新課標(biāo)下科學(xué)課思維型探究教學(xué)實(shí)踐

新課標(biāo)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(chǔ)教育研究室附屬學(xué)校

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出素養(yǎng)立意、注重綜合、加強(qiáng)實(shí)踐、注重思維的價(jià)值導(dǎo)向，要求重視探究實(shí)踐過程中學(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(duì)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(nèi)涵，以思維型教學(xué)原理為指導(dǎo)，提出思維型探究的設(shè)計(jì)方法和實(shí)施要點(diǎn)。

對(duì)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(guī)課堂的百年歷程中，科學(xué)探究始終被認(rèn)為是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法，同時(shí)科學(xué)探究的內(nèi)涵得到豐富。 19世紀(jì)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(xí)都應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)入手，經(jīng)過充分觀察后進(jìn)行推理，科學(xué)教育是為了獲取知識(shí)和發(fā)展推理能力[1]。20世紀(jì)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(yǎng)社會(huì)需要的人服務(wù)，需使用歸納、演繹、數(shù)學(xué)邏輯和實(shí)證等科學(xué)方法解決實(shí)踐的問題，發(fā)展思維能力[2]。20世紀(jì)下半葉，施瓦布提出科學(xué)教育要為培養(yǎng)有效的公民而服務(wù)，科學(xué)內(nèi)容和科學(xué)方法是密不可分的，科學(xué)是因新證據(jù)出現(xiàn)而被修改的概念結(jié)構(gòu)，學(xué)生應(yīng)該以探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)[3]。1996年，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》正式提出科學(xué)探究的概念，對(duì)科學(xué)探究的內(nèi)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(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)方法和科學(xué)思想觀念。在新一輪全球課程改革的背景下，科學(xué)課程強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)概念的探究建構(gòu)與實(shí)踐運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)思維探索，強(qiáng)調(diào)把思維探索與動(dòng)手活動(dòng)相結(jié)合，同時(shí)將科學(xué)教育從科學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）也明確提出培養(yǎng)科學(xué)核心素養(yǎng)要從科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)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(yǎng)的重要方面。 從觀察、實(shí)驗(yàn)到歸納、演繹、數(shù)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(xiàn)：科學(xué)教育從誕生之初就蘊(yùn)含著探究的思想，科學(xué)探究從一開始就與科學(xué)思維相互伴隨。作為一線科學(xué)教師，在新課標(biāo)背景下如何基于科學(xué)思維開展有效的科學(xué)探究，是教學(xué)實(shí)施中面臨的重要問題。

新課程背景下對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的再思考

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）對(duì)科學(xué)核心素養(yǎng)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(biāo)中科學(xué)探究的內(nèi)涵。

對(duì)新課標(biāo)中科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的解析

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）提出，“科學(xué)探究能力體現(xiàn)在：理解科學(xué)探究的一般過程和方法；提出科學(xué)問題，并針對(duì)科學(xué)問題進(jìn)行合理猜想與假設(shè)；制訂計(jì)劃并搜集證據(jù)，分析證據(jù)并得出結(jié)論；對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋與評(píng)估；準(zhǔn)確表達(dá)觀點(diǎn)，反思探究過程與結(jié)果?！笨茖W(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、結(jié)論四個(gè)基本要素，一般具有提出問題、猜想假設(shè)、制訂計(jì)劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流和反思評(píng)價(jià)的八步基本流程。在探究教學(xué)過程中，要關(guān)注學(xué)生親歷探究解決問題，也要關(guān)注學(xué)生獲得對(duì)科學(xué)探究本身的理解。

對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的再思考

胡衛(wèi)平將科學(xué)探究的內(nèi)涵定義為：這是一個(gè)復(fù)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(jù)事實(shí)證據(jù)建構(gòu)科學(xué)解釋的實(shí)踐行為。從科學(xué)探究的目標(biāo)和結(jié)果來看，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)觀念，還要領(lǐng)悟科學(xué)的研究方法[4]。從以上對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)涵的界定可知，科學(xué)探究的本質(zhì)是認(rèn)知建構(gòu)的過程，是科學(xué)思維的過程，是合作交流的過程，是情感互動(dòng)的過程。科學(xué)探究不僅僅是對(duì)學(xué)生操作技能的培養(yǎng)，也不僅僅是一套學(xué)生能背出來的標(biāo)準(zhǔn)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)問題，在尋找問題答案的過程中，學(xué)生圍繞問題提出初步假設(shè)，針對(duì)假設(shè)開展觀察、測(cè)量、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等活動(dòng)，獲取信息和證據(jù)后，運(yùn)用歸納、推理、論證、建模等思維方法進(jìn)行解釋，最后通過教師與學(xué)生之間的交流與論證，形成共識(shí)?？茖W(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(dú)特的方法體系，需要將動(dòng)手實(shí)踐的過程與科學(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)方法主要包括觀察、實(shí)驗(yàn)、測(cè)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(gòu)模型、科學(xué)論證和質(zhì)疑批判。 綜上可見，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(nèi)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)探究的過程既是動(dòng)手實(shí)踐的過程，也是科學(xué)方法的運(yùn)用過程，還是科學(xué)思維的過程。在探究過程中，始終伴隨著思考，始終不斷推進(jìn)著學(xué)生推理論證能力、模型建構(gòu)能力、批判性思維和問題解決能力的發(fā)展。科學(xué)課堂需要實(shí)施思維型探究。

思維型探究的教學(xué)設(shè)計(jì)

作者經(jīng)過多年課堂實(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(dǎo)下，圍繞教學(xué)目標(biāo)，在一定的教學(xué)資源支持下，形成的具有相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的教學(xué)范型。它是對(duì)復(fù)雜教學(xué)組織方式的簡(jiǎn)約表示，體現(xiàn)了教育價(jià)值取向，決定了行為規(guī)則，整合了教學(xué)方法和策略，是教師設(shè)計(jì)課堂教學(xué)的重要抓手[5]。一定的教學(xué)模式體現(xiàn)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(yīng)的教學(xué)目標(biāo)、適切的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和匹配的教學(xué)資源。同時(shí)，教師應(yīng)具備相應(yīng)的專業(yè)素養(yǎng)，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(dǎo)。思維型教學(xué)原理是由動(dòng)機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、遷移應(yīng)用5個(gè)基本原理組成的有機(jī)統(tǒng)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(shè)計(jì)包括5個(gè)基本環(huán)節(jié)，分別為“情境創(chuàng)設(shè)與問題提出”“作出假設(shè)并制訂計(jì)劃”“收集證據(jù)與信息處理”“得出結(jié)論與表達(dá)交流”和“總結(jié)反思與遷移應(yīng)用”。5個(gè)基本原理支撐科學(xué)探究過程中的不同階段，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程中，科學(xué)思維深度參與，凸顯對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

思維型探究教學(xué)模式的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

基于思維型教學(xué)原理，思維型探究的4條評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)貫通整個(gè)探究過程（圖1）。

圖1 思維型探究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

教學(xué)導(dǎo)入誘發(fā)思維動(dòng)機(jī)。教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)有利于學(xué)生積極思維的教學(xué)情境，提出恰當(dāng)?shù)奶骄繂栴}，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。 教學(xué)過程引發(fā)思維動(dòng)力。明確學(xué)生可以探究的問題，并圍繞問題設(shè)計(jì)能夠引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突的層級(jí)性問題，遵循科學(xué)探究的基本程序，動(dòng)用科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生親歷探究過程。 教學(xué)反思觸發(fā)思維監(jiān)控。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過程、方法、結(jié)論進(jìn)行反思與交流，使得學(xué)生對(duì)掌握及運(yùn)用的知識(shí)和方法進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)。 應(yīng)用拓展激發(fā)思維遷移。需要引導(dǎo)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(yīng)用到新的情境中，解決新問題。

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(gòu)概念、解決問題的過程，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(xí)單支持學(xué)生的主動(dòng)思維和深入探究。 3種學(xué)習(xí)單分別為學(xué)習(xí)目標(biāo)單、學(xué)習(xí)支持單和素養(yǎng)評(píng)價(jià)單（圖2）。學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計(jì)要聚焦科學(xué)核心素養(yǎng)的各個(gè)方面，從以往的三維目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾抡n程下的素養(yǎng)目標(biāo)，特別是如何把科學(xué)思維方法目標(biāo)提煉出來，對(duì)教師而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，只有準(zhǔn)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(xí)支持單是課堂上供學(xué)生探究使用的實(shí)驗(yàn)記錄、觀察記錄、調(diào)查記錄、科學(xué)閱讀資料等，學(xué)習(xí)支持單的設(shè)計(jì)要基于目標(biāo)，要由有效的驅(qū)動(dòng)性問題鏈構(gòu)成主線，在問題的支撐下，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主探究，使學(xué)生完成低階思維到高階思維的過渡。素養(yǎng)評(píng)價(jià)單要基于學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，聚焦概念的深度建構(gòu)和問題的解決。3種學(xué)習(xí)單的設(shè)計(jì)要緊緊圍繞科學(xué)核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)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

在思維型探究過程中，教師與學(xué)生既是課堂的共同設(shè)計(jì)者，也是科學(xué)探究的共同親歷者，教師要對(duì)學(xué)生的思維過程、思維特點(diǎn)及如何發(fā)展學(xué)生的思維進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行主動(dòng)設(shè)計(jì)。教師需要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)表達(dá)自己的思維過程，可以是口頭表達(dá)、圖畫表征，還可以利用學(xué)習(xí)單幫助表達(dá)；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(jiān)控，為了保證達(dá)到預(yù)設(shè)的素養(yǎng)目標(biāo)，要引導(dǎo)學(xué)生將自己的思維本身作為思考的對(duì)象，養(yǎng)成主動(dòng)控制和調(diào)節(jié)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)

思維型探究的過程以解決科學(xué)問題為起點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)其中的屬性、關(guān)系和規(guī)律為終點(diǎn)。在學(xué)生探究過程中，要特別注重證據(jù)收集和推理論證的指導(dǎo)。

圍繞問題，注重對(duì)學(xué)生證據(jù)收集的指導(dǎo)

科學(xué)以實(shí)驗(yàn)證據(jù)解釋客觀世界的運(yùn)行機(jī)制和事物發(fā)展的變化規(guī)律。要?jiǎng)?chuàng)設(shè)良好的環(huán)境條件，提供結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)材料，幫助學(xué)生完成證據(jù)的收集。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室、自然界、圖書館或其他場(chǎng)所，通過觀察、測(cè)量、調(diào)查、動(dòng)手操作獲得證據(jù)。教學(xué)時(shí)應(yīng)關(guān)注以下幾點(diǎn)：

①證據(jù)的收集通常需要圍繞學(xué)生對(duì)問題的解釋性假設(shè)展開，需借助實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)器材等。

②小學(xué)生對(duì)事物變化和發(fā)生原因的假設(shè)通常較為簡(jiǎn)單，經(jīng)常表達(dá)為是或否、有或無，教師需要耐心引導(dǎo)，切忌拔高。

③教師需要提前精心準(zhǔn)備，提供結(jié)構(gòu)化的實(shí)驗(yàn)材料幫助學(xué)生完成證據(jù)的收集。

基于證據(jù)，注重對(duì)學(xué)生推理論證思維的指導(dǎo)

基于證據(jù)進(jìn)行推理論證的過程，是學(xué)生概念知識(shí)建構(gòu)的過程，是一種較為復(fù)雜的認(rèn)知過程。需要學(xué)生進(jìn)行證據(jù)與結(jié)論之間的科學(xué)推理，需要對(duì)自己的論證展開批判性思考，需要在與其他同學(xué)進(jìn)行交流與分享、辯護(hù)與反駁的過程中逐漸建構(gòu)概念。推理論證能力體現(xiàn)在基于證據(jù)與邏輯，運(yùn)用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。

推理有歸納推理和演繹推理2種形式。

演繹推理的過程大致有以下幾個(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(jù)獲得的證據(jù)進(jìn)行推理。 歸納推理通常經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：仔細(xì)觀察和分析收集到的信息或數(shù)據(jù)，不急于得出結(jié)論；對(duì)幾組信息或數(shù)據(jù)間的聯(lián)系或規(guī)律進(jìn)行對(duì)比，抽取其共同點(diǎn)；嘗試說明所發(fā)現(xiàn)的共同點(diǎn)，得到某個(gè)結(jié)論；通過重復(fù)驗(yàn)證，確定結(jié)論是否正確。論證指基于證據(jù)的論證，構(gòu)建令人信服的論點(diǎn)，支持或反駁對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的解釋。論證時(shí)，要注重指導(dǎo)學(xué)生分清什么是觀點(diǎn)、什么是事實(shí)；能利用模型的思想分析事物的特征及結(jié)構(gòu)，在事實(shí)與觀點(diǎn)之間建立聯(lián)系；能利用抽象概括的方法發(fā)現(xiàn)事物的本質(zhì)特征，能比較全面地分析問題的各種影響因素，進(jìn)而獲得結(jié)論。

下面以“力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變”思維型探究教學(xué)為例說明。 在情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)，學(xué)生觀察生活中人騎自行車、風(fēng)吹小風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)、水流推動(dòng)水車轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象，聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗(yàn)很容易作出解釋：給物體施加力，物體能夠運(yùn)動(dòng)起來，而且力越大物體運(yùn)動(dòng)越快。在認(rèn)知沖突環(huán)節(jié)，教師演示實(shí)驗(yàn)：給小車施加拉力，這個(gè)拉力來自曲別針的重力，1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)……20個(gè)……學(xué)生發(fā)現(xiàn)小車并不能運(yùn)動(dòng)，并不是只要給物體施加力就一定能運(yùn)動(dòng)起來，這與最初的解釋相悖，引發(fā)認(rèn)知沖突，使學(xué)生將探究聚焦于力與運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程。 在自主建構(gòu)環(huán)節(jié)，學(xué)生首先要明確假設(shè)，確定哪個(gè)變量與問題有關(guān)，并分析這個(gè)變量產(chǎn)生作用的前提條件；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇實(shí)驗(yàn)材料，控制起點(diǎn)、終點(diǎn)，準(zhǔn)確操作計(jì)時(shí)器，設(shè)計(jì)好記錄表格；對(duì)獲得的數(shù)據(jù)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(jié)論。 在自我監(jiān)控階段，學(xué)生從探究過程、思考方法、數(shù)據(jù)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)際問題，例如制作氣球動(dòng)力小車、橡筋動(dòng)力小車、重力小車等，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)概念、探究技能、思維方法的遷移應(yīng)用，發(fā)展問題解決能力。 聚焦科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的科學(xué)課程與教學(xué)，對(duì)每位教師都提出了新的挑戰(zhàn)，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(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力，培養(yǎng)科學(xué)精神。使學(xué)生在探究過程中體會(huì)科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過程，潛移默化地理解科學(xué)的本質(zhì)。

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原文鏈接：

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