设计《增加船的载重量》探究活动助推学生思维进阶

王灵妍

〔摘    要〕  2022年版科学课程标准明确提出，把科学思维作为科学核心素养之一。但是在教学实践中依旧存在教师“重探究过程轻思维发展”的情况，针对思维进阶的学习活动设计得不多。本文以五年级下册《增加船的载重量》一课的三次活动设计探索为例，提出科学探究活动的开展应当：解读学生，把握思维进阶起点；解构教材，设计“阶”式活动，推动学生思维逐层进阶；通过迁移应用，拓展思维，促使学生思维向更深层次发展。

〔关键词〕  小学科学；思维进阶；探究活动

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  15-0034-03

2022年版《义务教育科学课程标准》提出，要培养学生的科学核心素养，并第一次明确地把科学思维作为科学核心素养之一。但是在教学实践中，依旧存在教师拘泥于探究过程、对科学学习过程中学生思维的发展重视不足的情况，针对思维进阶的学习活动设计得不多。因此如何在科学课中精构活动设计、推动学生思维进阶是非常有意义的。

《增加船的载重量》是五年级下册第二单元第四课内容，在本课中，学生将根据真实船舶的需求完成设计制作、解决载重量等问题。这课内容融合了技术工程与数学的知识，还渗透着最优化的思想。学生经历这样的实践过程，可以促进其科学思维、科学创新能力及探究能力的发展，并在实践中建构相关科学概念。然而，在实际教学中，教师不是直接限定数据“造船”，就是完全放手让学生自由设计后再“造船”。两种教学，要么限制了学生思维，要么过于放开，教师难以收场，走了两个极端。因此，笔者以本课为实例，进行连续三次改进的课例研究，研究如何在有效的课堂教学时间内，既让学生经历完整的技术与工程过程，又能推动思维进阶发展，实现深度学习。

一、造船“初体验”——造船不能为了造船而忽视思维参与

教材中对于探究活动的设计思路非常清晰，笔者初次教案中对于探究活动也大致是按照教材的编排来设计的。

（一）过程描述

探索活動1：设计。设计是工程的关键，这是学生在本单元第一次带着数据设计。教科书提供了三艘铝箔船设计图及实物图，帮助学生将设计图与实物相联系。

探索活动2：制作。学生根据设计图纸，制作三艘不同底面积的船。笔者借助教具箱中配套的三艘纸船模型制作了造船微课，降低造船难度。

探索活动3：测试。利用垫圈测试载重量。教师通过汇总小组的数据得出“体积越大，载重量越大”的结论。

（二）问题反思

第一次“造船”，费时两节课才完成原本预定一节课的内容，连本节课的基本目标都没有完成。学生实践后一致认为“底面积越大，载重量越大”，问题出在哪里？

教师高估了学生的设计绘制能力。尽管教师提供了设计图纸及纸船模型，但学生是第一次接触，还是有些无从下手。

规定的数据限制了学生思维的发展。尺寸是教师直接提供的，整节课中学生没有主动参与思考的机会，思维被牢牢禁锢，要想主动发现“体积与载重量”之间的关系更是难上加难。

（三）改进想法

通过反思教学中出现的问题，要在有限的课堂时间内完成教学任务，必须降低要求。

降低设计制作要求。三艘船分别做不同程度的处理，或画好尺寸或制作完成。这样的处理既能让学生体验设计、制作铝箔船的过程，又能很大程度地节约时间。

整合活动，节约时间。将设计与制作活动进行整合。两个活动的合并，在一定程度上可以节约时间，学生在设计之后直接制作，活动也更具衔接性。

增加拓展环节，制造思维冲突。教师事先准备底面积小一点但体积更大的新尺寸船，现场演示测试载重量，学生产生思维冲突，促进其深度思考。

二、造船“再改进”——造船不能让学生思维在条框中发展

这次的改进教学，旨在依据学生能力水平降低设计制作要求，制造思维冲突点，以发展学生思维，让学生能在有限的时间内经历完整的工程设计过程，同时，借助拓展活动为学生的思维发展搭建支架。

（一）过程描述

探索活动1：设计及制作。一号船事先画好尺寸，但不制作；二号船画好尺寸并事先制作完成；三号船不做任何处理。这样的处理大大降低了活动难度，每组学生都能在10分钟内完成此项任务。

探索活动2：测试载重量。分别用垫圈测试三艘船，通过汇总小组数据，发现1号船载重量最大。

学生现场进行测试后发现，底面积更大的铝箔船载重量小于1号船，甚至还小于2号船。

现场测试的结果与学生先前的观点产生了思维碰撞，学生不得不重新思考影响船只载重量的因素，此时，正是学生思维深度参与的过程。教师顺势引导至“体积”，学生通过计算发现，影响船只载重量的是体积，而非底面积。

（二）问题反思

通过上述改进，预设的任务能在有限的一节课时间内基本完成，并且成功建构了“船的体积越大，载重量越大”的科学概念，看似较好地完成了教学目标，尤其是拓展环节激发学生的思维发展。但是从学生的素养发展来看，这仍旧是一节传统意义上的科学课，教师注重的仍是科学结论的得出。

学生缺乏造船动机。学生在教师的安排下步步操作，不知为何要造船，更不知为何要选择这三种造船尺寸，只是遵循教师的要求参与活动，缺乏内在探究动机。

学生的科学思维虽有所发展，但仅限于教师限定的框框内。本节课从尺寸选择到设计到测试，全为教师规定。虽然教师增加了拓展活动制造思维冲突，但此思维冲突来得太迟，且目的仅为引出“体积”，为建构科学概念服务。一节教师占主导地位的课堂、学生思维受限制的课堂，如果仅仅是为完成科学概念的目标，本节课是成功的，但是从学生的素养发展来说，答案显而易见。

（三）改进想法

开展任务驱动教学。自我需求是思维融入的第一步。以一项任务驱动学生造船，既能提升学生学习兴趣，又能激发学生自主探究。

遵循学生想法，由学生自主选择尺寸，思维不再受限制。教师更换原薄型铝箔纸为5mm厚度铝箔纸，无须船模也能造方形船。这既降低了制作难度，又为学生自主选择尺寸提供了可行性。

整合零散活动，开展长时探究。本节课中共有三个活动，在学生能力范围内进行整合，开展长时探究，有利于聚焦学生思维。

三、造船“三探索”——造船应当基于学生视角实现思维进阶

本次设计改进的目的在于，站在学生角度设计探究活动，真正体现学生的探究主动性，促进学生的科学思维逐层进阶。

（一） 过程设计

本次教学以“造一艘载重量大于教师设计的方形船”为任务驱动，学生开展造船活动。任务驱动式教学能激发学生自主探究意识，把学生置于学习的中心。

笔者认为，学生的思维发展需要建立在思维有参与、学生有思考基础之上。通过前两次执教，笔者发现，在材料一定的情况下，学生会用增加船舷高度或增大底边边长的方法，意图增加船的载重量与边长。此为学生思维进阶起点。怎样让学生站在思维起点处“跳一跳摘桃子”？需要教师跳出教材的束缚，用教材教而非教教材，改进教材中的探究活动，促使学生思维逐层进阶。本次活动侧重点在于，自由选择尺寸制作并测试，因此不同于前两次小组自行绘制，教师提前预设学生可能会想到的尺寸并绘制完成，课堂上由学生自主选择相应尺寸直接进入制作活动。

一个长时探究活动中实则包含2～3个小活动，从造基础船到造优化船，学生经历了思考猜测—制作—验证—再次思考—再次制作—再次验证。活动层层递进，学生思维也逐级发展，实现进阶。实验结束后，师生交流研讨，展示实验发现，教师适时板书学生设计的尺寸，通过实验验证，找出载重量最大的船只尺寸。

（二）教后反思

不同于前两次的活动设计，教师对教材内容做了一些改进。此次探究活动是站在学生角度进行设计并开展的，学生的探究更具主动性，课堂氛围更为开放。学生通过设计验证及分析，自主发现影响船只载重量的因素，主动建构“相同大小、重量的材料制作的船型，体积越大，载重量越大”的科学概念。整个探究活动从尺寸选择到制作再到测试，学生的想法占主导，是一节学生可以自己做主的课。显而易见，这样的课堂学生是喜欢的，氛围是民主的，学生的思维在几次递进式任务驱动活动中逐层进阶。

四、基于学生思维进阶的探究活动设计策略

（一）解读学生，把握进阶起点

美国著名教育心理学家奥苏伯尔说过：影响学生学习新知的唯一最重要的因素，就是学生已经知道些什么，要探明这一点，并据此进行教学。学生在学习新知识时，长期日常经验已形成一定的认知基础，探究活动的设计要以此为起点，符合学生的认知水平，在探究活动过程中促使学生思维由浅入深、由低阶向高阶水平发展。如《增加船的载重量》一课，学生根据日常经验，对于如何设计尺寸以增加载重量已有自己的想法，或增大底面积，或增大体积。基于该认知起点，如果教师此时硬性规定设计尺寸，则远远落后于学生的认知水平，实为拖累学生的思维发展，不可取。

（二） 解构教材，设计“阶”式活动

教材的设计一般是普适性的，但是教师所面对的每一位学生情况都不一样，活动设计要以生为本。这时就需要教师在把握教材意图的基础上，适当调整，体现用教材教而非教教材。科学思维是学生参与探究活动的核心，教师在设计探究活动时，要特别关注学生的思维发展。学生的前概念是思维进阶的起点，学习目标是本节课内的进阶目标，而探究活动即为学生实现进阶的路径。为帮助学生自主并顺利到达终点，活动的设计需要有“阶梯性”，由浅入深，由表及里，促使学生思维随着活动的进阶而进阶。《增加船的载重量》一课前两次的执教教师忽略了学生思维的发展，活动看似多却没有层次性。为了让学生顺利到达目标终点，教师从活动一开始就“扶”着走、“拉”着走，甚至“抱”着走，学生的思维含金量微乎其微。第三次课堂实践最大的改进即为活动的设计，三个活动由易到难，学生在20分鐘内实现了长时自主探究，并且在活动后根据实验结果能自主修正前概念，建构新观点，思维的进阶发展显而易见。

（三）迁移应用，拓展思维深度

如果说探究活动过程是学生思维参与并逐步进阶的过程，那么迁移应用环节则是将思维持续深入和延伸。如《增加船的载重量》这一课，学生在探究活动中多次体验了放垫圈的方式，教师可以以此为契机，提出生活中的货物有各种形状，可以怎样改进船只，以保证其载重量。从增大船的体积到船舱分格结构，学生的小船模型越来越趋向原型，让学生深切体会到不断改进船只的必要性。虽然当节课的探究活动结束了，但是学生的探究没有止步，思维发展没有停歇，而是更加深入了。

科学思维决定学生科学发展的高度。以学生思维发展为主线的科学探究活动，需要教师充分解读学生，把握思维进阶起点，通过解构教材，不拘泥于教材，设计“阶”式任务，实现思维向深层发展。通过迁移应用，继续拓展思维深度和广度，最终实现科学综合思维能力向高阶发展。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]中华人民共和国教育部.小学科学教学关键问题指导[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3]刘晋斌.基于学习进阶的小学科学课程与教学案例研究[M].杭州：浙江教育出版社，2021.