利用“制作簡易凈水裝置”活動發(fā)展學(xué)生高階思維

〔摘" "要〕" 在新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)素養(yǎng)導(dǎo)向的背景下，本文以蘇教版科學(xué)三年級上冊“制作簡易凈水裝置”探究活動為例，探討科學(xué)探究活動中發(fā)展學(xué)生高階思維的路徑。提出目標(biāo)分解、問題引導(dǎo)、協(xié)作反思的高階思維培養(yǎng)路徑，促進(jìn)學(xué)生分析、評價與創(chuàng)造能力的發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；探究活動；高階思維

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）22" " 0067-03

隨著《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的深入實(shí)施，科學(xué)教育正經(jīng)歷從知識本位向素養(yǎng)導(dǎo)向的轉(zhuǎn)型，高階思維的培養(yǎng)被置于核心地位。高階思維作為分析、評價與創(chuàng)造能力的綜合體，不僅是學(xué)生科學(xué)探究能力的核心指標(biāo)，更是應(yīng)對復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問題的關(guān)鍵素養(yǎng)。然而，當(dāng)前小學(xué)科學(xué)課堂上，探究活動往往陷入重操作、輕思考的窠臼：目標(biāo)設(shè)定聚焦知識復(fù)現(xiàn)，問題設(shè)計(jì)缺乏梯度，反思環(huán)節(jié)流于形式，導(dǎo)致學(xué)生思維多停滯于觀察、記憶等低階層面。以“制作簡易凈水裝置”為例，多數(shù)課堂止步于模仿教材步驟完成實(shí)物制作，卻很少引導(dǎo)學(xué)生追問“材料順序的科學(xué)依據(jù)”“裝置優(yōu)化的可持續(xù)性”等深層問題，致使探究活動淪為“手工課”，高階思維培養(yǎng)效果欠佳。基于此，本研究以該活動為切口展示傳統(tǒng)探究模式下思維培養(yǎng)的思路，并嘗試構(gòu)建目標(biāo)分層、問題鏈驅(qū)動、協(xié)作反思三位一體的培養(yǎng)路徑。旨在為教師提供可操作的策略框架，推動科學(xué)探究從“動手做”向“動腦思”的質(zhì)變，助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識建構(gòu)與思維進(jìn)階的協(xié)同發(fā)展，為《課程標(biāo)準(zhǔn)》落地實(shí)施提供可借鑒的模式。

一、課前分解教學(xué)目標(biāo)

（一）目標(biāo)分層，從知識掌握到思維進(jìn)階

《課程標(biāo)準(zhǔn)》視域下的教學(xué)目標(biāo)需兼顧知識習(xí)得與思維發(fā)展。以“制作簡易凈水裝置”為例。教師在課前需將目標(biāo)明確劃分為低階認(rèn)知目標(biāo)與高階思維目標(biāo)。低階目標(biāo)聚焦基礎(chǔ)知識的理解與操作技能的掌握，例如“認(rèn)識活性炭、砂石等材料的物理特性”“學(xué)會使用漏斗、燒杯等工具完成過濾操作”；高階目標(biāo)則指向分析、評價與創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，例如“對比不同材料組合的過濾效果差異，歸納影響因素”“基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果反思設(shè)計(jì)缺陷并提出優(yōu)化方案”。通過目標(biāo)分層，教師可避免活動設(shè)計(jì)重操作、輕思考的傾向，確保學(xué)生在實(shí)踐中既能完成知識建構(gòu)，又能經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析原理、創(chuàng)新解決的完整思維鏈條。例如，在活動設(shè)計(jì)中，教師可預(yù)設(shè)“分析材料特性與過濾效果的關(guān)系”為思維進(jìn)階的核心任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生從“知道活性炭能吸附色素”的淺層認(rèn)知，走向“探究顆粒大小如何影響吸附效率”的深度思考。

（二）內(nèi)容解構(gòu)，從教材內(nèi)容到問題載體

教學(xué)目標(biāo)的分解需依托內(nèi)容的重構(gòu)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)科學(xué)課堂常以教材知識點(diǎn)為線性脈絡(luò)，而高階思維培養(yǎng)要求教師將知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化為問題鏈載體，使內(nèi)容服務(wù)于思維發(fā)展。以“制作簡易凈水裝置”為例。教材僅提供基礎(chǔ)過濾原理與操作步驟，教師需在課前挖掘內(nèi)容中的思維生長點(diǎn)，重新組織為遞進(jìn)式問題鏈：第一層“如何選擇材料”（激活已有認(rèn)知），第二層“材料順序如何影響過濾效果”（引導(dǎo)變量分析），第三層“如何設(shè)計(jì)可重復(fù)使用的裝置”（激發(fā)創(chuàng)新遷移）。在材料選擇環(huán)節(jié)，教師可突破教材推薦的“棉花+砂石+活性炭”固定組合，引入紗布、海綿等拓展材料，鼓勵學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對比不同材料的過濾效果與成本差異。內(nèi)容解構(gòu)打破了照本宣科的限制，將知識轉(zhuǎn)化為可探究的問題群，為學(xué)生提供分析、決策的實(shí)踐空間，使高階思維培養(yǎng)有據(jù)可依。

（三）過程預(yù)設(shè)，從步驟執(zhí)行到思維顯化

教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)依賴活動過程的精細(xì)化設(shè)計(jì)。教師需在課前預(yù)設(shè)清晰的思維發(fā)展路徑，將隱性的思維活動外顯為可操作的步驟。以“制作簡易凈水裝置”為例，教師可設(shè)計(jì)多階流程，感知層觀察現(xiàn)象—分析層提出假設(shè)—實(shí)證層驗(yàn)證推理—創(chuàng)造層迭代創(chuàng)新。例如：在提出假設(shè)階段，教師預(yù)設(shè)任務(wù)單，要求學(xué)生根據(jù)材料特性繪制裝置結(jié)構(gòu)圖并標(biāo)注設(shè)計(jì)理由；在驗(yàn)證推理階段，引入TDS檢測筆、電子顯微鏡等工具，引導(dǎo)學(xué)生量化分析水質(zhì)變化，將凈化效果從模糊描述升級為數(shù)據(jù)論證。教師需提前設(shè)計(jì)思維工具支架，如“變量控制記錄表”“失敗原因歸因圖”等，幫助學(xué)生將零散的思考轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的表達(dá)。這一過程預(yù)設(shè)不僅明確了“做什么”，更揭示了“如何想”，使高階思維培養(yǎng)從隨機(jī)觸發(fā)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)推進(jìn)。

二、課中實(shí)施問題導(dǎo)向

（一）以問題鏈驅(qū)動探究，搭建思維階梯

問題導(dǎo)向的課堂需要以結(jié)構(gòu)化問題鏈為線索，將零散的探究活動串聯(lián)為思維進(jìn)階的階梯。在“制作簡易凈水裝置”活動中，教師可圍繞材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、功能優(yōu)化三個方面設(shè)計(jì)問題鏈。例如：基礎(chǔ)性問題為“哪些材料可以過濾雜質(zhì)？它們的作用有何不同？”通過基礎(chǔ)性問題激活已有經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察棉花、砂石等材料的物理特性；分析性問題為“如果將活性炭放在過濾層最下方，會有什么后果？”通過此類問題，啟發(fā)學(xué)生思考材料順序與過濾效果的關(guān)系，滲透“控制變量”的科學(xué)思維；挑戰(zhàn)性問題為“如何讓裝置同時去除雜質(zhì)和異味？是否需要引入新材料？”這類問題可以推動學(xué)生跨學(xué)科聯(lián)想，如結(jié)合化學(xué)知識分析活性炭吸附原理。通過遞進(jìn)式提問，學(xué)生從描述現(xiàn)象逐步走向解釋原理與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。例如，在討論材料順序時，一名學(xué)生提出：“粗砂應(yīng)該放在最上層，因?yàn)樗紫洞螅芟葥踝〈箢w粒雜質(zhì)，細(xì)砂在后面攔截小顆粒。”教師隨即追問：“如果粗砂換成碎石子，過濾速度會變快還是變慢？為什么？”這一問題促使學(xué)生將“孔隙率”與“流速”建立關(guān)聯(lián)，進(jìn)而理解“分層過濾”的科學(xué)邏輯。

（二）鼓勵自主質(zhì)疑，培養(yǎng)批判性思維

問題導(dǎo)向的課堂應(yīng)賦予學(xué)生質(zhì)疑權(quán)，使其從被動應(yīng)答轉(zhuǎn)向主動發(fā)問。在“制作簡易凈水裝置”教學(xué)實(shí)踐中，教師可通過多種策略激發(fā)學(xué)生的批判性思維。比如，教師可以創(chuàng)設(shè)找問題環(huán)節(jié)，各組展示設(shè)計(jì)方案后，教師引導(dǎo)其他學(xué)生提出問題。例如，有小組采用“雙層活性炭”設(shè)計(jì)，其他學(xué)生提出“活性炭價格高，重復(fù)使用效果會下降，這樣成本是否合理？”此類問題倒逼設(shè)計(jì)者反思方案的可行性與可持續(xù)性。還可以引入反例辯論，教師故意展示存在缺陷的裝置，如未分層填充材料導(dǎo)致快速堵塞，要求學(xué)生分析失敗原因并提出改進(jìn)建議。例如，一名學(xué)生指出：“過濾層太緊密，水流不下去，應(yīng)該在不同材料間留出空隙。”另一名學(xué)生反駁道：“空隙太大會讓雜質(zhì)漏過去，需要找到平衡點(diǎn)。”通過辯論，學(xué)生逐漸理解“科學(xué)設(shè)計(jì)需兼顧效率與效果”的辯證思維。

（三）捕捉生成性問題，深化思維延展

課堂上的動態(tài)生成問題是高階思維培養(yǎng)的寶貴資源。教師需敏銳捕捉學(xué)生的意外之問，將其轉(zhuǎn)化為深度學(xué)習(xí)契機(jī)。例如，在“制作簡易凈水裝置”實(shí)驗(yàn)中，一名學(xué)生發(fā)現(xiàn)“活性炭顆粒越小，吸附速度反而越慢”，這與課本結(jié)論矛盾。教師并未直接糾正，而是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)：將活性炭研磨成粉末、顆粒、塊狀三種形態(tài)，分別測試吸附色素的時間。學(xué)生最終發(fā)現(xiàn)“粉末活性炭因結(jié)塊導(dǎo)致表面積減少”，從而修正了“顆粒越小效果越好”的片面認(rèn)知。又如，某小組嘗試用木炭替代活性炭，但凈化效果不佳。教師抓住這一生成性問題，組織全班討論：“木炭與活性炭的結(jié)構(gòu)差異是什么？如何加工木炭提升其吸附性？”學(xué)生通過查閱資料發(fā)現(xiàn)“高溫活化可增加木炭孔隙率”，進(jìn)而嘗試用噴燈灼燒木炭改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。這一過程不僅深化了學(xué)生對材料性質(zhì)的理解，更讓學(xué)生體驗(yàn)到“科學(xué)改進(jìn)需基于證據(jù)與推理”的思維原則。

三、課后協(xié)作反思

（一）多主體協(xié)同反思，從單一評價到多元對話

課后反思是思維培養(yǎng)的延伸與升華。在“制作簡易凈水裝置”活動中，教師需打破傳統(tǒng)學(xué)生寫反思、教師給評語的單向模式，構(gòu)建學(xué)生自評、小組互評、師生共評、家校聯(lián)評的多主體協(xié)同反思機(jī)制。學(xué)生自評方面，通過填寫思維成長雷達(dá)圖，從“材料分析深度”“方案創(chuàng)新性”“問題解決韌性”等維度自我打分，并舉例說明依據(jù)。小組互評方面，各組圍繞設(shè)計(jì)邏輯清晰度、協(xié)作有效性交換意見。例如，A組指出B組“活性炭使用過量導(dǎo)致成本過高”，B組則建議A組“增加過濾層間隙以避免堵塞”。師生共評方面，教師選取典型作品，與學(xué)生共同分析設(shè)計(jì)亮點(diǎn)與改進(jìn)空間。引導(dǎo)學(xué)生從具象經(jīng)驗(yàn)抽象出通用策略。家校聯(lián)評方面，邀請家長參與家庭延伸實(shí)驗(yàn)，記錄觀察結(jié)果并反饋至課堂。跨場景反思拓寬了思維廣度，多主體協(xié)同反思打破了思維閉環(huán)，使學(xué)生在多元視角碰撞中深化認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐、反思、再實(shí)踐的良性循環(huán)。

（二）工具支架賦能，從經(jīng)驗(yàn)描述到思維可視化

有效的協(xié)作反思需借助工具將隱性思維顯性化。在“制作簡易凈水裝置”課后環(huán)節(jié)，教師可提供三類支架工具。一是歸因分析圖。引導(dǎo)學(xué)生用魚骨圖梳理影響凈水效果的關(guān)鍵因素，區(qū)分可控變量與不可控干擾。二是思維進(jìn)階檔案袋。要求學(xué)生收集實(shí)驗(yàn)各階段的方案草圖、失敗記錄、優(yōu)化筆記，并標(biāo)注思維轉(zhuǎn)折點(diǎn)。三是跨學(xué)科遷移表。設(shè)計(jì)表格引導(dǎo)學(xué)生將凈水裝置設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)遷移至其他領(lǐng)域。通過工具賦能，學(xué)生的反思從零散的“我覺得……”升級為結(jié)構(gòu)化的“我發(fā)現(xiàn)……因?yàn)椤浴保季S過程變得可追溯、可優(yōu)化。

（三）長效追蹤機(jī)制，從節(jié)點(diǎn)反思到成長圖譜

協(xié)作反思的價值需通過持續(xù)追蹤方能充分釋放。教師可建立三類長效追蹤機(jī)制。其一，問題銀行。將課后反思中產(chǎn)生的未解問題存入班級“科學(xué)問題庫”，作為后續(xù)探究活動的選題來源。其二，迭代挑戰(zhàn)賽。定期舉辦“裝置優(yōu)化賽”，要求學(xué)生在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上突破創(chuàng)新。其三，跨年級傳承。將優(yōu)秀反思案例、典型失敗教訓(xùn)整理成冊，供下一屆學(xué)生參考。這種長效機(jī)制將反思從一課終結(jié)變?yōu)槌掷m(xù)生長，使高階思維培養(yǎng)突破課時限制，真正融入學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展歷程。

在《課程標(biāo)準(zhǔn)》深化素養(yǎng)培育的背景下，小學(xué)科學(xué)探究活動的高階思維培養(yǎng)已成為科學(xué)教育提質(zhì)增效的關(guān)鍵突破口。本研究以“制作簡易凈水裝置”這一典型探究活動為實(shí)踐載體，通過課前目標(biāo)分解、課中問題引導(dǎo)、課后協(xié)作反思的系統(tǒng)化路徑，揭示了思維培養(yǎng)與科學(xué)探究深度融合的可能性。研究表明，通過分解思維導(dǎo)向的目標(biāo)體系、設(shè)計(jì)階梯式問題鏈、搭建多元反思支架，學(xué)生能夠突破“照方抓藥”的淺層實(shí)踐模式，逐步實(shí)現(xiàn)從“模仿操作”到“批判創(chuàng)新”的思維躍遷。在教學(xué)中，學(xué)生通過分析材料特性、優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu)、解決真實(shí)問題，不僅深化了對科學(xué)原理的理解，更在質(zhì)疑、試錯、迭代中錘煉了分析、評價與創(chuàng)造能力。

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