淺談思維型探究取向的教學設計

教學設計是對整個教學過程進行的系統的統籌規劃和設計，它的適切與否直接關系到思維型探究的教學效果，但一線教師對于如何設計思維型探究的教學依然存在困惑。現以獲得重慶市小學科學思維型探究優質課競賽一等獎的三節課為例，分析思維型探究取向的教學設計可以怎樣做。

一、立足學生前概念找準認知沖突

1.調查前概念

前概念在學生頭腦中根深蒂固，如果忽視它們，可能就會導致學生對知識的理解與教師期待的大相徑庭。而結合學生的認知發展歷程，在學習時喚起他們的前概念，并針對錯誤概念進行教學，能讓他們更有效地卷入思維型探究活動，培養他們的核心素養。

在教學前，教師需要通過問卷、訪談等各種途徑調查學生的前概念。在《熱在水中的傳遞》一課的教學中，教師通過與學生交流，發現他們自然而然地把熱在固體中傳遞的特征遷移到熱在液體中傳遞的特征上。因此，教師決定在課堂上引導學生立足前概念逐步解釋新現象。

2.設置認知沖突

當遇到新的情境且原有認知結構不能適應現實環境要求時，學生只能改變已有的認知結構以符合現實環境的要求。教師根據學生已有的知識經驗，創設引發他們認知沖突的學習情境，引導其主動建構知識，是開展思維型探究的重要基礎。

《熱在水中的傳遞》一課中，教師在發現學生普遍把固體熱傳導的方式直接遷移到液體后，及時設置第一個認知沖突情境：對準U型管左側直管底部加熱（如圖1），用溫度計分別測量加熱點正上方的一個點和右側直管靠下部的一個點（兩個點與加熱點之間距離相等），兩個測量點的溫度會怎樣變化？學生認為兩個溫度計的示數都會變高，且差別不會很大，實際結果卻令他們大吃一驚：當左側溫度計的讀數從23 ℃一路攀升到35 ℃時，右側溫度計依然停留在23 ℃。認知沖突由此產生，學生嘗試對不符合熱傳導規律的新現象進行解釋。經過討論，大家認為：熱在水中的傳遞和在金屬中的傳遞是不一樣的，是向上傳遞的。這是學生概念發展過程中一個重要的中間概念。此時，他們初步達到認知平衡，但部分學生仍有疑問。

為了更細致地驗證熱在水中的傳遞，教師提出了第二個問題：小茶屑在底部加熱的燒杯中會怎樣運動（如圖2）？基于前一個實驗的猜測，學生預測小茶屑會向上升，但他們實際觀察到的結果是上下翻滾。第二次認知沖突讓學生認識到，在水中除了熱向上傳遞，應該還有別的情形。于是，有學生提出解釋：

“熱要往上升，冷需要往下降。也就是說，熱量把茶葉推上去，但是上去后又冷了，所以茶葉又會降下來。”

“除了中間的液體會一直上升外，旁邊的一些熱量較少的地方的液體其實也會不斷上升，而它往下降的一部分原因是液體的流動。”

至此，學生建構新的科學概念——熱在水中的傳遞方式是對流。教師基于對學生前概念的調查，分步合理設置認知沖突，促進有效同化，實現知識順應，是這節課學生開展思維型探究，獲得概念發展的關鍵前提。

二、倡導解決真實和復雜問題

研究表明，為了發展探究能力，學生需要具備一定的事實性知識，這樣才能在概念框架的情境中理解事實和觀念，并用促進提取和應用的方式組織知識。那么，怎樣創設概念框架的情境，促進知識的提取和應用呢？以真實和復雜的問題來組織教學，是一條可行路徑。

1.增強學習動機

學習動機是引起學習、維持學習，并將學習導向某一目標的內部動力，是維持學習熱情、保證學習時間和精力投入、促成學習效果的重要因素。學生的學習活動總是為一定的學習動機所支配，教師應為他們提供具有適當挑戰性的環境，不斷鼓勵他們探索新事物，激發其好奇心，提升他們的科學探究能力。

《比較不同的土壤》一課中，教師把“土壤的保水性”這個經典的知識點變成一個亟待解決的真實和復雜的問題——在勞動基地種水稻應該選擇哪種土壤？面對這一挑戰，學生表現出強烈的好奇心和學習熱情。學生發現土壤的保水性與顆粒大小有關，于是根據教師提供的材料設計了測試土壤保水性的實驗方案，順利得出一致結論。學生在探究過程中體會到了成就感，進一步激發了他們繼續探究的熱情。

2.促進知識建構與應用

學生是帶著前概念進入課堂的，但這些前概念通常是零散而雜亂的。圍繞支持理解、促進遷移的原則來組織知識是更高效的方式，也是科學學習的任務之一。

真實和復雜的問題如何支持理解、促進遷移呢？本課中，教師設計了四個活動。

活動1：對比觀察三種不同的土壤，分析、歸納、整理三種土壤的特征。

活動2：推測幾號土壤適合種植水稻。以推理的方式初步建立保水性模型，形成水稻生長與土壤保水性有關的多元化解釋。

活動3：對比測試土壤的滲水性實驗。根據推測設計模擬實驗模型，完成后開展模擬實驗，并用新的事實證據進一步驗證自己的觀點。根據驗證結果，對不同的解釋做出篩選與判斷，提出更合理的解釋。

活動4：了解植物生長與土壤的關系，認識到不同土壤適合種植不同的植物。

活動1是帶著任務的觀察活動，學生在觀察的過程中思考土壤的哪些特征與保水性相關，是土壤的軟硬程度、顆粒大小、能否成團（黏性）、吸水性，還是顏色呢？學生需要在觀察、比較的同時，把這些特征與保水性聯系起來。通過活動2的討論，土壤的某些特征是學生普遍認可的，有些則是自己小組忽略的，而其他小組重視的。活動3中，零散的土壤特性被學生以與保水性的關系為標準有機組織起來，并通過滲水性實驗加以修正和驗證。活動4中，討論仙人掌等植物適合的土壤給了學生遷移運用所學知識的機會。

可見，支持理解、促進遷移的知識建構的過程是學生以已有知識、經驗或體驗為基礎，共同參與問題解決的過程，他們獲取新的知識、經驗或體驗并把它融入已有認知體系之中，建構起新的意義和認知結構并加以運用。真實和復雜問題的解決能促進學生獲取經驗、整理知識并運用到真實世界中。

三、基于大概念逆向教學設計

學生科學素養的形成靠的是有結構的、有聯系的概念體系。科學教育的概念體系是由大概念（核心概念和跨學科概念）、主要概念和具體概念（科學事實）等組成的相互關聯的網狀層級結構。大概念揭示了事實性知識背后的規律，使碎片化的知識有機聯系起來，便于學生理解和記憶，更便于他們在舊知識基礎上學習新知識，并在遇到新情境與新問題時進行遷移應用。

1.梳理單元概念關系

備課時，教師要系統梳理相關單元之間、單元內各課之間的概念關系，深刻分析具體教學內容應如何支撐起學生的大概念理解，幫助他們在探究科學事實的同時認識概念間的聯系。

教師梳理概念關系時，可用概念圖、層級圖表、思維導圖等工具輔助。《仰望天空》一課主要為地球與宇宙科學領域的內容，教師可以參考2017年版課程標準中的知識結構，在此基礎上進行教學內容的分析和細化（如圖3）。不同教師對內容的理解各有側重，在梳理時無須追求標準答案，只要達成梳理清楚單元概念關系的目標就可以了。

2.逆向教學設計落實大概念

逆向教學設計是從終點，即想要的結果（目標或標準）開始，根據課程標準所要求的學習證據（或表現）和用以協助學生學習的教學活動形成教學設計。這種操作流程能夠很好地指導教師把大概念落實到學生的科學實踐中。教學“模擬日—地—月距離與大小關系”這一內容時，教師可先設定這個內容的具體目標，然后根據目標確定可視性反饋與評價標準，再以評價定學法、以學生學習需要定教法，最后確立學生的科學核心素養目標（即表1中的“大概念目標”）。

逆向教學設計之所以能夠很好地在教學中落實大概念目標，是因為其重點關注大概念目標的滲透和落實，做到操作、監控、調節的同步進行，因而更加高效。

（作者單位：重慶市北碚區朝陽小學。文中三節課例《熱在水中的傳遞》《比較不同的土壤》《仰望天空》的執教教師分別為楊健偉、張丹和張鑫。）