構建思維型科學課堂的實踐與思考

科學課程標準指出，科學思維是科學核心素養的重要內涵之一，科學思維的養成是小學科學課堂教學的核心。思維型科學課堂以思維型探究教學為主線，提倡讓學生在情境中明確問題，基于問題作出假設，經歷制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流、評價反思、應用遷移等環節。現以《冷熱與溫度》一課教學為例，談一談構建思維型科學課堂的實踐與思考。

一、基于真實生活提出問題，引發積極思維

在生活中，學生常常遇到一些問題，這些問題可能具有探究性。例如，有學生提出這樣的困惑：早晨起床的時候，想要喝一杯溫開水，但是剛剛倒出來的水很燙，需要冷卻一段時間，即使到出門時，水的溫度還是不太理想。多數學生有過這樣的經歷，這是很好的教學資源，可以作為本課的教學“起點”。

教學片段

師：對于這樣的生活場景，你們能提出哪些問題呢？

生：需要提前多久倒出熱水，在起床的時候能夠直接喝？

生：一杯熱水自然降溫到能喝的溫度，需要多久呢？其中有規律嗎？

生：熱水降溫受哪些因素影響？

生：哪些方法能夠加快熱水降溫？

師：同學們提出了不少有研究價值的問題，結合今天的學習內容，先來研究第二個問題。

學生的思維動機源于他們熟悉的生活問題。真實的生活問題貼近學生的最近發展區，能夠引發他們的積極思維。生活現象的背后可能隱含一些值得研究的科學問題，能夠激發學生內在探究動機，驅動他們主動思考，引發其積極思維。

二、喚醒生活經驗作出假設，呈現差異化思維

科學假設是對未知事物或者規律提出的一種推測性看法，是一種重要的思維形式，是推進科學探究的重要動力，也是學生科學思維能力的重要體現。假設的目的是理清實驗變量之間的關系，通過思維加工來形成自己的觀點。熱水在降溫的過程中有沒有規律？有怎樣的規律？學生并不清楚，這就需要教師進行適當引導，提供思維支架，引發其深入思考。

教學片段

師：在間隔相同時間的前提下，熱水在降溫的過程中有規律嗎？可能是怎樣的規律？

生：我認為可能有規律，會一次下降一點，每次降得一樣。

師：你的意思是會均勻下降是嗎？能用具體數字舉例說明嗎？

生：均勻下降就是每次溫差都相同，例如：70 ℃、65 ℃、60 ℃、55 ℃……

生：我認為熱水降溫可能有快有慢。

師：快慢有先后順序嗎？

生：可能是先快后慢，在開始階段溫差較大，后面溫差逐漸變小，例如：70 ℃、65 ℃、61 ℃、58 ℃……也有可能是先慢后快，開始階段溫差較小，后面逐漸變大，例如：70 ℃、69 ℃、67 ℃、64 ℃……

生：可能沒有規律，例如：70 ℃、66 ℃、65 ℃、62 ℃……

師：判斷假設是否成立的關鍵是什么？

生：連續計算實測數據的溫差，分析變化規律。

四年級學生的抽象思維能力相對有限，如果用概括性的語言表達假設，很難實現有效交流，這時就需要將抽象的規律具體化（見表1）。學生通過用數據舉例的方式具象描述假設，能讓其他學生更容易理解數據變化和假設之間的關系，進而激發他們思考：如果自己的假設成立，數據變化的規律是怎樣的。

三、組織交流研討制訂方案，發展互補思維

制訂實驗方案是科學探究的重要環節，然而實驗方案的形成不是一蹴而就的，要通過充分交流和深度研討不斷完善。同時，交流研討環節也是發展學生思維的良好契機。實驗方案需要學生通過小組內交流商定：先形成實驗方案框架，再通過小組論證選定器材、優化步驟、細化分工等，最終達成共識。這樣做的目的是確保全員參與，探究活動有序進行，收集的數據真實有效。教師在此過程中要給學生足夠的空間，給予他們充分的自主。

教學片段

師：經過討論，你們打算如何驗證自己的假設？

生：間隔相同時間多次測量水溫，根據得出的數據進行分析。

師：你們認為間隔多久合適？

生：我認為1分鐘就可以了。

生：我認為兩分鐘比較好，這樣水溫變化會比較明顯，同時我們也有充足的時間觀察和思考，并預測下一次的溫度。

師：你考慮得挺周到的，需要哪些器材呢？

生：溫度計、秒表、燒杯和熱水。

生：我認為還需要鐵架臺固定溫度計，這樣不僅能解放雙手，而且使讀數更加準確。

師：你們打算如何分工合作？

生：計時員用秒表計時，觀察員關注溫度計示數，管理員負責實驗安全和補位，記錄員記錄數據和匯報。

師：實驗時需要注意什么？

生：要注意安全，各小組的水量要相同，溫度計讀數要科學，相互配合要密切。

這樣經過研討交流論證的實驗方案可以呈現學生的設計思路以及他們思維的差異，讓他們在交流研討中形成了質疑、批判等探究意識。一個讓小組成員都贊同的實驗方案是他們思維互補的結果，是集體智慧的結晶。學生能夠在交流研討中取長補短，完善實驗方案，教師也能夠根據他們的思維進程作出相應的教學調整，及時進行引導。

四、強化數據分析發現規律，掌握推理思維

在科學探究中常常需要從大量數據中歸納得出科學規律，而統計推理是發現規律的有效方式。統計推理就是利用統計數據或統計信息進行的推理，其本質是一種歸納推理，前提是有一定數量的統計數據，過程是發現、提煉數據中蘊含的信息并依據這些信息做推斷或決策。教師引導學生運用分析、比較、推理、概括等多種思維方式對實驗數據進行加工，理解數據之間隱含的關系，有利于培養他們的數據意識和數據思維，讓他們學習通過建構數據模型來解釋科學規律。

1.通過數據群分析變化趨勢，推理規律

實驗結束后，學生將實測數據匯總（見表2），形成了有一定規模的數據群。

在探究實驗中，有些小組覺得不需要12分鐘就能得出結論，所以實驗次數比其他組少。

教學片段

師：現在你們有什么發現？

生：我們第8小組通過實驗以及測得的數據，發現溫差一開始比較大，越往后溫差越小。據此，我們推理熱水降溫的規律是先快后慢。

師：第3、第8、第9小組測量次數也相對較少，其他小組，你們贊同上面的結論嗎？

生：贊同，可能不需要12分鐘就能夠發現規律。但是推理的依據多一些，得出的結論就更準確。

師：看了第8小組的數據記錄表，發現預測數據和實測數據越來越接近，你們是怎么做到的？

生：我們第一次實測溫度為82 ℃，預測兩分鐘后的水溫降為80 ℃，溫差為2 ℃，而第二次實測76 ℃，實測溫差為6 ℃，我們發現自己預測的溫差偏小。所以，第三次預測的溫度既要比第二次實測溫度76 ℃低，同時還要適當增加預測溫差的幅度，于是我們預測為72 ℃，預測溫差為4 ℃，而第三次實測71 ℃，比較接近。

師：所以，你們預測的秘訣是什么呢？

生：邊思考邊討論，同時考慮上一次實測溫度和溫差幅度。

師：你們真會思考！像這樣根據已知信息得到判斷或結論的過程就是推理。現在你們覺得需要多長時間這杯水可以喝？

生：根據表格中的數據推理，可能需要15分鐘以上。

師：你們的推理對我們的生活有哪些意義呢？

生：我們可以掌握熱水降溫所需時間，提前做好準備！

以上這些實驗數據未必是完全正確的，但都客觀反映了熱水的降溫規律。在數據分析的環節，教師可以先讓實驗次數較少的小組匯報，再讓實驗次數較多的小組匯報。原因是：數據分析的樣本越多，推理越有說服力，得出的結論就越科學。實際教學中，圍繞這些實驗數據，學生還有很多發現，他們覺得意猶未盡，繼續研討的需求強烈，限于課堂時間，他們只討論了其中一小部分，其他的可以利用課后時間來繼續討論，發散思維。

2.通過統計圖描述變化趨勢，驗證推理

小學生以直觀和具象思維為主，在大量的數據統計分析的同時，借助統計的另一種方式——圖表，能促進他們發現數據背后隱含的信息，深化對科學規律的理解，進而從不同角度驗證自己的推理是否科學。

教學片段

師：要想發現數據變化的規律，還可以利用數學中的折線統計圖。

（教師將表2中的數據導入表格，直接生成各小組的折線統計圖，第1組的折線統計圖如圖1所示。）

師：請大家用自己的語言描述該小組圖像是如何變化的？再觀察所有小組的統計圖，看看它們有什么相似之處？

生：我們發現圖像的開始階段都“斜”得厲害，后面越來越“平”了。

師：你能用一個好聽的詞匯形容這種“斜”和“平”嗎？

生：“斜”是陡峭，“平”是平緩。

師：這樣的圖像呈現出了怎樣的規律呢？

生：圖中的數據變化是先快后慢的。

折線統計圖是五年級數學下冊的內容，四年級學生多數沒有這樣的經驗。教師用Excel表格直接生成圖像，節省了課堂時間，提高了效率。學生描述圖像的走勢，感受數據變化的規律，能夠更加直觀地理解數據變化趨勢。這樣既能發散學生的思維，又能鞏固學習成果，讓結論更有說服力。

五、回歸真實生活應用遷移，培養創新思維

科學研究往往是從生活中來，再到生活中去，即發現的問題經過實驗探究和思維加工得出研究結論之后，還要再回到現實生活中的不同情境里去檢驗和實踐。因此，教師要鼓勵學生應用遷移，解決實際問題和改進創新。課堂研究不能只停留在理論講解，需要教師引導學生在生活中去尋找“物化”的成果，并結合本課的學習針對性地分析。

教學片段

師：在我們的身邊，有這樣的設備解決大家的困擾嗎？

生：學校每一層都有直飲水的設備，機器的溫度在不同季節水溫設置不同，冬季偏高，夏季稍低，可以直飲。

生：我家正在裝修，爸爸在餐廳里裝了一個飲水機，有6種出水模式，每一種模式都對應一種溫度，可以滿足不同的生活需求。

師：這么方便，那我們今天的研究還有必要嗎？

生：我覺得有必要，這些設備出的不同溫度的水可能是熱水和冷水直接混合而成，可能并沒有煮沸，不衛生，水還是煮沸以后飲用更安全可靠。

生：我認為這些設備可能自帶水凈化功能，不同溫度的水保護了食物中的營養物質。

師：看來大家對同一事件有不同看法，這是正常的，希望你們課后繼續對自己感興趣的事物展開研究，相信會有更多收獲！

在學習本課內容以后，學生開始用審視的眼光和辯證的思維看待身邊的科技產品，分析其優缺點，這有利于培養他們的創新思維，促進他們基于健康生活的理念和實際需求提出不同的觀點，應用遷移，逐步養成獨立思考、深度思考的習慣。這也客觀說明本節課的教學對學生思維產生了實質性的影響，幫助他們形成對多彩世界的科學態度。

結語

思維型探究教學的流程并不是一成不變的，需要依據學生的已有水平和經驗基礎而定。思維型科學課堂要讓學生的思維能力在由淺入深、緊密聯系的教學環節中有序進階，以期實現跨學科實踐和工程技術實踐，從而全面發展學生的核心素養。

[課題：江蘇省中小學教研第十四期立項課題“基于科學邏輯優化小學科學探究教學的實踐研究”，編號：2021JY14-L109]

（作者單位：江蘇省常州市武進區實驗小學）

參考文獻

[1]胡衛平，劉守印.義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2]王繼偉.關于科學探究的“四個不等式”[J].基礎教育課程，2023（12）.

[3]周建武.科學邏輯：邏輯思維方法與推理論證[M].北京：中國人民大學出版社，2020.