厘清探究思路，促进思维进阶——以教科版五年级“沉与浮”单元为例

□舒俊波

抽象思维是人们在认识活动中运用概念、判断、推理等思维形式，对客观现实进行间接的、概括的反映的过程。它是科学素养的组成部分，也是科学探究活动展开的基础。小学阶段是学生形象思维向抽象思维过渡的转折期，也是思维培育的关键期。探究思路是探究活动有序推进的动力和保证，也决定了抽象思维的发展。因此，教师应该直面小学科学教学中抽象思维进阶的困境，通过操练进阶、辅助进阶、体系进阶的教学策略，厘清探究思路，促进学生抽象思维的发展。

教科版小学科学五年级下册的“沉与浮”单元，从物体的沉浮现象入手，探寻物体沉浮的规律，研究影响沉浮的变量，形成适合学生特点的沉浮解释。由于物体的浮力问题比较抽象，需要兼顾质量、体积、液体密度、重力、浮力、运动状态等因素，五年级学生普遍感觉很“难”。但是抽象的浮力问题也为思维训练提供了很多素材，为厘清探究思路，发展抽象思维提供了进阶基础。

一、操练进阶：追求思维的深刻性

形象思维向抽象思维的进阶过程复杂而漫长，且思维过程是在大脑中完成的，难有直观的呈现方式，阻碍了探究思路进阶。因此，教师需要借助各种可听、可视、可感的操练方式，将思维呈现出来，以提升学生的抽象思维能力，指导和矫正探究思路。

（一）叙思结合，说出探究思路

学生把自己的想法说出来，将探究思路外显，可以强化自身的思维能力，促进课堂交流。学生叙述探究思路就是构建探究程序的过程，有助于结果预测，有利于建立正确的认知模型。预测是对问题的内化，是对研究结果的预期，是学生理性思维的起点。学生在猜测阶段说出自己的想法，用语言呈现思维过程，在加深印象的同时，也促进了思维碰撞。对于听众而言，聆听他人叙述探究思路是思维参照和对比的过程，能帮助自己厘清推进路径，明晰探究细节。例如，教学《橡皮泥在水中的沉浮》一课时，大部分学生都认为实心橡皮泥比空心橡皮泥的排水量大。教师让学生叙述探究思路，再将实验现象与预测进行对比，强化冲突，突破认知枷锁，促进抽象思维发展（见图1）。

图1 《橡皮泥在水中的沉浮》认知图

（二）图文结合，画出探究思路

绘图是将思维可视化的方式，也是推进抽象思维进阶的辅助手段。学生在绘图过程中，需要梳理思维，并且根据实际情况进行客观表述，将思维和记录融合在一起。在《浮力》一课中，木块不同的沉浮状态所带来的浮力变化是学生理解的难点。教师可引导学生用图文结合的方式，将各种情况进行分解处理（见图2）。学生借助图示辅助，形象呈现思维过程，就能比较容易理解各种影响木块的力及分布，并且推断手离开木块时，木块的受力变化及运动状况，理解木块浮出水面后的状态和受力情况，促使形象思维向抽象思维过渡。

图2 《浮力》的探究思路图

（三）动手操作，演出探究思路

演出探究思路，是指学生一边进行实验操作，一边解释现象、说明原因、阐述注意事项。这是抽象思维直观的外在呈现，既是科学学习的方式，也是抽象思维提升的过程。在探究活动开展前，学生需要厘清内在逻辑关系，再通过实践进行验证。在展示探究过程时，学生一边演示实验的流程，一边描述实验现象以及其中的因果关系，使探究思路完整呈现。以《下沉物体会受到水的浮力吗》为例，学生在全班演示实验、阐述探究思路后，对浮力与物体沉浮之间关系的理解更到位，作业错误率也更低。因为，学生需要综合考虑多方面的因素：实验前思考二者的关系；演示中仔细观察实验现象；演示后进行现象解释和归因；还需要组织语言，接受质疑。学生的抽象思维始终处于进阶状态。

二、辅助进阶：追求思维的广泛性

五年级学生的抽象思维发展尚处于起步阶段，合适的辅助手段可以帮助学生激活“最近发展区”，让思维获得合适的施展空间，明晰探究思路。

（一）数据聚焦，化繁为简

数据是实验现象抽象化的呈现，分析实验数据得出结论是探究的常用手段。整理和分析数据能使学生探究思路清晰化，但需要抽象思维的参与和支持，这对于五年级学生而言有一定难度。特别是数据大量汇总时，学生往往会无从下手、不知所措，因此需要教师提供一些分析处理数据的辅助方法，促进思维提升。在《橡皮泥在水中的沉浮》一课中，要求每组记录多个数据，如果全部呈现，容易造成学生提取数据混乱。于是，教师根据教材要求选择并呈现关键数据，并用不同颜色的线段和图形做标记，调动学生的无意注意，聚焦观察重点，帮助学生针对有效数据分析规律，得出结论（见图3）。

图3 《橡皮泥在水中的沉浮》数据统计图

（二）画面定格，变动为静

在脑中抽象物体即将出现的状态，并且根据抽象结果进行判断的要求，对五年级学生而言难度较大。例如，《浮力》一课出现了一道看似简单，实则正确率不足30%的课堂练习。

很多学生认为：因为浮力变大，潜水艇才会浮起来。于是，教师对该现象做出三种画面定格：潜水艇上浮中，但未露出水面；潜水艇上浮中，且部分浮出水面；潜水艇浮在水面上。三种状态下，潜水艇受到的浮力是不同的，且判断的标准也不一样。潜水艇未露出水面时，其排水量不变，浮力大小也不变。潜水艇浮出水面的过程，其排水量变小，受到浮力也变小。潜水艇漂浮在水面上时，其浮力与自身重力相等。教师将复杂的变化过程拆解成三个定格画面，并用语言、图示、操作等方式辅助理解，学生的正确率有了显著提升。

（三）对比呈现，举一反三

同时呈现相关或者相反的因素，可以较为方便地通过对比发现差异。这是比较思维常用的一种手段，也是一个归纳和反思的过程，有助于学生举一反三。在教学《影响沉浮的因素》时，教师将影响物体沉浮的两个因素——质量和体积分开研究，将“相同体积不同质量的沉浮状态”和“相同质量不同体积的沉浮状态”的实验结果进行对比，以强化二者的差异性。线性思维的优势在于帮助学生厘清因果关系，交叉对比思维则适用于对两个及以上因素的思考。通过对比，学生会印象更深刻，抽象思维的水平会显著提高。

三、体系进阶：追求思维的整体性

抓住探究思路主线，构建思维体系，能在建构科学概念的同时，提升抽象思维能力。学生既要学习解决问题的方法，又要进行相应的思维训练，

（一）厘清思维脉络，抓住关键信息

解决问题是发展探究思路的重要手段。在科学教学中，利用情境厘清思维脉络，并抓住关键要素做出正确判断的做法，有利于学生思维水平提升。如“沉与浮”单元提供的综合练习中设置了如下题目。

该问题同时呈现了两个因素的变量，看上去复杂，其实一旦掌握方法，问题便可迎刃而解。影响这两个因素的关键信息是浮力，只要理解气泡上浮过程中浮力的变化，归纳出气泡变化与运动状态之间的关系，就能推理出接下去的运动状态。学生在解决问题的训练中，只要掌握思维方法，就能形成思维脉络，为抽象能力提升夯实基础。

（二）明晰思维路径，多维思考问题

逆向思维可以在学生陷入僵局时反向思考，让探究思路变得多样而有趣。类比迁移、换位思考、现象归因等都是逆向思维的常用手法。当学生遇到困难时，教师可以引导学生观摩类似的推理过程，将方法内化后再应用到新问题中。这种“类比—反思—迁移”的学习方法，使学生经历由此及彼的过程，丰富了学生的探究思路。例如，在教学五年级下册《下沉物体会受到水的浮力吗》时，教师从现象出发，让学生通过反思、推理、归因等思维方式，推断实验数据，将单个问题变成系列问题，将一个知识点变成知识体系。

师：如果测得空气中的橡皮泥重力大于水中测得的重力，说明什么问题？

生：橡皮泥受到水的浮力。

师：如果橡皮泥未受到浮力，测得的数据会有变化吗？

生：数据不变。

师：数据变大说明什么？数据变小说明什么？

（三）绘制思维导图，梳理逻辑体系

思维导图是学生探究思路的综合体现，也是发展抽象思维的有效手段。思维导图可以把一长串枯燥的信息变成容易记忆的、有高度组织性的图画，突出思维的中心和层次，强化联想功能。例如，学生对《物体在水中是沉还是浮》一课的内容从力的平衡和物体沉浮变化等多个维度进行梳理，绘制了思维导图（见图4），以可视化的方式厘清了浮力、重力和压力之间的关系，形成了概念体系。绘制思维导图，既梳理了概念体系，也梳理了探究思路，使学生的思维体系和思维能力清晰外显。

图4 “物体在水中的沉浮”思维导图

抽象思维是学生科学学习的基础，是科学教育的终极发展目标。在教学中，教师在实施操练进阶、辅助进阶、体系进阶的教学策略时，还需注意以下问题：一要在猜测中强调因果关系的讨论，让猜测具有科学性，体现思维的系统性。二要做足讨论预设，聚焦关键问题，激活思维，查漏补缺。三要重视模拟想象训练，在探究前想象实验过程和结果。由此，学生的抽象思维才能在潜移默化中发展与提高。