“宇宙”單元思維型課堂教學實踐

科學課程標準指出，科學教學以學生核心素養發展為目的，科學思維是科學素養的重要維度之一。科學思維是指學生從科學的角度對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式。教師應基于課程標準的要求，結合對學生認知規律的了解，從模型建構、推理論證、創新思維三個角度推進學生的科學學習，促使他們形成科學的思維方式，落實核心素養的教育目標。

一、精設活動，促進體驗，提升模型建構能力

模型建構是科學的關鍵特征，也是科學思維的重要組成部分。教師要引導學生在科學學習中借助觀察、描述、解釋、預測、推理等活動來探索自然現象的實質，實現模型的建構和應用，培養他們的模型建構能力。在小學科學教學中培養學生的模型建構能力，可以從兩個角度展開教學活動。

1.基于經驗，建構模型

科學模型建構的起點是“現象分析，問題錨定”，基于小學生的認知特點，教師在教學中要加強生活情境的創設，激活他們的已有經驗，促使他們在現象分析和問題錨定中形成想法、觀點或者假設，建構出原始模型，發展其模型建構能力。

例如，在《日食》教學中，教師借助建構模型，引導學生展開模擬實驗活動，讓他們經歷發現問題、提出問題、分析問題、處理問題的完整過程，建構日食的物理模型，提升抽象概括能力。實驗中，學生需要用到手電筒、地球儀、泡沫球等材料。首先，教師借助動畫展示“天狗食日”的神話故事，引起學生的好奇心，并提出問題“我們是否可以從科學的角度來解釋這一現象”，促使他們展開猜想。接著，教師為學生展示實驗材料，讓他們結合對月球、地球、太陽大小、相互位置的了解，思考可以建構怎樣的模型來探索日食現象。學生已經學習過關于地球的形狀、月相及其變化規律等天文學知識，也已知曉太陽是一顆會發光發熱的恒星，但有時太陽的耀眼光輝會被全部或部分遮擋，經過一定時間又能恢復原有狀態。教師可以基于學生的已有認知，引導他們展開分析，將原有認知經驗與模擬實驗選用的材料建立一一對應的關系，建構解釋日食原理的模型。最終，學生發現日食的原理：當月球運動到地球和太陽的中間，且處在同一條直線上時，可以遮擋住地球上人們的目光，形成日食現象。

教師通過喚醒學生的已有認知，啟發他們基于已有經驗建構模型，培養他們的抽象概括能力，從而提升模型建構能力。

2.強化體驗，運用模型

分析解釋是提升學生模型建構能力的重要手段。教師要積極引導學生應用遷移已有的模型，使他們不斷完善自己的認識，對模型的本質、使用注意事項等要素形成更加深刻的理解。教師要加強對學生認知規律的了解，分析他們在模型建構能力發展上的不足，展開適當的模型應用遷移活動。

例如，在《日食》教學中，借助對日食現象的分析，學生能夠在腦海中初步建構日、月、地球運動模型。為了加深學生對這一模型的掌握，提升他們的分析解釋能力，教師對教學內容進行了拓展，讓他們結合獲得的新模型，分析日食的變化規律。

教學中教師展示使用模型模擬三種不同日食現象視頻，提出問題：同樣是日食，為什么會有不同的現象呢？可能與什么有關？

首先，教師介紹模擬實驗的實驗材料：地球上有一個觀察孔，可以從觀察孔中觀察日食的情況，月球離地球的距離和角度可以調節。接著，教師引導學生展開模擬實驗：①將地球和太陽分別放在軌道的兩端，數值小的一端放地球。②調整月球與地球的距離，直至能夠觀察到所對應的日食現象。③在相應的日食現象欄記下此時的地月距離。④調整月球與地球的角度，并記錄。之后，學生將同一日食類型的記錄單匯總，并對比不同類型的記錄單，得出不同類型日食發生時月球與地球的距離關系。即月球離地球較近時發生日全食，較遠時發生日環食，角度有偏差時發生日偏食。

通過應用模型的探究活動，學生在了解日食成因的基礎上，進一步探究不同日食現象背后的原因。學生根據模擬實驗的結論，進一步推理分析天體在運動過程中，由于位置的變化而產生不同的天文現象。這樣的教學有助于進一步發展學生的模型建構能力。

二、深化研討，促進思考，強化推理論證能力

作為科學思維的重要組成部分，教師要注重發展學生的推理論證能力。在教學中，教師要改變過去教學中只注重落實概念、忽視學生推理論證能力發展的情況，基于他們概念理解的過程展開多樣化的教學活動，促使其收獲豐富的推理論證體驗。

1.基于證據，深化研討

證據在學生的科學探究中就像一個指路牌，能夠為學生提供“研究什么”“怎么研究”的指導，是提升他們推理論證能力的重要工具。教師要加強對學生證據意識的培養，讓他們學會依托證據展開有理有據的思考，要注重提升他們獲取數據、分析數據的能力，使他們正確理解證據的意義，強化思維的嚴謹性。

例如，在《八顆行星》教學中，教師利用學校開展的天文知識科普活動，創設向全校學生介紹和展示太陽系的八顆行星的任務情境，引導學生根據已知數據分析論證，建構八顆行星距離和大小科學模型。

特別是在“建立大小模型”環節，學生經過小組討論，首先需要確定八顆行星模型的赤道直徑。此時，教師出示一個直徑為14厘米的球代表木星，引導學生推測是否能夠在教室內呈現其余七顆行星以及太陽的模型。學生利用已有數據表進行計算，展開論證，填寫記錄單。接著，教師出示根據數據建構的行星大小模型，讓學生依據記錄單對照模型進行分析。如此的分析論證初步讓學生認識到八顆行星的大小差距很大。教師提問“在這樣的比例關系下，太陽有多大”，進一步讓學生展開論證，發現不可能在教室內呈現太陽系模型。教師繼續提問“那么在操場上可以呈現嗎？操場上能排下幾顆行星？并說說理由”，讓學生課外繼續探究和分析：在這樣的大小比例關系下，需要多遠的距離才能進行等比例建模？通過上述一系列的論證式分析活動，學生不僅對八顆行星的大小和位置關系有更客觀的了解，而且提升了推理論證能力。

2.設好問題，促進思考

教師要注重培養學生思維的邏輯性，為學生創造開放多元的學習環境，設置具有探究價值的問題，促進他們思考，用縝密、科學的思維方式解決問題，發展其分析、推理能力。

例如，在《日食》一課關于“日食的成因”環節教學中，小組通過模擬實驗探究日食的成因。教師提供地球儀、小泡沫球和一個手電筒，讓學生思考：這些分別用來模擬什么？為什么要選用這些材料？本模擬實驗需要注意什么？當學生完成模擬實驗后，教師引導他們研討交流是根據什么現象來判斷的，對實驗現象進行推理，最終得出日食成因的結論，認識到當月球運動到地球和太陽之間，且在同一條直線上時，就可能會產生日食現象。日食作為一種比較罕見的天文現象，其背后蘊含著怎樣的科學道理？學生從觀察現象到猜測，再到邏輯推理，最后模擬驗證得出結論，他們對于日食現象有了宏觀的認識，同時深刻認識到有一定依據的科學推理對于科學研究有著重要的意義與價值。

學生借助對這些問題的探究，能夠獲得“整合信息—梳理分析—解決問題”的學習經歷，形成具有邏輯性的思維方式，提升邏輯推理能力。

三、應用遷移，多元思考，激發創新思維能力

科學教育中對學生創新思維的培養體現在促使學生學會從不同角度分析并思考問題，提出新穎而有價值的觀點和解決問題的方法。因此，教師要關注學生的問題解決能力，促進他們對所學知識、思想的應用遷移，引導他們多元思考、多維分析并在問題解決過程中發展創新思維。

教師要強調科學知識、思想在解決現實生活問題上的應用，主動為他們創造開放的交流環境，鼓勵他們自主提出解決問題的方法。

例如，在《夏季星空》教學中，在學生掌握了一些經典的星座知識以及辨認方法后，教師引導他們思考：我們可以使用怎樣的方法來辨認星座？借助這個問題的分析，能夠讓學生對教材上的知識形成更加深刻的認識，并且鍛煉他們提出解決方法的能力。有的學生看到教材指出“星星在夏天會更加明亮”，會對不同星星在不同時節的耀眼程度產生了好奇心，進而借助網絡展開調查，發現四季的星空會因地球的公轉而產生差異，從而產生了在不同季節尋找不同星座的想法。有的學生發揮創新思維，想到了運用科技手段來辨認星座、進行圖像識別等方法。

在學生提出各種問題解決方法的過程中，教師可以強調使用一種方法的優勢以及局限性，促使他們形成多元化的思維方式，發展創新思維。

小結

在小學科學教學中實現思維型科學課堂的構建，能夠讓學生的思維更具有邏輯性、研究性、科學性，促使他們運用科學觀點分析問題、解析現象。教師應積極轉變思想觀念，基于學生的認知規律開展多樣化的教學活動，促進他們科學思維的有效發展，提升教學質量。同時，教師要加強對學生認知規律的分析，了解他們的科學思維發展情況以及發展需求，對教學方式進行創新和優化，讓他們從被動學習轉變為主動學習。

[課題：杭州市2023年教師教育課題“青年科學苑：雙線推進新時代教師跨學科能力提升的實踐研究”，編號：2023JSJY154]

（作者單位：金蕾紅，浙江省杭州市富陽區教育發展研究中心；費許峰，浙江省杭州市富陽區環山鄉中心小學）

參考文獻

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