搭建促进科学思维发展的学习单支架

姜向阳 吴笑乐

摘要 科学思维是新课标中科学素养的核心部分。实际教学中因学生思维难以直观显现，教学常脱离于学情，致使学生思维发展受阻。为促进学生科学思维的发展，可以借助显现学生思维的三种学习单：学前调查单，把脉认知起点;课堂探学单，推动思维发展;学后反思单，助力素养培育，为确立学习目标、引发深入研讨、实现素养转换提供学习支架。

关  键  词 科学思维 学习支架 学前调查单 课堂探学单 学后反思单

引用格式 姜向阳，吴笑乐.搭建促进科学思维发展的学习单支架[J].教学与管理，2022（26）：58-61.

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确提出，科学课程的总目标是培养学生的核心素养[1]。实现学生素养发展的核心是教学活动的设计，如果活动不能引发学生思考，学习就无法真正发生。学习本质上是一种思维活动。对小学科学课程而言，学生的科学思维不仅是适应社会的一种关键能力，亦是课程中最重要的核心素养发展要求[2]。教师应为学生创造思考的机会，促进其科学思维的发展。有研究发现，展示思考过程是吸引学生注意、促进思维发展的有效方式[3]。这种方式能将隐性的思维过程以可视化的形式清晰地显现，即思维可视化[4]，主要包括可视思维和出声思维两类。通俗地讲，可视思维可以理解为将头脑中的思维“画”下来，出声思维则是通过语言将思维准确地表达出来[5]。因此，设计思维可视化的学习支架，有助于学生科学思维的发展、科学素养的培育。我们针对课前、课内、课后三个阶段的教学需求，以发展学生科学思维为目标，设计了三种学习单，如图1：

学前调查单在课前或课始使用。用于探查学生已有水平，弄清学生“在哪里”（即学习起点），并在此基础上结合课标与教材重构更加清晰、具体的学习目标，用以确立将学生带“到哪里去”（即学习终点）。

课堂探学单在课内使用。通过学前调查单明确学习起点与终点后，设计课堂探学单实现思维建构（即解决“怎么去”的问题），以达成学习目标。

学后反思单在课后或课尾使用。学习结束后，引导学生反思学习过程，回顾自己遇到的问题、解决问题的方法，以及在此过程中获得的启示，实现知识技能向核心素养的转换。

为呈现三种学习单的具体概貌与特点，下面以教科版《科学》三年级上册“水能溶解多少物质”为例进行阐述。

一、学前调查单：学前探查，把脉认知起点

学前调查单通过简单、实用、开放的内容，发现学生的已有认知，区分不同学生的认知水平，教师在此基础上重构学习目标，设计能使学生思维获得发展的教学活动。

学前调查单通过发现学生的已有认知，为制定精准的学习目标、设计高效的课堂探学单与学后反思单提供依据。可以说，学前调查单是明确学习起点和终点的重要工具，也是教师思考“怎样将学生从起点带往终点”的前提。学生的学习、新概念的建构都是在前概念的基础上展开的，因此，从学生的认知起点出发，设计合适、具体、可操作的学习目标才是有意义的。

教学的目的是发展学生思维，培养学生的核心素养。因此，学习目标的确立需指向核心素养，且清晰、可测量。在“水能溶解多少物质”一课中，教师以往多将探究技能的培养作为教学重点。引导学生用一次1克或一次2克的方式逐步加入粉末，希望学生通过较为标准的实验操作获得实验数据，以数据的准确性来衡量教学目标的达成度。在此过程中，学生的实践技能会得到锻炼，但这项技能的获得常来自于教师的示范，且思维发展甚微。在这类课堂的试教中发现：部分学生因急于得到答案，会用自己的方法做出尝试，这说明他们对如何解决该问题有着自己的想法，对教师灌输的较为单一的实验方法并不买单。

借助学前调查单的第5题（如图2），发现学生对如何解决“一杯（30毫升）水能溶解多少小苏打或食盐”这一问题有着自己的想法，这与试教中的行为表现一致。

学习目标的制定（见表1）便可从学生的已有认知出发，将教学重点落在科学思维上：通过“思考并设计实验方案”探究食盐和小苏打在水中的溶解情况，并通过交流研讨，寻求更优的实验方案。这就将教学重点从实践技能的锻炼，转变为解决问题能力的培养，重构后的目标使学生获得了思维发展的空间。

学前调查单在设计时需指向学习目标，注重所学内容与生活的联系，依据课标与教材确立每节课的初始学习目标。之后根据反馈的学情，重构学习目标，使之为教学活动的实施而服务。

二、课堂探学单：课内探究，推动思维发展

课堂探学单基于学情与学习目标设计，通过填写探学单呈现可视思维，通过交流研讨展示出声思维，为学生开展实践探究、表达自身想法、联系彼此观点提供学习支架，实现研讨的逐层深入，推动学生思维向更高水平发展。课堂探学单作為学习活动中的学习支架，要能够吸引并指导学生观察、实践，并通过活动记录展示隐性思维，为学生有效表达、对比观点、提出问题、发现矛盾提供支持，进而让学生持续专注地参与学习活动，使研讨逐层深入。

1.精准指导细致观察

教师借助探学单对探究实践过程中的操作进行指导，并通过课堂探学单的记录引导学生学会观察，特别是对细致观察的引导，细致观察能令学生获得新的发现、辨别事物之间的细微差别、产生新的想法，是交流研讨、思维发展的基础与前提。

教师引导学生阅读课堂探学单1（如图3）的活动要求，使他们明确探究任务：思考并设计小组认为最合理的实验方案。观察、对比并汇总各小组方案后，学生会发现：不同的方案皆可行，解决问题的方法不止一种，并且各有优缺点。通过进一步观察，学生能比较并分出四种方案类型：每次一样;先多后少;先少后多;先少后多再少。其中，“每次一样”的方案也有每次加入1克或2克的区别，学生认为加1克得到的数据更精确，加2克可以节省时间。经研讨发现：各组的方案都具有可行性，只是有些效率更高，有些获得的数据更精确。

2.直观展示隐性思维

课堂探学单作为记录学生思考成果的载体，能直观展示原本内隐的思维，便于学生梳理表达自己的观点、理解他人的观点、比较观点间的异同，为学生提出问题、做出解释、开展辩论提供支架。

全班各小组实验方案汇总后，直观呈现了各小组的思考结果，通过细致观察，会发现第七小组为食盐和小苏打的溶解设计了不同的方案（如图4），学生在阐述理由时就说到：在学前调查的导入实验中，观察到食盐和小苏打溶解的快慢不同，食盐溶解得更快就多加一点，小苏打溶解得慢就少加一点。学生虽然说不清自己用了什么实验方法，解释也未必是正确严密的，却已经在根据观察到的现象调整实验方案。这从侧面反应出部分学生已具备基于观察所得设计下一步操作的行为意识。正是借助探学单直观展示隐性思维的功能，使第七小组的观点被快速关注，为研讨的深入开展提供了素材，也打开了其他小组的思路。

3.有效支持学生表达

小学生的语言表达尚未发育成熟，有时难以清楚表达自己的观点，课堂探学单能帮助其厘清逻辑关系，进而辅助表达，使倾听者能更准确地理解表达者的观点，进而产生有效的信息反馈，在交流过程中，学生能够反思、更新各自的想法，使思维保持在兴奋的状态。

各小组的方案是否可行、不同方案有哪些优缺点等观点，都是学生在交流过程中不断提出的。课堂探学单汇总的信息为他们准确表达观点提供了支持，当学生发现自己的想法、方案被理解、认同时，他们会更加自信，并渴望分享自己的观点，也愿意去倾听别人的想法，为寻找更优的实验方案而努力。相比最终得到的结论，倾听、表达、质疑的过程对学生的思维发展与素养形成更为重要。

4.逐步推进深度研讨

高质量的研讨能够激发学生思维，点燃学习热情。格式塔心理学家就提到“真正的学习常常会伴随着一种兴奋感”，学生在思考过程中能获得“顿悟的快感”[6]。课堂探学单将学生思维与实验结果直观展示出来，使学生通过观察与比较提出新观点、新问题，为研讨的逐步推进提供了素材，为学生深入思考问题提供了契机。

通过全班合作探究获得图5所示的实验结果后，教师可以根据“30毫升水中加入10克食盐溶解完了，加入11克未能溶解完”的现象，引导学生思考：食盐刚好溶解了10克吗？若想获得更精确的数据可以怎么做？借助所学的实验方法与实验结果，学生会提出：第一次就加入10克，再根据食盐的溶解情况加入更少的量，例如0.5克、0.1克等，并通过观察到的现象设计下一步操作中添加的量。通过研讨学生可以归纳出：要探索未知粉末在水中的溶解情况，可以先尝试着加入少量粉末，根据观察到的现象（例如溶解的快慢）来设计、调整下一次加入的量，即“尝试+观察→设计下一步操作”的思路。这种思路不仅能解决本课涉及到的问题，而且可以解决其他类似的问题。

课堂探学单的设计要指向学生的自主探究，支持他们的展示交流，引导学生观察、记录，便于统计、展示实验信息，暴露错误认知，符合学生认知规律。课堂探学单若要解决“怎么从起点到达终点”的问题，教师可根据教学需求可以将课堂探学单进阶设计成多份或开展差异化设计，为学情汇总与对比提供便利，并根据课堂教学效果不断改进。

三、学后反思单：学后反思，助力素养培育

学后反思单是帮助学生学会反思的学习支架。学生通过它回顾学习过程，了解自身学情，实施自我管理，提升自我的元认知，为知识技能向核心素养的转换提供助力;教师也能借此了解学生“学到哪里”，反思教学中的不足。

学生从课堂教学中收获了知识与技能，如何使这些知识技能转换为能灵活应用的核心素养，反思是这一过程中必不可少的环节[7]。比起教学的结果是什么，这个结果是“从哪里来的、怎么来的、又能向哪里去”，因此也更为重要，它可以帮助学生关注自己的学习过程，实现自我评估，改善学习中的不足。学后反思单需覆盖整个学习过程中的关键点，使学生顺着反思单内的题目回顾学习过程，并从科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个维度内化反思，实现知识技能向核心素养的转换。

本课学后反思单（见图6）中每题的设计缘由如下：第1题，回顾实验结果，检测知识的掌握程度;第2题，回顾实验过程中解决问题的方法;第3题，比较哪种实验方案用于探究未知粉末的溶解度更有效，检测拓展迁移的能力;第4题，检测实验探究时的态度与责任;第5题，引导学生应用新学的实验方法进行深入探究，检测迁移应用能力;第6题为多选题，选填学习中的收获，教师可了解学生的学习成效，学生能提升自我认知，为自己查漏补缺、反思内化提供参考。

学后反思单的设计要能检测学习目标的达成度，区分不同学生的认知水平，暴露认知上的不足与错误，体现问题解决的过程与重要证据。学后反思单的设计可以通过回忆不同学习阶段的关键因素展开，例如：学习中遇到的问题，自己解决问题的初始路径，与同伴交流后获得的新路径，解决问题时的注意事项，获得的实验结论，对今后类似问题的借鉴与参考等。学生提出的问题是思考后的结果，教师可以根据提出问题的能力，判断学生的掌握程度。题目可立足于课堂，亦可是课堂内容的拓展与提升，通过替换情境、设计开放性问题等形式检测学后认知水平。

三种学习单紧密联系，借助思维可视化，促进学生科学思维的发展。通过暴露学生认知水平、促进学生思维发展、帮助学生反思自查，为发展学生的核心素养提供支持。

参考文献

[1] 中华人民共和國教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022：4.

[2] 胡卫平.在探究实践中培育科学素养——义务教育科学课程标准（2022年版）解读[J].基础教育课程，2022（10）：39-45.

[3] 理查德，丘奇，莫里森.哈佛大学教育学院思维训练课：让学生学会思考的20个方法[M].于璐，译.北京：中国青年出版社，2014：29-31.

[4] 赵慧臣，王玥.我国思维可视化研究的回顾与展望——基于中国知网2003—2013年论文的分析[J].中国电化教育，2014（04）：10-17.

[5] 季荣臻.基于“思维可视化”的小学科学探究教学策略[J].江苏教育研究，2018（02）：47-50.

[6] 施良方.学习论[M].北京：人民教育出版社，2001：148-149.

[7] 崔允漷，余文森，郭元祥，等.在线教学的探索与反思（笔谈）[J].教育科学，2020，36（03）：1-24.

*该文为2021年浙江省杭州市教育科研立项课题“AI+学习评价：提升小学科学课堂学习质量的新载体建构研究”（2021G078）的研究成果