原創(chuàng ) 李霞 中國青少年科技教育工作者協(xié)會(huì )
新課標下科學(xué)課思維型探究教學(xué)實(shí)踐
作者：李霞／浙江省杭州市基礎教育研究室附屬學(xué)校
《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》（2022年版）提出素養立意、注重綜合、加強實(shí)踐、注重思維的價(jià)值導向，要求重視探究實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生思維的深度參與，這是目前科學(xué)教學(xué)改革的重要方向。本文從對科學(xué)教育發(fā)展歷程中科學(xué)探究的分析入手，探討科學(xué)探究的內涵，以思維型教學(xué)原理為指導，提出思維型探究的設計方法和實(shí)施要點(diǎn)。
對自然科學(xué)課程發(fā)展歷程中科學(xué)探究的分析
在自然科學(xué)相關(guān)課程進(jìn)入正規課堂的百年歷程中，科學(xué)探究始終被認為是科學(xué)學(xué)習的重要方法，同時(shí)科學(xué)探究的內涵得到豐富。
19世紀中葉，以斯賓塞為代表，提出科學(xué)教育要為個(gè)體發(fā)展服務(wù)，每種學(xué)習都應該從實(shí)驗入手，經(jīng)過(guò)充分觀(guān)察后進(jìn)行推理，科學(xué)教育是為了獲取知識和發(fā)展推理能力[1]。20世紀初期，杜威在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，提出科學(xué)教育是要為培養社會(huì )需要的人服務(wù)，需使用歸納、演繹、數學(xué)邏輯和實(shí)證等科學(xué)方法解決實(shí)踐的問(wèn)題，發(fā)展思維能力[2]。20世紀下半葉，施瓦布提出科學(xué)教育要為培養有效的公民而服務(wù)，科學(xué)內容和科學(xué)方法是密不可分的，科學(xué)是因新證據出現而被修改的概念結構，學(xué)生應該以探究的方式學(xué)習科學(xué)[3]。1996年，美國《國家科學(xué)教育標準》正式提出科學(xué)探究的概念，對科學(xué)探究的內涵、方法、實(shí)施步驟作了界定，科學(xué)探究是要幫助學(xué)生獲取科學(xué)知識，領(lǐng)悟科學(xué)方法和科學(xué)思想觀(guān)念。在新一輪全球課程改革的背景下，科學(xué)課程強調對科學(xué)概念的探究建構與實(shí)踐運用，強調思維探索，強調把思維探索與動(dòng)手活動(dòng)相結合，同時(shí)將科學(xué)教育從科學(xué)領(lǐng)域擴展到工程領(lǐng)域，提出了科學(xué)探究和工程實(shí)踐?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標準》（2022年版）也明確提出培養科學(xué)核心素養要從科學(xué)觀(guān)念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責任4個(gè)方面綜合考慮，首次將教學(xué)中一直被忽視的科學(xué)思維列為科學(xué)素養的重要方面。
從觀(guān)察、實(shí)驗到歸納、演繹、數學(xué)邏輯和實(shí)證，再到探究方式的提出，再到科學(xué)探究的提出，再到探究實(shí)踐、科學(xué)思維的提出，可以發(fā)現：科學(xué)教育從誕生之初就蘊含著(zhù)探究的思想，科學(xué)探究從一開(kāi)始就與科學(xué)思維相互伴隨。作為一線(xiàn)科學(xué)教師，在新課標背景下如何基于科學(xué)思維開(kāi)展有效的科學(xué)探究，是教學(xué)實(shí)施中面臨的重要問(wèn)題。
新課程背景下對科學(xué)探究?jì)群脑偎伎?/p>
《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》（2022年版）對科學(xué)核心素養的探究實(shí)踐維度進(jìn)行了界定，指出了科學(xué)探究的組成要素、基本程序及本質(zhì)。教學(xué)中，需要深入理解新課標中科學(xué)探究的內涵。
對新課標中科學(xué)探究?jì)群慕馕?/p>
《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》（2022年版）提出，“科學(xué)探究能力體現在：理解科學(xué)探究的一般過(guò)程和方法；提出科學(xué)問(wèn)題，并針對科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行合理猜想與假設；制訂計劃并搜集證據，分析證據并得出結論；對結果進(jìn)行解釋與評估；準確表達觀(guān)點(diǎn)，反思探究過(guò)程與結果?！?/p>
科學(xué)探究主要包括問(wèn)題、證據、解釋、結論四個(gè)基本要素，一般具有提出問(wèn)題、猜想假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流和反思評價(jià)的八步基本流程。在探究教學(xué)過(guò)程中，要關(guān)注學(xué)生親歷探究解決問(wèn)題，也要關(guān)注學(xué)生獲得對科學(xué)探究本身的理解。
對科學(xué)探究?jì)群脑偎伎?/p>
胡衛平將科學(xué)探究的內涵定義為：這是一個(gè)復雜的教與學(xué)的實(shí)踐行為，是激活學(xué)生情感與思維的實(shí)踐行為，是根據事實(shí)證據建構科學(xué)解釋的實(shí)踐行為。從科學(xué)探究的目標和結果來(lái)看，不僅要幫助學(xué)生形成科學(xué)探究能力、理解科學(xué)探究、形成科學(xué)觀(guān)念，還要領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法[4]。從以上對科學(xué)探究?jì)群慕缍芍?，科學(xué)探究的本質(zhì)是認知建構的過(guò)程，是科學(xué)思維的過(guò)程，是合作交流的過(guò)程，是情感互動(dòng)的過(guò)程?？茖W(xué)探究不僅僅是對學(xué)生操作技能的培養，也不僅僅是一套學(xué)生能背出來(lái)的標準化操作程序。
科學(xué)探究是一套動(dòng)手實(shí)踐的操作體系。它起源于一個(gè)學(xué)生可以研究的科學(xué)問(wèn)題，在尋找問(wèn)題答案的過(guò)程中，學(xué)生圍繞問(wèn)題提出初步假設，針對假設開(kāi)展觀(guān)察、測量、實(shí)驗、調查等活動(dòng)，獲取信息和證據后，運用歸納、推理、論證、建模等思維方法進(jìn)行解釋?zhuān)詈笸ㄟ^(guò)教師與學(xué)生之間的交流與論證，形成共識。
科學(xué)探究是一套深入思考的方法體系。它是屬于科學(xué)學(xué)科的一套獨特的方法體系，需要將動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程與科學(xué)方法、科學(xué)思維建立連接。能夠支撐科學(xué)探究的科學(xué)方法主要包括觀(guān)察、實(shí)驗、測量、推理和解釋等，具有科學(xué)學(xué)科特點(diǎn)的思維方法主要包括科學(xué)推理、建構模型、科學(xué)論證和質(zhì)疑批判。
綜上可見(jiàn)，動(dòng)手實(shí)踐是科學(xué)探究的外顯部分，科學(xué)方法是科學(xué)探究的內隱部分，而科學(xué)思維則是科學(xué)方法的重要組成部分，科學(xué)探究的過(guò)程既是動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程，也是科學(xué)方法的運用過(guò)程，還是科學(xué)思維的過(guò)程。在探究過(guò)程中，始終伴隨著(zhù)思考，始終不斷推進(jìn)著(zhù)學(xué)生推理論證能力、模型建構能力、批判性思維和問(wèn)題解決能力的發(fā)展?？茖W(xué)課堂需要實(shí)施思維型探究。
思維型探究的教學(xué)設計
作者經(jīng)過(guò)多年課堂實(shí)踐，基于思維型教學(xué)原理提煉了思維型探究教學(xué)模式，即在一定的教學(xué)思想、教學(xué)理論指導下，圍繞教學(xué)目標，在一定的教學(xué)資源支持下，形成的具有相對穩定結構的教學(xué)范型。它是對復雜教學(xué)組織方式的簡(jiǎn)約表示，體現了教育價(jià)值取向，決定了行為規則，整合了教學(xué)方法和策略，是教師設計課堂教學(xué)的重要抓手[5]。一定的教學(xué)模式體現一定的教學(xué)理論或教學(xué)思想，它不僅包括教學(xué)流程，還包括相應的教學(xué)目標、適切的評價(jià)標準和匹配的教學(xué)資源。同時(shí)，教師應具備相應的專(zhuān)業(yè)素養，并能營(yíng)造良好的師生關(guān)系。
思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)流程
思維型探究教學(xué)模式以思維型教學(xué)原理作為理論指導。思維型教學(xué)原理是由動(dòng)機激發(fā)、認知沖突、自主建構、自我監控、遷移應用5個(gè)基本原理組成的有機統一整體，既存在邏輯順序，又互相滲透[6]。思維型探究的教學(xué)設計包括5個(gè)基本環(huán)節，分別為“情境創(chuàng )設與問(wèn)題提出”“作出假設并制訂計劃”“收集證據與信息處理”“得出結論與表達交流”和“總結反思與遷移應用”。5個(gè)基本原理支撐科學(xué)探究過(guò)程中的不同階段，在不同階段中都有科學(xué)思維的深度卷入（表1）。思維型探究要求在探究過(guò)程中，科學(xué)思維深度參與，凸顯對科學(xué)本質(zhì)的理解。
思維型探究教學(xué)模式的評價(jià)標準
基于思維型教學(xué)原理，思維型探究的4條評價(jià)標準貫通整個(gè)探究過(guò)程（圖1）。
圖1 思維型探究的評價(jià)標準
教學(xué)導入誘發(fā)思維動(dòng)機。教師需要創(chuàng )設有利于學(xué)生積極思維的教學(xué)情境，提出恰當的探究問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習動(dòng)機。
教學(xué)過(guò)程引發(fā)思維動(dòng)力。明確學(xué)生可以探究的問(wèn)題，并圍繞問(wèn)題設計能夠引發(fā)學(xué)生認知沖突的層級性問(wèn)題，遵循科學(xué)探究的基本程序，動(dòng)用科學(xué)思維方法，引導學(xué)生親歷探究過(guò)程。
教學(xué)反思觸發(fā)思維監控。引導學(xué)生對科學(xué)探究過(guò)程、方法、結論進(jìn)行反思與交流，使得學(xué)生對掌握及運用的知識和方法進(jìn)行監控和調節。
應用拓展激發(fā)思維遷移。需要引導學(xué)生將獲得的科學(xué)概念、探究實(shí)踐技能和思維方法遷移應用到新的情境中，解決新問(wèn)題。
思維型探究教學(xué)模式的教學(xué)資源
思維型探究是學(xué)生主動(dòng)建構概念、解決問(wèn)題的過(guò)程，教師需要提供能夠幫助學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究的系列資源，課堂教學(xué)時(shí)可以依托3種學(xué)習單支持學(xué)生的主動(dòng)思維和深入探究。
3種學(xué)習單分別為學(xué)習目標單、學(xué)習支持單和素養評價(jià)單（圖2）。學(xué)習目標的設計要聚焦科學(xué)核心素養的各個(gè)方面，從以往的三維目標轉變?yōu)樾抡n程下的素養目標，特別是如何把科學(xué)思維方法目標提煉出來(lái)，對教師而言是一個(gè)挑戰。教學(xué)設計時(shí)，只有準確提煉科學(xué)思維方法，才可能在探究活動(dòng)中有效觸動(dòng)學(xué)生思維的深度參與。學(xué)習支持單是課堂上供學(xué)生探究使用的實(shí)驗記錄、觀(guān)察記錄、調查記錄、科學(xué)閱讀資料等，學(xué)習支持單的設計要基于目標，要由有效的驅動(dòng)性問(wèn)題鏈構成主線(xiàn)，在問(wèn)題的支撐下，幫助學(xué)生實(shí)現自主探究，使學(xué)生完成低階思維到高階思維的過(guò)渡。素養評價(jià)單要基于學(xué)習目標進(jìn)行設計，聚焦概念的深度建構和問(wèn)題的解決。3種學(xué)習單的設計要緊緊圍繞科學(xué)核心素養，實(shí)現教學(xué)評價(jià)的一致性。
圖2 思維型探究的教學(xué)資源
思維型探究教學(xué)模式的師生關(guān)系
在思維型探究過(guò)程中，教師與學(xué)生既是課堂的共同設計者，也是科學(xué)探究的共同親歷者，教師要對學(xué)生的思維過(guò)程、思維特點(diǎn)及如何發(fā)展學(xué)生的思維進(jìn)行監控，進(jìn)行主動(dòng)設計。教師需要關(guān)注學(xué)生學(xué)習的思維過(guò)程，幫助學(xué)生學(xué)會(huì )表達自己的思維過(guò)程，可以是口頭表達、圖畫(huà)表征，還可以利用學(xué)習單幫助表達；尊重學(xué)生的思維特點(diǎn)，將學(xué)生的自主探究與合作探究進(jìn)行合理安排，促進(jìn)學(xué)生的思維互動(dòng)，提高思維參與度；發(fā)展學(xué)生的思維監控，為了保證達到預設的素養目標，要引導學(xué)生將自己的思維本身作為思考的對象，養成主動(dòng)控制和調節的能力，完善學(xué)生的思維方式和思維品質(zhì)。
思維型探究的操作要點(diǎn)
思維型探究的過(guò)程以解決科學(xué)問(wèn)題為起點(diǎn)，以發(fā)現其中的屬性、關(guān)系和規律為終點(diǎn)。在學(xué)生探究過(guò)程中，要特別注重證據收集和推理論證的指導。
圍繞問(wèn)題，注重對學(xué)生證據收集的指導
科學(xué)以實(shí)驗證據解釋客觀(guān)世界的運行機制和事物發(fā)展的變化規律。要創(chuàng )設良好的環(huán)境條件，提供結構化的實(shí)驗材料，幫助學(xué)生完成證據的收集。學(xué)生可以在實(shí)驗室、自然界、圖書(shū)館或其他場(chǎng)所，通過(guò)觀(guān)察、測量、調查、動(dòng)手操作獲得證據。教學(xué)時(shí)應關(guān)注以下幾點(diǎn)：①證據的收集通常需要圍繞學(xué)生對問(wèn)題的解釋性假設展開(kāi)，需借助實(shí)驗儀器、實(shí)驗器材等。②小學(xué)生對事物變化和發(fā)生原因的假設通常較為簡(jiǎn)單，經(jīng)常表達為是或否、有或無(wú)，教師需要耐心引導，切忌拔高。③教師需要提前精心準備，提供結構化的實(shí)驗材料幫助學(xué)生完成證據的收集。
基于證據，注重對學(xué)生推理論證思維的指導
基于證據進(jìn)行推理論證的過(guò)程，是學(xué)生概念知識建構的過(guò)程，是一種較為復雜的認知過(guò)程。需要學(xué)生進(jìn)行證據與結論之間的科學(xué)推理，需要對自己的論證展開(kāi)批判性思考，需要在與其他同學(xué)進(jìn)行交流與分享、辯護與反駁的過(guò)程中逐漸建構概念。推理論證能力體現在基于證據與邏輯，運用分析與綜合、比較與分類(lèi)、歸納與演繹等思維方法，建立證據與解釋之間的關(guān)系并提出合理見(jiàn)解。
推理有歸納推理和演繹推理2種形式。
演繹推理的過(guò)程大致有以下幾個(gè)步驟：確定是哪個(gè)因素或變量與所解決的問(wèn)題有關(guān)；分析該變量產(chǎn)生作用時(shí)，必須具備的前提條件是什么；如果條件符合，就進(jìn)一步依據獲得的證據進(jìn)行推理。
歸納推理通常經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：仔細觀(guān)察和分析收集到的信息或數據，不急于得出結論；對幾組信息或數據間的聯(lián)系或規律進(jìn)行對比，抽取其共同點(diǎn)；嘗試說(shuō)明所發(fā)現的共同點(diǎn)，得到某個(gè)結論；通過(guò)重復驗證，確定結論是否正確。
論證指基于證據的論證，構建令人信服的論點(diǎn)，支持或反駁對科學(xué)現象的解釋。論證時(shí)，要注重指導學(xué)生分清什么是觀(guān)點(diǎn)、什么是事實(shí)；能利用模型的思想分析事物的特征及結構，在事實(shí)與觀(guān)點(diǎn)之間建立聯(lián)系；能利用抽象概括的方法發(fā)現事物的本質(zhì)特征，能比較全面地分析問(wèn)題的各種影響因素，進(jìn)而獲得結論。
下面以“力對物體運動(dòng)狀態(tài)的改變”思維型探究教學(xué)為例說(shuō)明。
在情境創(chuàng )設環(huán)節，學(xué)生觀(guān)察生活中人騎自行車(chē)、風(fēng)吹小風(fēng)車(chē)轉動(dòng)、水流推動(dòng)水車(chē)轉動(dòng)等現象，聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗很容易作出解釋?zhuān)航o物體施加力，物體能夠運動(dòng)起來(lái)，而且力越大物體運動(dòng)越快。
在認知沖突環(huán)節，教師演示實(shí)驗：給小車(chē)施加拉力，這個(gè)拉力來(lái)自曲別針的重力，1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)……20個(gè)……學(xué)生發(fā)現小車(chē)并不能運動(dòng)，并不是只要給物體施加力就一定能運動(dòng)起來(lái)，這與最初的解釋相悖，引發(fā)認知沖突，使學(xué)生將探究聚焦于力與運動(dòng)的整個(gè)過(guò)程。
在自主建構環(huán)節，學(xué)生首先要明確假設，確定哪個(gè)變量與問(wèn)題有關(guān)，并分析這個(gè)變量產(chǎn)生作用的前提條件；實(shí)驗設計時(shí)，要選擇實(shí)驗材料，控制起點(diǎn)、終點(diǎn)，準確操作計時(shí)器，設計好記錄表格；對獲得的數據進(jìn)行分析時(shí)，要進(jìn)行歸納推理和演繹推理，并與同學(xué)論證自己的結論。
在自我監控階段，學(xué)生從探究過(guò)程、思考方法、數據收集、小組合作等方面進(jìn)行分享交流。
在拓展遷移階段，學(xué)生用獲得的概念、方法、技能解決實(shí)際問(wèn)題，例如制作氣球動(dòng)力小車(chē)、橡筋動(dòng)力小車(chē)、重力小車(chē)等，實(shí)現對科學(xué)概念、探究技能、思維方法的遷移應用，發(fā)展問(wèn)題解決能力。
聚焦科學(xué)核心素養發(fā)展的科學(xué)課程與教學(xué)，對每位教師都提出了新的挑戰，思維型探究教學(xué)明確了思維深度參與探究的教學(xué)模式及操作要點(diǎn)，能有效培養學(xué)生的批判性思維和問(wèn)題解決能力，培養科學(xué)精神。使學(xué)生在探究過(guò)程中體會(huì )科學(xué)知識產(chǎn)生的過(guò)程，潛移默化地理解科學(xué)的本質(zhì)。
參考文獻
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原文刊載于《中國科技教育》2022年第6期專(zhuān)題欄目，作者：李霞／浙江省杭州市基礎教育研究室附屬學(xué)校。中國青少年科技輔導員協(xié)會(huì )會(huì )員可點(diǎn)擊“閱讀原文”登錄雜志官網(wǎng)免費瀏覽全文。
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原標題：《專(zhuān)題：新課標下科學(xué)課思維型探究教學(xué)實(shí)踐》
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