科學思維：探究小學生科學家品質的生長規律

摘 要：本文以科學思維為核心探討了小學生科學家品質的生長規律。其以探究式教學為主，遵循科學思維的發展規律。構建策略主要分為四個層面：在認知思維層面，借助問題引導來激活科學概念；在深度思維層面，通過真實情境和實踐探究活動來增強活動體驗，引導學生進行深度認知建構；在策略思維方面，開展實踐探究活動；在創新思維層面，借助實時監測器，融入數字化賦能，催化學生的創新意識。本文致力于課程內容與現實生活的深度融合，旨在培育小學生的科學思維和科學家品質，為創新人才的培養開辟新的教學路徑。

關鍵詞：科學思維；小學科學；科學家品質；影響研究

科學思維是科學核心素養的重要組成部分，是小學生成長為未來科學家的關鍵品質。《義務教育科學課程標準（2022年版）》中提出：科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認知方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。^［1］而科學思維的培養是一個系統的過程，其涉及從基礎的觀察、提問，到高級的實驗設計、數據分析等多個方面。通過強化實踐探究教學，小學生在解決實際問題的過程中深入理解和掌握科學知識，促進科學思維發展，逐步塑造出科學家品質。優秀的科學家品質，對學生自然觀的完善具有非常重要的意義。

一、科學思維的發展規律

（一）平常思維是回憶與再現的起點

科學思維始于對周圍世界的觀察和好奇心。在這一基礎思維層次，學生主要以客觀事實為依據，從親身經歷過的事情中提取已知的信息，通常是那些在生活中或學習中被教導過的內容。例如，伽利略注意到了教堂里懸掛的吊燈在風中擺動，觀察發現吊燈每次擺動的時間是一致的。這種思維過程不需要深層次的理解或復雜的認知加工，根據事物的表象就能直接得出結論。

（二）概念思維是理解與推理的深化

這個階段要求學生不僅能夠回憶和識別信息，還要理解自然現象或客觀事物背后蘊含的基本概念，對其進行概括，構建能夠揭示內在特性的概念模型，并得出科學規律。例如，伽利略認識到吊燈實際上是一個由擺繩和擺錘組成的單擺系統，并理解了單擺的等時性原理。這一階段是學生科學思維的關鍵成長期，為后期問題的解決打下了堅實基礎。

（三）策略思維是應用與解決問題的進階

在此階段，學生通過查找資料或實驗探究等方式提煉出觀點，并將所學知識和技能靈活應用于復雜的實際情境中，進行更高層次的思考和分析，并處理多維度的問題。例如，伽利略通過設計實驗證明擺錘的擺動快慢只與擺繩長短有關，與擺錘重量和擺幅大小無關。這個層次的學習活動和評估任務通常更具挑戰性，旨在促進學生的高階思維能力和問題解決能力的提升。

（四）批判性思維是創新與知識遷移的飛躍

在這一高層次思維階段，學生能對所研究的事物進行深度分析和評估，能利用證據進行大膽猜測和質疑，并將其付諸實踐，或將知識遷移到新的情境中。^［2］例如，克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）利用伽利略發現的擺具有等時性原理，設計制作出了機械擺鐘，極大地提高了時鐘計時的準確性。這個階段要求學生能夠獨立思考，并深入地分析和評估證據，發現問題或催生新的認知。

二、科學思維對培育小學生科學家品質的重要意義

（一）科學思維的梯度教學激發小學生的求知欲

科學思維的梯度教學旨在根據小學生的認知發展階段，循序漸進地引導小學生接觸科學知識，通過由淺入深、由易到難的教學內容，逐步培養小學生的探究興趣與能力。教師可以根據學習需求，設計有梯度的問題和任務，提供多樣化的學習材料，鼓勵學生自主探究與合作學習，開展一個支持小學生從低層次認知到高層次認知過渡的教學活動。這種教學方式能讓小學生在探究過程中發現科學的樂趣，從而激發其持續探究的欲望。

（二）科學思維的沉浸體驗培養小學生的專注力

在科學思維中，觀察力不僅體現在對事物的外在特征進行觀察，更體現在對事物的內在本質進行深入的理解和探究。因為部分小學生的觀察力不夠，無法沉靜下來，不能專注思考，所以教師要給小學生創設一個靜靜探索的“場”。教師在構建科學思維逐步發展的課堂時，可以將科學知識與其他學科知識進行有效融合，并創設貼近生活的教學情境，鼓勵小學生運用多種感官去感知世界。通過發展概念思維，小學生能夠學會更加準確地觀察和描述事物，發現其中的規律和聯系，從而提高專注力。

（三）科學思維的深度發展提升小學生的探究力

科學思維的深度發展對提升小學生的探究力至關重要。在這一過程中，小學生不僅要學會如何提出問題，更要學會如何通過科學的方法去尋找答案。教師通過設計富有挑戰性的探究活動，鼓勵小學生親身參與、動手實踐，發現問題、提出假設、驗證結論，幫助小學生在實踐中學習科學原理。這種以探究活動為核心的教學方式，能夠使小學生在不斷嘗試的過程中主動運用科學知識解決問題，逐漸形成嚴謹細致的科學方法，養成實事求是的科學態度，進而促進其探究力的發展。

（四）科學思維的多樣表達激發小學生的創造力

在小學科學實驗教學活動中運用數字化技術，可以更好地展現小學生的科學思維，極大地激發和開發小學生的創造力。借助數字化技術，將原本不可見的物質轉換為直觀可見的數據，極大地提升了科學探究的規范性和科學性，更重要的是能培養小學生的創新意識，鼓勵他們利用新技術探索并解決科學問題，幫助他們實現科學家品質的發展，適應時代的需求。

三、小學生科學家品質培養的現狀和挑戰

（一）認知思維表層化，缺乏深度理解

小學生的科學學習往往只停留在記憶層面，缺乏對科學概念深層次的探究和理解。他們能復述定義和公式，但在面對需要深入解析的問題時，往往顯得無所適從。這種表層化的認知思維導致學生難以形成系統的知識結構，無法對知識進行深入的內化和應用，同時也阻礙了他們科學思維的發展。因此，培養小學生的深度認知能力，引導他們從表象深入到本質，是提升科學家品質的關鍵。

（二）理論與實際脫節，難以靈活運用

小學生能將課堂上學習的概念和原理背得十分熟練，卻很難在現實生活中找到對應的場景，導致知識難以轉化為解決實際問題的能力。即使在生活中遇到了相同的科學現象或者相似的場景，小學生也不能迅速將所學知識與實際情況聯系起來，更別提遷移運用所學知識。為此，教師應將生活化的元素融入教學，通過案例教學、項目學習等方式，讓小學生在真實或模擬的實際情境中應用所學知識。

（三）動手操作能力弱，實踐體驗不足

由于實驗條件和教學資源的限制，小學生擁有的實踐機會并不多，這導致他們在科學領域的動手操作能力普遍不足。小學生缺乏親身體驗和操作實踐的機會，難以直觀感受科學原理的應用，從而影響了他們對科學概念的理解。因此，學校和教師需要創造更多實驗的機會，提高小學生的動手操作能力。這是培養小學生科學家品質的必要環節。

（四）想象力和創造力受限，缺乏創新思維

受傳統教育模式的影響，小學生的想象力和創造力往往受到束縛，缺乏創新思維。他們可能過于依賴教師的講解，缺乏自主思考和探索的精神。而且部分教師在教學中過于強調標準答案和規范操作，忽視了小學生的個性發展和創新思維訓練，這會影響他們未來在科學領域的發展潛力。因此，激發小學生的想象力和創造力，培養他們的創新思維，是當前小學生科學家品質培養中亟待解決的問題。

四、科學思維促進小學生科學家品質生長的策略

（一）激活科學觀念，引導認知思維的逐層建構

小學生科學家品質的培養是一個循序漸進的過程。教師應根據教學內容和小學生的認知水平，通過設計一系列具有層次性的問題，逐步激活小學生的科學觀念，使孩子們的認知思維不斷深化。這些問題應從簡單的事實回憶和識別開始，逐步過渡到復雜的分析和應用，問題鏈能將有聯系的知識內容串聯起來，加強學生的理解與運用能力。^［3］

以教科版小學科學四年級下冊《認識幾種常見的巖石》這一課為例。首先，教師通過提出開放式問題，如“你見過哪些種類的巖石？它們是如何形成的”來激活小學生已有經驗，激發他們對未知領域的探索欲望。其次，教師講解巖石類型時，圍繞“火成巖、沉積巖、變質巖”的分類，設計層層遞進的問題，如“為什么會有這些不同的巖石種類？每種巖石的形成過程是怎樣的？我們怎樣通過觀察和實驗鑒別它們”這樣的問題鏈不僅有助于小學生系統理解巖石的知識體系，更能引導他們運用科學思維方法，如邏輯推理和實證分析，去發現問題、解決問題。再次，教師提出諸如“這塊巖石的結構紋理反映了怎樣的形成過程”“你在巖石研究中發現的新問題是什么”等探究性問題。這樣，小學生不僅能內化所學知識，更能在解決問題的過程中，逐漸養成嚴謹的科學態度和良好的科學素養。

教師巧妙運用問題導向啟發策略，使小學生在問題解決的過程中自主學習、積極思考，最終實現科學知識和科學核心素養的全面提升。通過這種梯度式的教學，小學生的認知思維會得以發展，好奇心和探究欲會被有效激發。

（二）增強情境體驗，助推概念思維的螺旋提升

以生活化、情境化教學為載體，創設貼近小學生生活的教學情境，能夠激發小學生的探索興趣，促使他們積極投入后續學習中，深化學習體驗，發展科學思維。^［4］為此，教師應在完成情境創設后引導小學生將科學知識與現實生活相聯系，以實現思維方式從直觀感知到深度理解的跨越。

在教科版小學科學六年級下冊《形形色色的植物》的教學中，教師可以通過三個步驟開展情境化教學。第一步，情境創設引趣。通過帶領小學生進行校園或社區實地考察，創設貼近小學生生活的真實情境，引導小學生提出問題，探討植物多樣性以及環境適應性。第二步，情境融入探知。結合教材內容，引導小學生進一步研究植物形態結構與其生存環境之間的關系，比如葉子形狀與光合作用的關系，根系分布與水分吸收的關系等。通過制作植物標本、繪制生態圖等方式，促進小學生從直觀感知向理性認知轉變。第三步，情境延展應用。鼓勵小學生將所學知識應用于解決實際問題中，如設計一項綠化校園的方案，或者探討如何利用植物特性改善家庭居住環境等。這樣的情境能讓小學生把理論知識應用于實踐，真正體現出科學深度學習的價值所在。

在真實的自然情境中，小學生親身體驗并細致觀察不同植物各部分的結構特征，并根據特征對植物進行分類，從而加深對植物多樣性的理解。在這個過程中，小學生運用概念思維對觀察到的信息進行深入分析，觀察技巧和專注力得到了顯著提升。

（三）深化實踐活動，驅動策略思維的縱深發展

小學生科學家品質的培養是一個不斷深入的過程。教師通過豐富而深刻的活動體驗，激發小學生的策略思維，從而推動他們的認知能力向縱深發展。開展以科學主題為核心的實踐探究活動，探究和實踐是科學學習的主要方式。^［5］實踐探究活動不僅能夠增強活動的針對性，還能深化小學生對科學概念的理解，促進策略思維的發生。

以教科版小學科學六年級下冊《廚房里的物質與變化》這一課為例，首先，教師引導小學生關注廚房中的科學現象，確立探究主題，激發小學生對日常烹飪中物質變化的好奇心，如食材的發酵和烹煮時顏色、質地的變化，以及調味品的化學作用。其次，小學生根據教師提供的實驗材料，親自在廚房環境中動手實踐，觀察糖溶解的過程，探究醋與小蘇打混合產生的化學反應等。教師鼓勵小學生在探究過程中提出自己的疑問，記錄觀察現象，并嘗試對這些現象背后的原因進行初步解釋。再次，通過小組討論，小學生相互分享觀察發現，共同解決問題。在活動中，教師應給予小學生更多的時間和空間，讓他們去經歷完整的探究過程，去發現現象背后所蘊含的科學原理，在實踐探究和表達交流中，不斷加深對科學觀念的理解與內化。

主題式探究實踐活動能充分調動小學生的積極性和主動性，讓他們在真實的生活中發現問題、提出問題，并在探究實踐中尋找答案，最終在不斷地思考、驗證和交流中鍛煉科學思維。

（四）融合數字化賦能，開發創新思維的多元應用

在小學生科學家品質的培養過程中，每個階段都設定了特定的目標和挑戰，以激發小學生創造性思維的發生。傳統課堂教學由于條件的限制，難以隨時隨地進行真實的科學實驗，而數字化賦能的多元應用，極大地提升了科學探究的規范性、科學性，為小學生提供了一個探索科學世界的全新視角，使他們能夠在科學探究的道路上，不斷發現、創造并應用新知識，激發想象力和創新潛能。

教師在教科版小學科學六年級下冊《地球家園的化學變化》的教學過程中，利用數字化技術為光合作用中二氧化碳濃度變化的可視化提供了有力支持。課前，教師介紹實驗設備，包括二氧化碳濃度傳感器、數據采集器，以及實驗所需的植物、光源和封閉容器，并簡述實驗步驟及安全須知。小學生學習使用傳感器和數據采集器，將傳感器放置在封閉容器內的適當位置，確保它可以準確測量植物周圍的二氧化碳濃度。數據采集器連接傳感器，并通過計算機軟件實時展示數據的動態變化，再以圖表形式清晰呈現二氧化碳濃度隨時間的變化而變化。通過實時監測和記錄數據變化，小學生能夠直觀地觀察到光合作用過程中二氧化碳濃度的變化，更好地理解光合作用的科學原理。

通過這一過程，讓小學生意識到借助先進的數字化實驗設備，可以讓實驗數據從無形到有形，可以用多種辦法得出實驗結論，潛移默化地將創新思維根植于小學生的內心。在這個過程中，小學生不僅能夠接觸到日常生活中鮮少見到的科學知識，還能夠深入探索書本未涉及的領域，更重要的是打開了創造性思維的大門，鼓勵他們利用新技術探索科學問題，用創新和獨特的方法解決問題。

五、結語

科學思維幫助小學生建立科學的認知方式，培養科學的問題解決能力，不僅能提升小學生的學術成就，還能培養他們的批判性思維和創新能力，對于小學生未來適應復雜多變的社會環境至關重要。因此，在教學實踐中，教師應著重關注課程內容與現實生活的深度融合，關注小學生主體性的發揮，以及科學精神和社會責任感的培育，實現從知識傳授到能力培養，再到人格塑造的全方位教育目標。期待教師培養出能夠主動探索、勇于創新，并具備解決復雜問題能力的新一代科學家。

參考文獻

［1］［5］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022：4-5，119．

［2］任麗娜.小學科學教學中學生科學思維的培養［J］.教學管理與教育研究，2024（3）：109-112.

［3］狄小琴.深度學習視域下構建小學科學思維課堂［J］.天津教育，2023（13）：75-76.

［4］胡良清.基于深度學習的小學科學思維型課堂實踐——以《月相的變化》一課為例［J］.湖北教育（科學課），2023（10）：42-44.