依托《萬花筒》教學養成學生高階思維

〔摘" "要〕" 《義務教育科學課程標準（2022年版）》強調，在核心素養培養的背景下，科學思維高階發展已成為科學教育的重要目標。結合小學3～4年級學生的認知特點與教學實踐，本文從多維度探索科學思維高階發展的策略體系。本文以小學科學《萬花筒》教學為例，實施“三步探究法”（問題提出—假設構建—結論論證），直接對應布魯姆認知目標中的分析、評價、創造等高階層次的教學實踐探索，為小學科學課堂的深度學習提供了理論的依據和可借鑒的成果。

〔關鍵詞〕" 小學科學；高階思維；策略

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）15" " 0049-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）強調了培養學生科學核心素養的重要性，高階思維培養恰恰為學科核心素養奠定了基礎。高階思維（如推理、批判性思維、創造性思維）是科學學科核心素養的重要組成部分。依據對核心素養導向的深入探索思考，并根據學生的特點，筆者認為小學科學課堂中關注發展高階思維的活動，主要把握的關鍵點有：積極參與活動、思考提出問題、聯系生活實際。立足科學學科本位，如何與其他學科相融合，在無定性語境中，找到可供科學教師借鑒的創新育人方向，是一個值得深入探討的論題。

一、目標導向

小學階段是科學思維發展的黃金期，科學學科因其探究性、實踐性特征，成為培養高階思維的最佳載體。教師要圍繞科學概念和規律設計科學活動，并讓學生積極參與，利用現象引導學生探索有價值的問題。重構教學目標（如增加評價思維訓練）、創新教學方法（如深度論證活動）、整合教育資源（如校館合作），可有效實現從“知識積累”到“思維躍遷”的轉變，為學生的終身學習和創新能力發展奠定基礎。以學生為主體的課堂教學變革悄然而至，推動高階思維培養從理論探討走向課堂實踐，這需要教師持續提升專業能力，同時也呼喚教育評價體系向思維品質維度延伸。以核心素養為基點，從縱向的學科知識關聯，到橫向跨學科知識統整，循著以目標為導向的學生高階思維培養路徑，既不丟失學科的主陣地，又能通過巧妙的融合為學科助力。

依據布魯姆認知目標分類理論，將實驗活動目標從“記憶、理解”層面向“分析、評價、創造”延伸。在小學科學核心素養框架下，高階思維目標的分層設計需緊扣“科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任”四大維度，依據學生認知發展梯度遞進，形成不同層級的具體表現（如下表）。

學生的思維發展呈現漸進式特征：1～2年級側重觀察與描述，3～6年級逐步過渡到推理與創造，最終形成可持續的思維進階路徑。針對3～4年級學生思維具象化特點，采用了“觀察現象—比較差異—推理本質”的遞進式目標設計。

二、情境創設

在小學科學教育中，促進學生高階思維的發展是一項關鍵任務。依據"“最近發展區”"理論設計認知腳手架，能夠有效助力學生跨越現有知識水平與潛在發展水平之間的鴻溝。以萬花筒為例，它通過三棱鏡反射形成對稱圖案的奇妙機制，為學生理解光的反射定律提供了生動直觀的模型。

萬花筒在科學思維培養方面具有獨特價值，它像是一個多維認知接口。它宛如一座搭建在具象現象與抽象原理之間的堅固橋梁，一端連接著學生在轉動萬花筒時親眼所見的奇妙、絢麗且不斷變化的圖案，這些圖案是他們可以直接感知的現象；另一端則延伸至光的反射定律等抽象科學原理，讓學生在把玩萬花筒的過程中，思維得到多方面的鍛煉。

為了切實有效地幫助學生實現從經驗積累到科學素養的巨大躍遷，教師在教學過程中需要格外注重認知腳手架的動態撤除。在最初階段，教師可以通過示范、引導等方式，幫助學生更好地理解萬花筒的玩法以及其中蘊含的科學原理，為學生搭建起認知的腳手架。隨著學生思維能力的逐步提升，教師應逐漸減少直接的指導，讓學生自主探索、發現，適時地撤除腳手架，最終引導學生從單純的“玩轉萬花筒”，走向能夠自主“解碼大千世界”的科學思維自主建構之路。讓學生在科學的海洋中，憑借自己構建的思維體系，不斷探索、發現更多的科學奧秘。這一過程可以通過以下三個階段逐步實現。

現象感知，低階觀察。在課堂初始階段，教師可以為學生分發萬花筒，讓他們自由觀察。學生在把玩萬花筒時，首先會被其豐富多彩的圖案所吸引，他們在轉動萬花筒時，興奮地發現圖案的形狀和顏色隨著轉動不斷改變，他們好奇地把萬花筒湊近眼睛、又拉遠，試圖找出圖案變化的規律。他們饒有興致地觀察著每一次轉動后圖案的變化，沉浸在色彩與形狀交織的奇妙世界里。從而開啟低階觀察，進行現象感知，聚焦于現象本身，憑借直觀感受來認識萬花筒呈現的奇妙畫面，這是思維發展的基礎階段。

變量識別，分析思維。當學生對萬花筒的現象有了初步感知后，教師可以引導學生思考影響圖案變化的因素，進入分析思維階段。比如，教師提問：“為什么萬花筒里的圖案會發生變化呢？”學生通過多次實驗發現：當慢慢轉動萬花筒時，圖案變化比較緩慢，能看清楚圖案的形成過程；而快速轉動時，圖案變化太快，難以分辨細節。在這個過程中，"學生逐漸發現，萬花筒內彩色碎片的數量、形狀以及轉動的角度等因素，都會對最終呈現的圖案產生影響。通過不斷調整這些變量，他們在腦海中構建起各個因素與圖案變化之間的聯系，分析能力在這一過程中得到鍛煉與提升。

原理抽象，高階推理。在學生對變量有了清晰認識后，教師進一步引導學生探究萬花筒背后的科學原理，促使學生進行高階推理。教師借助光路圖，為學生講解光在三棱鏡中的反射路徑，引導學生理解光的反射定律如何在萬花筒中發揮作用。學生通過觀察光路圖，結合之前對萬花筒圖案的觀察和變量分析，推理出正是因為光在三棱鏡之間不斷反射，才使筒內的彩色碎片經過多次成像，最終形成了對稱且不斷變化的圖案。此時，不僅讓學生掌握了光的反射定律等科學知識，更重要的是培養了他們的高階推理能力，學會從具體現象中抽象出科學原理，實現了科學思維的高階發展。

三、過程重構

課堂教學中構建科學可視化的過程，采用“三步探究法”（問題提出—假設構建—結論論證），通過流程圖、思維導圖等工具外顯思維過程。例如，小學科學與美術結合的《萬花筒》一課，在“三棱鏡成像的原理”的研究中，用科學思維結構實現思維的可視化轉變。過程重構的反思性學習循環，設置“實驗日志”記錄觀察現象與思維困惑，開展“三次反思”，即實驗前預測反思、實驗中過程反思、實驗后結論反思，培養學生元認知能力。

以小學科學《萬花筒》“三步探究法”教學為例。

游戲化思維訓練：將“分類思維”轉化為“闖關游戲”，設置“特性識別—功能匹配—創意改造”三道關卡。例如，通過小組合作探究，對萬花筒的深入觀察，經過深度思考，完成對萬花筒的結構特點和成像原理的探秘。功能匹配，玩一玩手中的萬花筒，討論：萬花筒里的“花”有什么特點？（中心點對稱）。創意改造，觀察探究：用觀察、拆解、組合、討論的方式，尋求形成這種“花圖案”的原因。

碎片化思維模塊：設計5分鐘“思維體操”環節，如“原理猜猜猜”快速問答。高階思維的背后，要有邏輯依據。在深度探究萬花筒的過程中，用“思維體操”的方式啟發學生，讓學生明白只有一個三角形圖案是真實的，其他圖案都是利用光的反射原理由三棱鏡反射出來的。播放光反射成像的動態圖，用碎片化模塊驗證學生的觀察結論。

具身認知活動：通過“模擬實驗”（感知萬花筒圖案的重復變化）促進抽象概念理解，高階生成三棱鏡的原理意識。可以用剪、畫的方式創作一個“真實的”三角形花樣，再制作其余五個“鏡子里的”花樣，組成要做的圖案。也可以嘗試用染的方式，一次性染出六個小三角形的圖案。六個三角形圖案要遵循中心點對稱形式法則。

小學科學課堂教學中，要充分發揮學科融合的優勢，讓學生充分感受不同學科結合帶來聽覺、視覺境界，對所獲知識的印象也會更深刻。因為知識是學生自己感受發現獲得的，而不是教師直接給予的。科學實踐思維和美術創作潛移默化地在學生的學習中種下一個觀念：學科知識不是片面的，而是相通的。

四、評價革新

在小學科學教育中，評價環節對學生高階思維發展起著至關重要的導向與促進作用。傳統的單一評價模式已難以滿足培養學生高階思維的需求，因此建立多維度的高階發展評估體系勢在必行。可以通過過程性評價與表現性評價兩種方式，全面、精準地評估學生的思維發展水平。

過程性評價體系設計：教師可以設計"“思維發展觀察量表”，從"“問題提出質量”“方案創新性”“推理邏輯性”"三個關鍵維度對學生進行星級評價。獨特的材料選擇和結構設計展現了方案的創新性。在評價時，教師依據方案是否突破常規、是否有獨特的解決問題思路等方面，對學生的方案創新性進行星級評定。這一維度的評價鼓勵學生大膽創新，擺脫思維定式，培養他們的創造性思維，其解釋過程邏輯清晰、有理有據。教師根據學生推理過程的連貫性、合理性以及對因果關系的把握程度，在推理邏輯性維度給予相應星級評價。這有助于培養學生嚴謹的思維習慣，提升他們分析問題和解決問題的能力。

表現性評價載體：采用"“科學小視角”“思維可視化墻”"等形式作為表現性評價載體，能夠讓學生的思維路徑得以外顯。例如，“思維可視化墻”之思維導圖展示，以萬花筒為起點，逐步展開各個重復圖案的組合階段的特點、所需條件等內容。學生繪制的思維導圖不僅涵蓋了三棱鏡的原理基本階段，還通過分支拓展，加入了自己對不同圖案和圖形整合階段影響因素的獨特思考，這種方式使學生的思維過程以可視化的形式呈現出來，全面了解學生思維發展水平。

本文以核心素養為導向，立足小學科學思維目標，構建了高階發展全鏈條策略。將布魯姆認知目標中的分析、評價、創造等高階思維培養融入科學實踐，有效促進學生科學思維的深度發展與核心素養的全面提升。不僅為小學科學課堂的深度學習提供了理論依據與實踐范例，也為跨學科融合和創新育人方向的探索開辟了新路徑。

參考文獻

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