小學科學“雙螺旋結構”課堂的構建與實施

【摘 要】小學科學“雙螺旋結構”課堂是一種以“活動”和“思維”為主線，關注“問題”和“證據”之間的關聯，力求探究實踐和科學思維關聯共生、螺旋發展的課堂教學形態。該課堂以科學素養培養為導向，以“情境場”“問題串”和“證據鏈”為構成要素，在教學實踐中注重驅動性問題的生成、探究活動的開展及知識運用。

【關鍵詞】小學科學；“雙螺旋結構”課堂；活動；思維；問題；證據

【中圖分類號】G623.6 "【文獻標志碼】A "【文章編號】1005-6009（2024）33-0054-03

【作者簡介】1.劉德云，南京市江寧區教學研究室（南京，211100）科學教研員，高級教師；2.張駿，南京市江寧實驗小學（南京，211100）副校長，高級教師，南京市科學學科帶頭人。

堅持素養導向是新一輪課程改革的重要特征。發展學生的核心素養需要教學方式的轉變。就科學學科而言，讓學生“像科學家那樣思考”，“為科學思維而教”是深化科學教學改革的關鍵。但思維不可見地發生于大腦中，發生與否、質量如何，很難像探究活動那樣能被清晰地觀察到。在日常的科學課中，我們常常見到探究活動與科學思維脫離或重探究輕思維的現象。為有效解決這一問題，筆者借鑒已有的研究，結合區域教學實踐，嘗試基于素養導向打造小學科學“雙螺旋結構”課堂。

一、科學“雙螺旋結構”課堂的內涵及要素

（一）科學“雙螺旋結構”課堂的內涵

“雙螺旋結構”是生物學上用以描述DNA分子結構的概念。小學科學“雙螺旋結構”課堂借鑒了這一概念，其以“活動”和“思維”為主線，關注“問題”和“證據”之間的關聯，力求探究實踐和科學思維關聯共生、螺旋發展，進而讓學生在做中學、學中思，發展科學素養，其結構見圖1。

活動和思維是科學“雙螺旋結構”課堂的兩條主線。活動主要是以實踐為特征的科學探究和技術與工程實踐，包括動手操作、實驗模擬、信息搜集、觀察與考察、構思與設計、操作與實現、驗證與優化等。思維是指心智活動，表現為分析與綜合、比較與分類、演繹與歸納以及判斷、推理等思維的過程和形式，主要用以感受、提取、理解、判斷、選擇、記憶、想象、假設、推理，并以此助力探究實踐活動。兩條螺旋主線通過問題和證據貫連并構成一個穩定的課堂結構。問題的設計要圍繞探究目標，指向明確，這些具有一定邏輯結構的問題組成問題鏈，環環相扣，成為指向同一目標的整體。證據是指學生在探究實踐活動中通過觀察、實驗、調查等多種途徑獲得的事實和數據，通過對證據的整理、分析，可形成具有內在邏輯關系、能夠證實或證偽科學問題的證據鏈條。

（二）科學“雙螺旋結構”課堂的構成要素

科學“雙螺旋結構”課堂的構成要素包括“情境場”“問題串”和“證據鏈”。

情境場的作用在于呈現已有經驗，引發認知沖突。學生學習的過程是其認知結構不斷改造和拓展的過程。真實情境中產生的問題可以讓學生將已有的知識經驗與情境進行相互作用，從而促進認知結構發展。

問題串的作用在于讓活動有層次，讓思維連貫。問題是學習的核心，也是學生思維發展的動力和方向。一系列關鍵問題相互關聯，不斷遞進，能使活動逐層進階，讓學生的思維具有連續性。

證據鏈的作用在于引導學生進行推理并建構知識。在科學“雙螺旋結構”課堂中，學生提出自己的觀點，然后尋找證據，對證據進行篩選、整理、組合，形成具有內在邏輯聯系的證據鏈，繼而證明自己的觀點，建構科學概念。證據鏈對應著相關問題，有利于學生將探究結果和科學概念形成有機聯系，也有利于增進學生對科學概念的理解。

二、科學“雙螺旋結構”課堂的樣態

第一，真實情境生發驅動性問題。驅動性問題是活動與思維螺旋發展的內在動力。在科學“雙螺旋結構”課堂中，驅動性問題是在情境中自然產生的，這要求課堂上創設的情境和學生的生活緊密相連并使學生產生認知沖突，同時教師也要鼓勵學生大膽質疑，敢于提問。

第二，結構化問題引導實踐進階。在科學“雙螺旋結構”課堂中，教師依據科學概念的建構過程，設計一系列關鍵問題，隨著一個個關鍵問題的解決，探究實踐活動也逐步深入，層層遞進的問題讓學生的探究實踐進階發展。

第三，證據鏈優化思維歷程。關鍵問題的解決離不開有效證據的支持，獲取證據的過程也是學生思維發展的過程。獲取證據的方法有很多，常見的是觀察、實驗和調查等。獲取證據之后，就需要對證據進行整理、組合、分析，形成具有內在邏輯關系的證據鏈。這對于發展學生的科學思維，優化思維歷程至關重要。

三、科學“雙螺旋結構”課堂的實施策略

在科學“雙螺旋結構”課堂中，教師基于教學內容創設情境，生成驅動性問題，探究活動從問題開始，圍繞問題展開。在此過程中，活動為明線，思維為暗線，二者在問題驅動下不斷向前發展。

1.創設教學情境生成驅動性問題

在科學“雙螺旋結構”課堂中，教師應首先深入研析教學內容，明確教學目標，然后圍繞探究活動設計驅動性問題，激發學生探究興趣，激活學生已有認知，引發學生思考。驅動性問題具有挑戰性，往往在具有真實性且能引發學生認知沖突的情境中產生。

如在教學蘇教版《科學》五上《熱對流》一課時，教師先出示通過鐵架臺固定的裝有水和金魚的球形燒瓶（見圖2），并提問“像這樣用酒精燈給球形燒瓶加熱，里面的金魚會怎樣？”。由于前一課學生已經學習了熱傳導，加上之前自己的生活經驗，大多數學生預測金魚會被燙死。然后，教師加熱，學生發現球形燒瓶瓶口附近的水沸騰了，但金魚依然自由自在地在水里游動。此時，學生產生強烈的認知沖突。教師請學生代表用手觸碰球形燒瓶的瓶底，學生發現那里的水并不熱。這時，教師再出示日常生活中用燒水壺燒水的圖片（見圖3），學生回憶家里用燒水壺燒水的場景，紛紛表示一段時間后整壺水都沸騰了。有了認知沖突，教師順勢引導學生對比觀察，思考有什么發現。學生發現它們加熱的位置不同，自然而然地產生“燒水壺燒水時熱是怎樣傳遞的？”這一問題。該問題是學生親眼所見且與生活經驗相沖突的，更關鍵的在于他們已有的知識解釋不了這一現象。因此，該問題對學生來說具有挑戰性，能激發他們的探究興趣，可成為整堂課的驅動性問題。

2.開展探究活動著力問題解決

驅動性問題會引發學生一連串的指向問題解決的思維活動和學習行為。驅動性問題并非一成不變，可能會在學生學習過程中發生變化或衍生出新的問題。這些問題推動著探究活動的開展和問題的解決，也指引著學生思考。

“燒水壺燒水時熱是怎樣傳遞的？”這一驅動性問題引發了探究活動。而探究活動的開展必然需要一系列的思維活動作支撐，如：對于問題“燒水壺燒水時熱是怎樣傳遞的？”，學生自己有什么想法（預測）？如何設計實驗、搜集證據，證明自己的想法？實驗設計的思路是什么？如何解決實驗中諸如觀察水流路徑、測量水溫等問題？實驗中要觀察到什么現象、搜集什么樣的證據才能證明自己的預測是正確的？這些思維活動以問題的形式呈現，是由“燒水壺燒水時熱是怎樣傳遞的？”這一驅動性問題衍生出的，它們推動著探究活動不斷深入。通過探究活動，學生觀察到水壺中的水在加熱過程中的流動路徑并獲得水溫變化的數據。通過分析，他們發現了這一過程中熱的傳遞路徑，解決了“燒水壺燒水時熱是怎樣傳遞的？”這一問題，形成了熱對流的初步概念。這時，教師再引導學生基于水的熱對流類比產生新的問題，如“由水的這種傳遞熱的方式，你推測還有哪些物質也可能像這樣傳遞熱？”，進一步引發學生對其他液體（比如白醋、食用油）和空氣等氣體的熱傳遞方式的探究。而在這一系列具有邏輯結構的探究活動中，學生又會產生新的問題，如“這些實驗現象有什么相同之處？”。通過對這些實驗現象的分析、歸納，學生才能真正構建“液體或氣體受熱上升，遇冷下降，循環流動，使冷、熱液體或氣體相互混合”這樣的“熱對流”概念，同時也才能真正發現和理解熱對流時熱總是從溫度較高處傳到溫度較低處這樣的規律。

3.聯系生活實際進行知識應用

問題的解決不是學習的終點。教師應聯系生活實際，引導學生利用獲得的科學概念去解決新的問題，從而推動學生思維向前發展。在《熱對流》的教學中，在學生解決了液體或氣體是怎樣傳遞熱的問題后，教師并沒有終止學習活動，而是讓學生解釋課始球形燒瓶中的金魚為什么不會被燙死的現象。學生在解釋過程中進一步深化對概念的理解。接著，教師又演示用紙杯制作的簡易走馬燈，學生嘗試解釋它能轉動的原因，教師指導學生制作走馬燈，讓學生在動腦動手中內化“熱對流”的概念。課尾，教師讓學生留心觀察生活中的熱對流現象。這一系列聯系生活實際的教學，讓學生在知識的應用中發展思維，形成素養。

【參考文獻】

［1］李菲.在《撬重物的竅門》實驗教學中構筑“雙螺旋結構”課堂［J］.小學科學，2023（24）：70-72.

［2］李菲.試述小學科學“雙螺旋結構”課堂操作要點［J］.課程教育研究，2023（12）：88-90.

［3］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.

［4］張駿.科學“雙螺旋結構”課堂的構建：以蘇教版科學四年級上冊“浮力”的教學為例［J］.小學教學研究，2023（36）：18-20，23.