學習理論認為學習是一個主動建構的過程。在探究活動中，教師可以通過適當的問題，激發學生的積極思維，讓新舊知識發生作用，引導學生主動建構新的認知。

小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“探究實踐”和“科學思維”需要相互關聯、螺旋上升。而貫連它們的紐帶就是問題與證據。問題在探究實踐中客觀存在，能激發學生思考，推進探究的層層遞進，促進學生探究能力的逐步提升。而在探究實踐中獲得的證據能為學生的思維提供支撐，促進學生思維能力的螺旋發展。具體操作要點如下：

1.依據概念的建構設計環環相扣的關鍵問題。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“問題”指的是圍繞探究目標在探究活動中精心設計又指向明確的關鍵問題。這些具有一定邏輯關系的關鍵問題組成問題鏈，環環相扣，共同指向核心概念。也就是說，這些關鍵問題是在一個個層層遞進的探究活動中產生的，是為達成探究目標而設定的。同時，這些問題又都指向同一個核心概念的建構。因此，在設計關鍵問題時，先要明確核心概念，依據概念的建構，定位好每一個活動的目標，再圍繞活動目標設計關鍵問題。蘇教版小學科學四年級上冊《點亮小燈泡》一課，指向課標中“物質的運動與相互作用”的核心概念。其內容要求是知道構成電路的必要元件，說明形成電路的條件。基于以上分析，探究活動的目標為：經歷點亮小燈泡的探究活動，通過分類、比較、分析等思維方法，對點亮小燈泡的連接方法進行歸納，了解電流的通路。依據概念的建構，從學生的前概念入手，依據活動目標設計環環相扣的關鍵問題。為了了解學生的前概念，設計關鍵問題：利用電池、燈泡和導線，你能想辦法讓小燈泡亮起來嗎？為了引導學生根據觀察結果進行有依據的預測，設計關鍵問題：仔細觀察多種電池以及小燈泡的外部和內部結構，你現在認為哪些連接方法能讓小燈泡亮起來？為了幫助學生進行分類、比較、分析、歸納等思維活動，并逐步建構科學概念，設計關鍵問題：根據實測的結果，歸納能點亮小燈泡的連接方法有什么共同點？不能點亮小燈泡的連接方法又有什么共同點？比較不亮的和亮的連接方法，有什么不同？以上環環相扣的關鍵問題，全部指向電流通路的概念建構。在探究活動中，學生不僅提升了探究能力，還在分類、比較、分析、歸納等思維活動中促進了思維的發展。

2.圍繞思維的發展提供具有內在邏輯的證據。小學科學“雙螺旋結構”課堂中的“證據”指的是學生在科學探究活動中通過觀察、實驗、調查等多種途徑來獲得事實和證據，通過對證據的提取、整理、組合形成具有內在邏輯關系、能夠證實（證偽）科學問題的證明鏈條。蘇教版小學科學五年級下冊《撬重物的竅門》，學生需要通過大量數據和思維活動，發現省力、費力和不省力也不費力的杠桿。在教學時，教師可以通過兩次探究活動，讓證據之間形成內在邏輯，以此促進學生思維的提升。例如，第一次活動，學生只用平衡尺探究：在什么情況下，輕的物體能把重的物體撬平衡？學生得到的證據都是支點左側重右側輕的數據。此時，學生只需要對證據經歷比較、歸納的思維方法，得出初步的結論。第二次活動，學生完成挑戰性的任務：如果在支點左側10厘米處掛3個鉤碼，那么在右側怎么掛才能平衡呢？面對這個問題，學生首先要進行猜測，而這個猜測的過程實際是利用上一個活動的結論進行推理。究竟推理的是否正確，學生要搜集第二次證據進行論證。對搜集到的新證據再次進行比較、分析和歸納，建立證據與解釋之間的關系。學生的思維在具有邏輯關系的證據中，經歷多次推理論證，得到不斷發展。

總之，設計螺旋遞進的探究活動，需要依據核心概念的建構，定位好每一個活動的探究目標并設計關鍵問題。創設思維發展的有利條件，需要依據學習進階，提供具有內在邏輯的證據。由此，小學科學“雙螺旋結構”課堂通過問題與證據貫連探究實踐與科學思維，并促進其螺旋發展。

三、關注科學思維顯性化的方法——轉變話語方式

小學科學“雙螺旋結構”科學課堂通過問題與證據貫連探究實踐與科學思維時，不僅需要關注學生的探究實踐能力，還要關注其科學思維能力。探究實踐是以實踐為特征的科學探究活動，學生在動手操作、實驗模擬、信息搜集、觀察考察等過程中，探究實踐能力很容易顯現。但是，科學思維是以心智為特征的各種思維活動，很難顯現出來。因此，科學思維的顯性化就顯得尤為重要。讓科學思維顯性化的方法有很多，小學科學“雙螺旋結構”課堂更加突出話語方式的轉變。在問題與證據中學生不斷地進行科學思維活動。課堂中，學生需要充足的時間思考和充分的機會表達。因此，學生的話語方式應該轉變為多學多說。相反，教師的主要任務不是教，而是引導學生的學，所以教師的話語方式應該轉變為少教少說。課堂中的對話與互動是主體間的平等交流，在師生之間、生生之間的對話互動中，學生的科學思維得以顯性化。具體的操作要點如下：

1.改變對話的形式，呈現每個學生的思維。傳統的科學課堂，最常見的師生互動是教師與學生之間的對話與交流，缺少學生與學生之間的有效互動。即使在小組討論中，真正參與的學生也很少。這使得學生之間的互動流于形式。高效的生生互動可以調動來自不同學生、不同維度的學習資源，觸發學生之間思維地碰撞，有利于激發學生的學習內驅力，促進每個學生探究實踐能力與科學思維能力的發展。因此，當提出一個探究問題后，教師需要留給學生充足的時間獨立思考。之后，讓小組內的每個學生都發表見解，充分表達自己的想法，認真聽取他人觀點，在組內形成一致想法。最后，學生在組間進行交流，生生互動，分享和表達各自小組的想法。在這個過程中，學生多學多說，教師少教少說，讓每一個學生的思維都得以顯性化。

2.借助對話的載體，展現思維的過程。在探究實踐活動中，小組內的每個學生都要圍繞探究的問題尋找有效的證據，并對證據進行思維加工。要使每個學生都參與到探究活動中，并將自己的思維顯性化，就需要給他們展示和表達的機會。而小組的學習記錄單就是很好的對話載體。常見的學習記錄單是小組內的一位同學負責記錄，這就會導致其余學生無法參與。教師可以對學習記錄單做一些改變，使之能展現出每個學生的想法，給他們提供展示和交流的機會，讓學生的獨立思考與小組討論相結合。例如，每個學生可以將自己的想法寫在便利貼上，然后將便利貼粘到小組的記錄單上，之后再與小組內的同學進行解釋與交流；學生還可以將顯性的文字或圖畫記錄在大的展示板上，方便與全班進行展示交流。此外，學生在交流時，利用話語表達的框架也利于學生思維顯性化。例如，讓學生按照這樣的語言進行表達：我們的觀點是什么，我們的證據是什么，我們的結論是什么等。學生在用這樣的話語框架表達時，就已經將思維過程展現出來了。

四、創設利于遷移應用的新情境——新問題與新證據

小學科學“雙螺旋結構”課堂強調探究實踐和科學思維的螺旋發展，課堂的結束并不是發展的結束，學生還需要對核心概念進行深化理解。思維需要遷移應用，以解決實際問題。所以，教師需要創設新的情境，此情境也必須是指向核心概念的。其關鍵操作與前文一致，仍然是圍繞核心概念設計新的情境。而后經歷與上文一樣的過程，圍繞核心概念、探究目標與思維發展，再次通過新問題與新證據將探究實踐與科學思維關聯共生、螺旋發展。蘇教版小學科學四年級下冊《熱脹冷縮》一課，學生通過遞進的探究活動，依據觀察到的現象，通過分析、歸納等思維方法，發現大多數液體都具有熱脹冷縮的現象。最后，老師創設新的情境問題：生活中瓶裝的醬油、飲料、純凈水等，都沒有灌滿，而是留有一段空隙，這是為什么呢？這個問題指向了概念的應用。學生在思考這個問題時，需要將概念進行遷移應用并解釋實際問題。除此之外，教師可以繼續創設新的情境問題，幫助學生將本課學到的探究方法與思維方法進行遷移，去研究新的問題。例如：固體有沒有熱脹冷縮的現象呢？用我們這節課中學到的方法想一想，該怎么研究？此時，學生在新的情境問題中需要將方法進行遷移，再次經歷探究活動與思維活動，以此實現探究實踐與科學思維的螺旋上升。

綜上所述，小學科學“雙螺旋結構”課堂需要圍繞核心概念設計情境問題，以此來創設隱含上位概念的學習情境；設計環環相扣的關鍵問題和提供具有內在邏輯的證據，以此貫連“探究實踐”與“科學思維”，并促其關聯共生、螺旋發展；利用話語方式的轉變，將科學思維顯性化；圍繞核心概念、探究目標與思維發展創設新的情境，通過新問題和新證據將探究實踐與科學思維再次關聯共生、螺旋發展。

參考文獻：

[1]林崇德，胡衛平.思維型課堂教學理論與實踐[J].北京師范大學學報（社會科學版），2010（1）：29-36.