浅谈思维型探究取向的教学设计

教学设计是对整个教学过程进行的系统的统筹规划和设计，它的适切与否直接关系到思维型探究的教学效果，但一线教师对于如何设计思维型探究的教学依然存在困惑。现以获得重庆市小学科学思维型探究优质课竞赛一等奖的三节课为例，分析思维型探究取向的教学设计可以怎样做。

一、立足学生前概念找准认知冲突

1.调查前概念

前概念在学生头脑中根深蒂固，如果忽视它们，可能就会导致学生对知识的理解与教师期待的大相径庭。而结合学生的认知发展历程，在学习时唤起他们的前概念，并针对错误概念进行教学，能让他们更有效地卷入思维型探究活动，培养他们的核心素养。

在教学前，教师需要通过问卷、访谈等各种途径调查学生的前概念。在《热在水中的传递》一课的教学中，教师通过与学生交流，发现他们自然而然地把热在固体中传递的特征迁移到热在液体中传递的特征上。因此，教师决定在课堂上引导学生立足前概念逐步解释新现象。

2.设置认知冲突

当遇到新的情境且原有认知结构不能适应现实环境要求时，学生只能改变已有的认知结构以符合现实环境的要求。教师根据学生已有的知识经验，创设引发他们认知冲突的学习情境，引导其主动建构知识，是开展思维型探究的重要基础。

《热在水中的传递》一课中，教师在发现学生普遍把固体热传导的方式直接迁移到液体后，及时设置第一个认知冲突情境：对准U型管左侧直管底部加热（如图1），用温度计分别测量加热点正上方的一个点和右侧直管靠下部的一个点（两个点与加热点之间距离相等），两个测量点的温度会怎样变化？学生认为两个温度计的示数都会变高，且差别不会很大，实际结果却令他们大吃一惊：当左侧温度计的读数从23 ℃一路攀升到35 ℃时，右侧温度计依然停留在23 ℃。认知冲突由此产生，学生尝试对不符合热传导规律的新现象进行解释。经过讨论，大家认为：热在水中的传递和在金属中的传递是不一样的，是向上传递的。这是学生概念发展过程中一个重要的中间概念。此时，他们初步达到认知平衡，但部分学生仍有疑问。

为了更细致地验证热在水中的传递，教师提出了第二个问题：小茶屑在底部加热的烧杯中会怎样运动（如图2）？基于前一个实验的猜测，学生预测小茶屑会向上升，但他们实际观察到的结果是上下翻滚。第二次认知冲突让学生认识到，在水中除了热向上传递，应该还有别的情形。于是，有学生提出解释：

“热要往上升，冷需要往下降。也就是说，热量把茶叶推上去，但是上去后又冷了，所以茶叶又会降下来。”

“除了中间的液体会一直上升外，旁边的一些热量较少的地方的液体其实也会不断上升，而它往下降的一部分原因是液体的流动。”

至此，学生建构新的科学概念——热在水中的传递方式是对流。教师基于对学生前概念的调查，分步合理设置认知冲突，促进有效同化，实现知识顺应，是这节课学生开展思维型探究，获得概念发展的关键前提。

二、倡导解决真实和复杂问题

研究表明，为了发展探究能力，学生需要具备一定的事实性知识，这样才能在概念框架的情境中理解事实和观念，并用促进提取和应用的方式组织知识。那么，怎样创设概念框架的情境，促进知识的提取和应用呢？以真实和复杂的问题来组织教学，是一条可行路径。

1.增强学习动机

学习动机是引起学习、维持学习，并将学习导向某一目标的内部动力，是维持学习热情、保证学习时间和精力投入、促成学习效果的重要因素。学生的学习活动总是为一定的学习动机所支配，教师应为他们提供具有适当挑战性的环境，不断鼓励他们探索新事物，激发其好奇心，提升他们的科学探究能力。

《比较不同的土壤》一课中，教师把“土壤的保水性”这个经典的知识点变成一个亟待解决的真实和复杂的问题——在劳动基地种水稻应该选择哪种土壤？面对这一挑战，学生表现出强烈的好奇心和学习热情。学生发现土壤的保水性与颗粒大小有关，于是根据教师提供的材料设计了测试土壤保水性的实验方案，顺利得出一致结论。学生在探究过程中体会到了成就感，进一步激发了他们继续探究的热情。

2.促进知识建构与应用

学生是带着前概念进入课堂的，但这些前概念通常是零散而杂乱的。围绕支持理解、促进迁移的原则来组织知识是更高效的方式，也是科学学习的任务之一。

真实和复杂的问题如何支持理解、促进迁移呢？本课中，教师设计了四个活动。

活动1：对比观察三种不同的土壤，分析、归纳、整理三种土壤的特征。

活动2：推测几号土壤适合种植水稻。以推理的方式初步建立保水性模型，形成水稻生长与土壤保水性有关的多元化解释。

活动3：对比测试土壤的渗水性实验。根据推测设计模拟实验模型，完成后开展模拟实验，并用新的事实证据进一步验证自己的观点。根据验证结果，对不同的解释做出筛选与判断，提出更合理的解释。

活动4：了解植物生长与土壤的关系，认识到不同土壤适合种植不同的植物。

活动1是带着任务的观察活动，学生在观察的过程中思考土壤的哪些特征与保水性相关，是土壤的软硬程度、颗粒大小、能否成团（黏性）、吸水性，还是颜色呢？学生需要在观察、比较的同时，把这些特征与保水性联系起来。通过活动2的讨论，土壤的某些特征是学生普遍认可的，有些则是自己小组忽略的，而其他小组重视的。活动3中，零散的土壤特性被学生以与保水性的关系为标准有机组织起来，并通过渗水性实验加以修正和验证。活动4中，讨论仙人掌等植物适合的土壤给了学生迁移运用所学知识的机会。

可见，支持理解、促进迁移的知识建构的过程是学生以已有知识、经验或体验为基础，共同参与问题解决的过程，他们获取新的知识、经验或体验并把它融入已有认知体系之中，建构起新的意义和认知结构并加以运用。真实和复杂问题的解决能促进学生获取经验、整理知识并运用到真实世界中。

三、基于大概念逆向教学设计

学生科学素养的形成靠的是有结构的、有联系的概念体系。科学教育的概念体系是由大概念（核心概念和跨学科概念）、主要概念和具体概念（科学事实）等组成的相互关联的网状层级结构。大概念揭示了事实性知识背后的规律，使碎片化的知识有机联系起来，便于学生理解和记忆，更便于他们在旧知识基础上学习新知识，并在遇到新情境与新问题时进行迁移应用。

1.梳理单元概念关系

备课时，教师要系统梳理相关单元之间、单元内各课之间的概念关系，深刻分析具体教学内容应如何支撑起学生的大概念理解，帮助他们在探究科学事实的同时认识概念间的联系。

教师梳理概念关系时，可用概念图、层级图表、思维导图等工具辅助。《仰望天空》一课主要为地球与宇宙科学领域的内容，教师可以参考2017年版课程标准中的知识结构，在此基础上进行教学内容的分析和细化（如图3）。不同教师对内容的理解各有侧重，在梳理时无须追求标准答案，只要达成梳理清楚单元概念关系的目标就可以了。

2.逆向教学设计落实大概念

逆向教学设计是从终点，即想要的结果（目标或标准）开始，根据课程标准所要求的学习证据（或表现）和用以协助学生学习的教学活动形成教学设计。这种操作流程能够很好地指导教师把大概念落实到学生的科学实践中。教学“模拟日—地—月距离与大小关系”这一内容时，教师可先设定这个内容的具体目标，然后根据目标确定可视性反馈与评价标准，再以评价定学法、以学生学习需要定教法，最后确立学生的科学核心素养目标（即表1中的“大概念目标”）。

逆向教学设计之所以能够很好地在教学中落实大概念目标，是因为其重点关注大概念目标的渗透和落实，做到操作、监控、调节的同步进行，因而更加高效。

（作者单位：重庆市北碚区朝阳小学。文中三节课例《热在水中的传递》《比较不同的土壤》《仰望天空》的执教教师分别为杨健伟、张丹和张鑫。）