指向科學思維培養的小學科學教學路徑探究

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）確立了科學課程核心素養，涵蓋科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任。有效培養學生的科學思維，是落實《課程標準》的重要舉措之一。然而，實際教學中存在將科學思維簡單等同于操作技能培訓的現象，不少教師過于關注實驗步驟的規范性，未能設計科學思維培養路徑。結果是學生雖掌握了操作技能，卻未真正獲得科學思維的發展。本文以教科版《科學》六年級下冊“宇宙”單元的教學為例，從目標確定、主題任務設計、學習支架構建和成果展示與應用四個方面進行探討。

一、分析《課程標準》，錨定科學思維培養目標

《課程標準》設定了13個學科核心概念，作為義務教育階段所有學生應掌握的科學課程內容。科學核心素養的培養應有機融入學科核心概念的學習過程中。為聚焦科學思維的培養，教師首先須明確與本單元相關的核心概念，并以此為引領，確定科學思維的具體培養目標。“宇宙\"單元對應的學科核心概念是“宇宙中的地球”。在明確核心概念后，結合《課程標準》中關于科學思維的描述，最終明確該單元科學思維培養的具體目標如下。

1.模型建構：能夠基于抽象數據概括天體特征，制作太陽系、銀河系等模型，并解釋天體系統結構關系。

2.推理論證：通過分析比較日食、月相等天文現象的觀測數據，歸納日月地相對位置與現象的因果關系。

3.創新思維：在模型制作中突破傳統模型的單一模式，嘗試使用多元材料和多種呈現形式。

二、整合課程，設計指向科學思維培養的主題任務

科學思維培養目標為課程內容的選擇和組織提供了核心指引。在此基礎上，教師可整合課程，設計以科學思維為導向的主題任務。

以“宇宙”單元為例，該單元包含七節課，內容涉及太陽系大家庭、八顆行星、日食、認識星座、認識星空、浩瀚的宇宙和探索宇宙。教師根據之前設定的具體培養目標，將七節課整合為“探尋太陽系”和“遨游銀河系”兩個主題，并設計分層遞進的任務群。“探尋太陽系\"主題包括太陽模型制作、日食原理驗證等四個子任務，體現了從簡單模型制作到組合建構的層級要求。“遨游銀河系\"主題則包含北斗七星定位建模和銀河系結構建構兩個子任務，要求學生在掌握太陽系模型基礎上，再完成銀河系結構的建構。該主題整合體現了模型建構的層級特點。每個子任務以驅動性問題激發科學思維，輔以相應工具與資源支持。通過小組討論、合作建模以及對模型的反思與總結，教師不僅引導學生逐步掌握了太陽系及銀河系的模型制作方法，更促進了模型建構、推理論證、創新思維的培養（如表1）。

三、開展實踐，構建指向科學思維培養的學習支架

為促進學生科學思維培養目標的實現，教師需要提供有效的學習支架。以“宇宙”單元教學為例，教師構建了問題支架和圖式支架，幫助學生在深入參與科學模型制作的過程中，有效培養科學思維。

（一）問題支架

問題支架有助于激發學生的興趣和好奇心，促進自主探究。以“探尋太陽系\"為例，為引發學生對太陽系知識的興趣，主題任務開始前，教師通過展示晴天白日和星空的圖片，提問：“平時你注意過天空嗎？”“你都看到了哪些天體？”“對這些天體你有什么了解或想知道的？”“你知道這些天體有什么聯系嗎？\"以引導學生觀察并思考問題。隨后，教師根據教學任務依次提出“太陽為何被古人稱為‘金烏'？\"\"冥王星為何被‘降級'？\"\"‘天狗食日'的科學真相是什么？\"“我們的太陽系大家庭中，還有其他成員嗎？\"等問題，幫助學生圍繞太陽、八顆行星、月亮及其他天體展開學習。這些問題既來源于學生的生活和興趣點，又緊扣“太陽系”“銀河系\"的知識邏輯。

問題支架，能夠引導學生在解決問題的過程中，深入探究知識，提升信息獲取的能力，從而進一步理解科學概念和現象背后的邏輯關系，實現科學思維的培養。

（二）圖式支架

圖式支架是指運用各種圖式工具，如思維導圖等，輔助學生學習。六年級學生正處于具象思維向抽象思維過渡的關鍵階段，雖然能夠理解簡單的邏輯關系，但仍需要圖表等直觀支持。例如，教學“遨游銀河系\"主題時，教師可為學生提供思維導圖，幫助他們明確銀河系的結構一一銀盤、銀核和懸臂。同時，鼓勵學生利用廢舊材料（如光盤、LED燈）制作銀河系模型。學生在制作過程中，依據思維導圖梳理知識結構，將抽象的銀河系轉化為可視化模型：用光盤模擬銀盤，用LED燈表示恒星，通過合理布局展現懸臂結構及太陽系在銀河系中的位置。這樣的過程不僅提升了學生的模型制作能力，更加深了他們對復雜天體系統組成和結構關系的理解。

通過圖式支架，學生能夠清晰把握知識的層級關系和邏輯聯系，系統性地構建科學思維。

四、通過成果展示與應用，鞏固提升科學思維

當教師明確科學思維培養目標，設計以科學思維為導向的主題任務，并圍繞目標組織相關實踐活動后，學生的科學思維能力將得到有效發展。為了進一步幫助學生鞏固所學知識，成果展示成為一種重要手段。通過展示與應用，學生不僅提升了模型建構、推理論證和創新思維能力，還學會了從多角度審視和優化自己的科學思維成果，實現深層次的思維提升。

（一）模型展示

模型展示是學生科學思維培養成果的直觀呈現。不同小組在展示自建模型以解釋實驗現象時，由于關注的角度、選擇的材料和制作細節存在差異，因此呈現出各具特色的模型。這些不同的模型從多個維度展示天體的復雜特征。通過這些模型展示，學生能夠更全面地觀察天體的復雜特征，從而加深對科學思維的掌握。

以銀河系模型展示為例，某次課上，各小組紛紛展示自己制作的銀河系模型。一組學生用來粒模擬恒星，用藍色卡紙制作銀盤，用白色紙條表示懸臂，清晰地展示了銀河系的基本結構和太陽系的位置；另一組學生則用彩色塑料顆粒模擬恒星，通過不同顏色區分恒星的類型，并使用小電機實現了銀河系模型的旋轉，生動地展現了銀河系的動態特征。學生制作的模型采用了不同的材料來模擬恒星，如粉筆灰、米粒和彩色塑料顆粒等。盡管模型存在差異，但它們都指向銀河系的關鍵特征，包括豐富的恒星、懸臂的旋轉以及標明太陽系位置等。通過相互觀察和討論，學生不僅深刻理解了太陽系在銀河系中的位置，還認識到模型在解釋科學現象時的多維性和局限性。這種觀察、討論過程，進一步提升了學生推理論證的能力，使他們能夠基于證據和邏輯對不同模型進行評估和改進。

（二）模型應用

模型應用指的是通過比較不同特征的模型，拓寬學生的認知視野，助力其推理論證、創新思維等能力的提升。

以“展示日食模型\"為例：學生可以用三張不同顏色的圓紙片模擬太陽、月球和地球，通過移動紙片直觀地展示日食發生時三者的位置關系；也可以利用手電筒、小球和地球儀，通過光影變化解釋日食現象。在比較這兩種模型時，學生不僅要理解日食的形成原理，還要學會從視覺和光影兩個不同角度思考問題。這種多視角的分析和比較，激發他們從新角度審視問題的能力，提升創新思維。

綜上所述，為切實提升學生的科學思維，本文構建了“錨定科學思維培養目標、設計指向科學思維培養的主題任務、構建指向科學思維培養的學習支架以及成果展示與應用\"的教學路徑。同時，為教師提供了包括問題支架、圖式支架在內的具體教學參考策略，助力教師優化教學設計，提升教學質量，從而更有效地促進學生科學思維的發展。未來，期待更多教師關注該路徑在不同學段、不同課型中的實踐效果評估及推廣應用的優化策略。

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（浙江省紹興市柯橋區浙光小學）