模型建构 推理论证 质疑创新

谢晓静

【摘   要】2021年，浙江省围绕小学科学中的科学思维和实践应用两方面进行了学业监测。学业监测突出两大目标：一是以评价促进学生核心素养发展；二是以评价改进和优化教学。研究者从“模型建构、推理论证、质疑创新”三个维度对学生思维能力的发展进行了一系列思考，以期为一线教师的教学和评价提供相关思路。

【关键词】小学科学；学业监测；科学思维；实践应用

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022年版课标”）指出要构建素养导向的综合评价体系。包括：改进结果评价，重视正确价值观、必备品格和关键能力的考查；强化过程评价，重视“教—学—评”一体化，关注学生在探究和实践过程中的真实表现和思维活动。2021年，浙江省围绕小学科学中的科学思维和实践应用两方面进行了学业监测。本次学业监测充分发挥评价的导向功能、诊断功能和教学改进功能，突出了两大目标：一是以评价促进学生核心素养发展；二是以评价改进和优化教学。本文以2021年浙江省小学科学学业监测中的部分试题为例，分析学生在做题过程中展现的真实思维能力，讨论与之相关的教学思考，帮助一线教师精准把握教学方向。

一、多管齐下、突破学生模型建构的困境

（一）减少陌生感，破解学生模型建构的思维障碍

试题呈现

如图所示，小明将四种动物分成两类。

小明的分类依据是（    ）。

A.是不是昆虫 B.能不能飞行 C.是不是卵生

上述试题考查的是学生在模型建构中“通过比较、分类、排序等方法，确定事物的共同特征”的能力。阅卷结果显示：约72.0%的学生选择A（正确选项），反映出大部分学生理解这四种常见动物的身体特征、运动方式、繁殖方式；约4.1%的学生选择B（错误选项），表明这部分学生不了解这四种动物的运动方式，也不具备直接从图中获取信息的能力；约23.0%的学生选择C（错误选项），表明这部分学生了解这四种常见动物的运动方式，但无法辨析它们的繁殖方式。本题未作答的学生约占0.9%。

问题归因

为什么会有约23.0%的学生错选C？可以从试卷命制的试测访谈中得出结论。具体访谈内容如下。

测试员：你选择了C，你的依据是什么？

生A：蚂蚁和蜻蜓是卵生的，野鸭也是卵生的。蝙蝠我不熟悉，但它会飞，和鸟很像，我猜它也是卵生的。所以我把卵生的动物分成了大、小两类。

生B：其他几种动物我都比较熟悉。上课时，老师没有讲过蝙蝠，我在生活中也没看到过这种动物，所以我是乱猜的。

生C：我不知道蝙蝠的大小，看不清楚它的脚有几只，所以不确定它是不是昆虫。于是我选了C。

从上述访谈中可以发现，学生对蝙蝠这种动物比较陌生。教材中虽然呈现了表明蝙蝠繁殖方式的插图，但没有用相关文字进行解释。如果教师没有在教学中进行介绍和分析，学生就无法获取关于蝙蝠繁殖方式的有效信息，也难以做出科学的判断。

实操建议

1.立足教材，厘清分类内涵。教学中，教师要引导学生利用分类标准对常见的事物进行分类，并指导学生对分类结果进行交流和评价。如開展“鉴别大会”“我们来找茬”等活动，让学生对错误的分类结果加以分析，找出导致分类错误的各种原因。

2.拓展情境，逆向推断属性。教师要创设有趣、真实的探究情境，引导学生利用给定的分类结果，推断分类标准或分类依据。这种逆向思维有助于学生归纳同类事物的共同属性，从而帮助学生发展逻辑推理能力。

3.精选素材，激发认知冲突。对于学生相对陌生的素材，教师要提倡学生开展课外阅读活动，了解更多的模型素材。如生命世界领域的动物和植物等，都可以通过课后阅读进行了解。教学中，教师应寻找适合学生进行分类研究的具体教具、素材，精选能够引发学生认知冲突的分类项。当学生很难用前概念进行识别、判断、分类时，教师要引导学生进行探究、研讨，帮助学生建立一个牢固的思维模型。

（二）图文并重，打通学生模型建构的思维路径

试题呈现

在“风的成因”实验中，小明用箭头线表示空气流动的方向，正确的是（    ）。

同样是考查模型建构能力，上述试题指向“用示意图或物理模型来表达事物的结构、变化及事物之间的关系”，属于分析层次的认知水平。阅卷结果显示，约66.2%的学生选择A（正确选项），他们能将模拟实验中观察到的直观现象转化成简单的示意图，初步形成“空气流动形成风”的科学概念；约19.7%的学生选择B（错误选项），这部分学生没有很好地掌握“热空气会上升”的科学概念，因此对空气流动的方向不明确；约14.0%的学生选择C（错误选项），这部分学生掌握了“热空气会上升”的科学概念，但没有掌握“冷空气向热空气方向流动，从而形成风”的科学概念。本题未作答的学生约占0.1%。

问题归因

在对本试题进行归因分析时，笔者提取了与“科学思维水平影响因素”相关的问卷结果（如表1），发现完全符合“会利用图表等方式对科学知识进行整理”的学生的科学总分为76.15分，完全不符合的学生的科学总分为69.51分，相差近7分。由此可见，在实验教学的基础上，教师要引导学生用示意图的方式梳理和呈现科学知识，使学生形成模型建构思维。

实操建议

1.引导现象感知，使学生实现从观察到解释的突破。教师要引导学生对实验现象进行观察、分析。如在“风的成因”实验中，教师可以先让学生观察进风口纸条或棉絮的飘动方向以及出风口纸条或棉絮的飘动方向，再引导学生画出示意图，并向全班同学展示示意图，表达风的形成原因，最后解释自然界中风的成因。

2.精准改进教具，使实验实现从“暗箱”到可视的转变。教师在准备教具时，可以用透明的方形材料代替纸盒；使用燃烧后会产生有色烟雾的材料，让空气流动的路线更加明显；在进风口、出风口处粘贴纸条或棉絮，让学生观察它们的飘动情况……这些可视证据能够帮助学生解释风的成因。

3.引导画图表示，使知识实现从抽象到直观的转变。如在“风的成因”相关内容的教学中，教师可以指导学生把观察到的现象用画图的方式表示出来，包括烟雾的走向、空气流动的方向、对烟雾及空气流动方向变化的解释说明。这样的过程有助于学生内化知识，形成科学思维。

二、言行一致，厘清学生推理论证的关键路径

试题呈现

北京的冬天很冷，小明通过天气预报了解到北京某一天的最低温度为-17℃。下表展示了三种温度计的测量范围。

若要测量北京冬天的气温，最好选择（    ）。

A.①号温度计 B.②号温度计 C.③号温度计

上述试题考查学生的推理论证思维能力，约64.31%的学生选择A（正确选项）；约19.48%的学生选择B（错误选项）；约15.86%的学生选择C（错误选项）。选择B、C的学生没有关注到“北京某一天的最低温度为-17℃”这一关键信息，说明他们不能很好地从题目中提取信息、分析信息、得出数据。本题未作答的学生约占0.35%。

问题归因

在对本试题进行归因分析时，笔者同样提取了与“科学思维水平影响因素”相关的问卷结果（如表2）。通过对问卷结果进行分析，可以发现：对“科学课上，老师让我们亲自动手做实验”这一问题，选择“从不”的学生的科学总分为61.8分，选择“总是”的科学学生的总分为76.1分，相差14.3分。对“科学课上，老师要求我们对实验结果进行分析，得出实验结论”这一问题，选择“从不”的学生的科学总分为59.6分，选择“总是”的学生的科学总分为76.5分，相差近17分。也就是说，让学生做实验，且做过实验后组织学生进行分析、表达、论证的做法能帮助学生形成推理论证能力。

实操建议

1.在情境中运用。教师要创设不同的情境，让学生选择合适的温度计进行测量。如设置“小A感冒了，要测量体温，该用哪种温度计？这种温度计的测量范围是怎样的？”的情境，利用这一情境调动学生的生活经验，帮助他們将所学的科学概念与实际生活联系起来，让科学知识为实际生活服务。

2.在比较中发现。教师可出示体温计、气温计、水温计三种温度计，让学生对三种不同的温度计进行比较。学生结合前面所学的气温计的结构和使用方法，对比观察三种温度计，了解每种温度计的测量范围，发现不同温度计的使用范围不同。

3.在表达中论证。在学生观察与比较之后，教师要引导学生进行交流表达和推理论证。这一过程是提炼科学概念的过程，也是培养学生推理论证能力的过程。

三、活动深刻，构建儿童质疑创新的支持系统

试题呈现

小明在野外捡到了三块不同的“岩石”，想知道它们的名称。于是，他把三块“岩石”冲洗干净，晾干后贴上编号。通过肉眼观察、相互刻划，小明还是无法确认这三块“岩石”的真实名称。你认为，小明接下去应该怎么做？请写出其中两条建议。

建议 1：________________________________________

建议 2： ________________________________________

上述试题是一道典型的质疑创新类题目。本题涉及教科版《科学》四年级下册《制作岩石和矿物标本》一课的知识点，指向质疑创新中的“对自己或他人的探究过程和结果提出新建议”，属于创造层次的认知水平。

学生的作答分三个水平（如图1）。高水平的回答能给出探究方法和探究过程，并完整地进行解释说明；中水平的回答只提及探究方法或探究中使用的工具，没有对探究过程进行解释说明；低水平的回答只是含糊其词或摘录题目中的内容和方法，如向教师请教或和同学讨论等。

学生的作答中，高水平的回答仅占16.4%，中水平的回答约占64.4%，低水平的回答约占19.2%。大部分学生在“对自己或他人的探究过程和结果提出新建议”的质疑创新思维方面，还有很大的提升空间。

问题归因

在对本试题进行归因分析时，笔者提取了与“学科教学方式与学科核心能力得分率”相关的问卷结果（如表3）。通过对问卷结果进行分析，可以发现：在“分组做实验时，完成得快的小组，科学老师会给出新的任务或者新的材料”这一调查中，选择“常常”的学生的科学得分仅为72.9分，选择“从不”的学生的科学得分为75.7分。无独有偶，在“同一个学习任务，科学老师会提出不同的要求供我们选择”这一调查中，选择“常常”的学生的科学得分仅为73.4分，选择“从不”的学生的科学得分为75.2分。

以上监测数据说明：一个接一个的学习任务可能在一定程度上阻碍了学生的深度理解，从而导致学生高水平作答能力的缺失。

实操建议

1.关注探究方法的提炼。实验探究时，教师不应布置过多的任务，而要引导学生对一项实验进行深度研究，使学生加深对事物本质的理解。教师应关注探究方法的提炼，引导学生充分表达“观察岩石特征的方法”和“识别一块岩石的方法”，从而提炼操作要点，形成班级共识。

2.关注实验后的反思。学生辨识岩石后，教师要组织学生对结果进行反思。如：你是否成功识别出了岩石？如果没有识别出来，可能是什么原因造成的？该怎么做？如果识别出来了，你的依据是什么？由此让学生在反思、质疑中获得成长。

3.关注表达的规范性。教师要尽可能给予学生表达的机会，同时要关注学生表达的规范性。教师可以给学生提供一些支架，让学生利用支架表达自己的观点。如“我借助______（方法），观察到这块岩石的______（特征）”“我认同/不认同某同学的观点，我认为______（观点），我的理由是______（证据）”。

本次小学科学学业监测秉持科学性、专业性和客观性的原则，始终倡导“以评价促进学生学习，以评价改进和优化教学”。期待一线教师能走进试题，也能走出试题，聚焦教学思考，突破教学重难点，稳步推进2022年版课标的实施。

（浙江省温州市瓯海区教育研究院）