新课标下科学课思维型探究教学实践

作者：李霞／浙江省杭州市基础教育研究室附属学校

《义务教育科学课程标准》（2022年版）提出素养立意、注重综合、加强实践、注重思维的价值导向，要求重视探究实践过程中学生思维的深度参与，这是目前科学教学改革的重要方向。本文从对科学教育发展历程中科学探究的分析入手，探讨科学探究的内涵，以思维型教学原理为指导，提出思维型探究的设计方法和实施要点。

对自然科学课程发展历程中科学探究的分析

在自然科学相关课程进入正规课堂的百年历程中，科学探究始终被认为是科学学习的重要方法，同时科学探究的内涵得到丰富。 19世纪中叶，以斯宾塞为代表，提出科学教育要为个体发展服务，每种学习都应该从实验入手，经过充分观察后进行推理，科学教育是为了获取知识和发展推理能力[1]。20世纪初期，杜威在《科学》杂志上发表文章，提出科学教育是要为培养社会需要的人服务，需使用归纳、演绎、数学逻辑和实证等科学方法解决实践的问题，发展思维能力[2]。20世纪下半叶，施瓦布提出科学教育要为培养有效的公民而服务，科学内容和科学方法是密不可分的，科学是因新证据出现而被修改的概念结构，学生应该以探究的方式学习科学[3]。1996年，美国《国家科学教育标准》正式提出科学探究的概念，对科学探究的内涵、方法、实施步骤作了界定，科学探究是要帮助学生获取科学知识，领悟科学方法和科学思想观念。在新一轮全球课程改革的背景下，科学课程强调对科学概念的探究建构与实践运用，强调思维探索，强调把思维探索与动手活动相结合，同时将科学教育从科学领域扩展到工程领域，提出了科学探究和工程实践。《义务教育科学课程标准》（2022年版）也明确提出培养科学核心素养要从科学观念、科学思维、探究实践和态度责任4个方面综合考虑，首次将教学中一直被忽视的科学思维列为科学素养的重要方面。 从观察、实验到归纳、演绎、数学逻辑和实证，再到探究方式的提出，再到科学探究的提出，再到探究实践、科学思维的提出，可以发现：科学教育从诞生之初就蕴含着探究的思想，科学探究从一开始就与科学思维相互伴随。作为一线科学教师，在新课标背景下如何基于科学思维开展有效的科学探究，是教学实施中面临的重要问题。

新课程背景下对科学探究内涵的再思考

《义务教育科学课程标准》（2022年版）对科学核心素养的探究实践维度进行了界定，指出了科学探究的组成要素、基本程序及本质。教学中，需要深入理解新课标中科学探究的内涵。

对新课标中科学探究内涵的解析

《义务教育科学课程标准》（2022年版）提出，“科学探究能力体现在：理解科学探究的一般过程和方法；提出科学问题，并针对科学问题进行合理猜想与假设；制订计划并搜集证据，分析证据并得出结论；对结果进行解释与评估；准确表达观点，反思探究过程与结果。”科学探究主要包括问题、证据、解释、结论四个基本要素，一般具有提出问题、猜想假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价的八步基本流程。在探究教学过程中，要关注学生亲历探究解决问题，也要关注学生获得对科学探究本身的理解。

对科学探究内涵的再思考

胡卫平将科学探究的内涵定义为：这是一个复杂的教与学的实践行为，是激活学生情感与思维的实践行为，是根据事实证据建构科学解释的实践行为。从科学探究的目标和结果来看，不仅要帮助学生形成科学探究能力、理解科学探究、形成科学观念，还要领悟科学的研究方法[4]。从以上对科学探究内涵的界定可知，科学探究的本质是认知建构的过程，是科学思维的过程，是合作交流的过程，是情感互动的过程。科学探究不仅仅是对学生操作技能的培养，也不仅仅是一套学生能背出来的标准化操作程序。 科学探究是一套动手实践的操作体系。它起源于一个学生可以研究的科学问题，在寻找问题答案的过程中，学生围绕问题提出初步假设，针对假设开展观察、测量、实验、调查等活动，获取信息和证据后，运用归纳、推理、论证、建模等思维方法进行解释，最后通过教师与学生之间的交流与论证，形成共识。科学探究是一套深入思考的方法体系。它是属于科学学科的一套独特的方法体系，需要将动手实践的过程与科学方法、科学思维建立连接。能够支撑科学探究的科学方法主要包括观察、实验、测量、推理和解释等，具有科学学科特点的思维方法主要包括科学推理、建构模型、科学论证和质疑批判。 综上可见，动手实践是科学探究的外显部分，科学方法是科学探究的内隐部分，而科学思维则是科学方法的重要组成部分，科学探究的过程既是动手实践的过程，也是科学方法的运用过程，还是科学思维的过程。在探究过程中，始终伴随着思考，始终不断推进着学生推理论证能力、模型建构能力、批判性思维和问题解决能力的发展。科学课堂需要实施思维型探究。

思维型探究的教学设计

作者经过多年课堂实践，基于思维型教学原理提炼了思维型探究教学模式，即在一定的教学思想、教学理论指导下，围绕教学目标，在一定的教学资源支持下，形成的具有相对稳定结构的教学范型。它是对复杂教学组织方式的简约表示，体现了教育价值取向，决定了行为规则，整合了教学方法和策略，是教师设计课堂教学的重要抓手[5]。一定的教学模式体现一定的教学理论或教学思想，它不仅包括教学流程，还包括相应的教学目标、适切的评价标准和匹配的教学资源。同时，教师应具备相应的专业素养，并能营造良好的师生关系。

思维型探究教学模式的教学流程

思维型探究教学模式以思维型教学原理作为理论指导。思维型教学原理是由动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控、迁移应用5个基本原理组成的有机统一整体，既存在逻辑顺序，又互相渗透[6]。思维型探究的教学设计包括5个基本环节，分别为“情境创设与问题提出”“作出假设并制订计划”“收集证据与信息处理”“得出结论与表达交流”和“总结反思与迁移应用”。5个基本原理支撑科学探究过程中的不同阶段，在不同阶段中都有科学思维的深度卷入（表1）。思维型探究要求在探究过程中，科学思维深度参与，凸显对科学本质的理解。

思维型探究教学模式的评价标准

基于思维型教学原理，思维型探究的4条评价标准贯通整个探究过程（图1）。

图1 思维型探究的评价标准

教学导入诱发思维动机。教师需要创设有利于学生积极思维的教学情境，提出恰当的探究问题，激发学生的学习动机。 教学过程引发思维动力。明确学生可以探究的问题，并围绕问题设计能够引发学生认知冲突的层级性问题，遵循科学探究的基本程序，动用科学思维方法，引导学生亲历探究过程。 教学反思触发思维监控。引导学生对科学探究过程、方法、结论进行反思与交流，使得学生对掌握及运用的知识和方法进行监控和调节。 应用拓展激发思维迁移。需要引导学生将获得的科学概念、探究实践技能和思维方法迁移应用到新的情境中，解决新问题。

思维型探究教学模式的教学资源

思维型探究是学生主动建构概念、解决问题的过程，教师需要提供能够帮助学生进行主动探究的系列资源，课堂教学时可以依托3种学习单支持学生的主动思维和深入探究。 3种学习单分别为学习目标单、学习支持单和素养评价单（图2）。学习目标的设计要聚焦科学核心素养的各个方面，从以往的三维目标转变为新课程下的素养目标，特别是如何把科学思维方法目标提炼出来，对教师而言是一个挑战。教学设计时，只有准确提炼科学思维方法，才可能在探究活动中有效触动学生思维的深度参与。学习支持单是课堂上供学生探究使用的实验记录、观察记录、调查记录、科学阅读资料等，学习支持单的设计要基于目标，要由有效的驱动性问题链构成主线，在问题的支撑下，帮助学生实现自主探究，使学生完成低阶思维到高阶思维的过渡。素养评价单要基于学习目标进行设计，聚焦概念的深度建构和问题的解决。3种学习单的设计要紧紧围绕科学核心素养，实现教学评价的一致性。

图2 思维型探究的教学资源

思维型探究教学模式的师生关系

在思维型探究过程中，教师与学生既是课堂的共同设计者，也是科学探究的共同亲历者，教师要对学生的思维过程、思维特点及如何发展学生的思维进行监控，进行主动设计。教师需要关注学生学习的思维过程，帮助学生学会表达自己的思维过程，可以是口头表达、图画表征，还可以利用学习单帮助表达；尊重学生的思维特点，将学生的自主探究与合作探究进行合理安排，促进学生的思维互动，提高思维参与度；发展学生的思维监控，为了保证达到预设的素养目标，要引导学生将自己的思维本身作为思考的对象，养成主动控制和调节的能力，完善学生的思维方式和思维品质。

思维型探究的操作要点

思维型探究的过程以解决科学问题为起点，以发现其中的属性、关系和规律为终点。在学生探究过程中，要特别注重证据收集和推理论证的指导。

围绕问题，注重对学生证据收集的指导

科学以实验证据解释客观世界的运行机制和事物发展的变化规律。要创设良好的环境条件，提供结构化的实验材料，帮助学生完成证据的收集。学生可以在实验室、自然界、图书馆或其他场所，通过观察、测量、调查、动手操作获得证据。教学时应关注以下几点：

①证据的收集通常需要围绕学生对问题的解释性假设展开，需借助实验仪器、实验器材等。

②小学生对事物变化和发生原因的假设通常较为简单，经常表达为是或否、有或无，教师需要耐心引导，切忌拔高。

③教师需要提前精心准备，提供结构化的实验材料帮助学生完成证据的收集。

基于证据，注重对学生推理论证思维的指导

基于证据进行推理论证的过程，是学生概念知识建构的过程，是一种较为复杂的认知过程。需要学生进行证据与结论之间的科学推理，需要对自己的论证展开批判性思考，需要在与其他同学进行交流与分享、辩护与反驳的过程中逐渐建构概念。推理论证能力体现在基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。

推理有归纳推理和演绎推理2种形式。

演绎推理的过程大致有以下几个步骤：确定是哪个因素或变量与所解决的问题有关；分析该变量产生作用时，必须具备的前提条件是什么；如果条件符合，就进一步依据获得的证据进行推理。 归纳推理通常经历以下几个步骤：仔细观察和分析收集到的信息或数据，不急于得出结论；对几组信息或数据间的联系或规律进行对比，抽取其共同点；尝试说明所发现的共同点，得到某个结论；通过重复验证，确定结论是否正确。论证指基于证据的论证，构建令人信服的论点，支持或反驳对科学现象的解释。论证时，要注重指导学生分清什么是观点、什么是事实；能利用模型的思想分析事物的特征及结构，在事实与观点之间建立联系；能利用抽象概括的方法发现事物的本质特征，能比较全面地分析问题的各种影响因素，进而获得结论。

下面以“力对物体运动状态的改变”思维型探究教学为例说明。 在情境创设环节，学生观察生活中人骑自行车、风吹小风车转动、水流推动水车转动等现象，联系自己的生活经验很容易作出解释：给物体施加力，物体能够运动起来，而且力越大物体运动越快。在认知冲突环节，教师演示实验：给小车施加拉力，这个拉力来自曲别针的重力，1个、2个、3个……20个……学生发现小车并不能运动，并不是只要给物体施加力就一定能运动起来，这与最初的解释相悖，引发认知冲突，使学生将探究聚焦于力与运动的整个过程。 在自主建构环节，学生首先要明确假设，确定哪个变量与问题有关，并分析这个变量产生作用的前提条件；实验设计时，要选择实验材料，控制起点、终点，准确操作计时器，设计好记录表格；对获得的数据进行分析时，要进行归纳推理和演绎推理，并与同学论证自己的结论。 在自我监控阶段，学生从探究过程、思考方法、数据收集、小组合作等方面进行分享交流。 在拓展迁移阶段，学生用获得的概念、方法、技能解决实际问题，例如制作气球动力小车、橡筋动力小车、重力小车等，实现对科学概念、探究技能、思维方法的迁移应用，发展问题解决能力。 聚焦科学核心素养发展的科学课程与教学，对每位教师都提出了新的挑战，思维型探究教学明确了思维深度参与探究的教学模式及操作要点，能有效培养学生的批判性思维和问题解决能力，培养科学精神。使学生在探究过程中体会科学知识产生的过程，潜移默化地理解科学的本质。

参考文献

[1] 赫·斯宾塞．教育论：智育、德育和体育[M]．胡毅，译．人民教育出版社，1962．

[2] J. Dewey. Science as Subject - matter and as Method [J]. Science，1910．

[3] （美）韦斯特伯里，威尔科夫主编．科学、课程与通识教育——施瓦布选集[M]．郭元祥、乔翠兰主译．中国轻工业出版社．

[4] 胡卫平．思维型科学探究教学的理论建构[J]．课程·教材·教法，2021（06）．

[5] 李霞．核心素养价值取向的科学教学模式研究[J]．课程·教材·教法，2018（05）．

[6] 林崇德，胡卫平．思维型课堂教学的理论与实践[J]．北京师范大学学报（社会科学版），2010．

原文链接：

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4MDk4Njg1Nw==&mid=2247525519&idx=2&sn=bf8df67b6ca6ae9f68d036f8da2d4770&chksm=9f99f309a8ee7a1f734cbd10641e547a251de80a936cdb1c4e850d09015a8c5be4d988a6d889&token=1915564617&lang=zh_CN#rd

来源: 《中国科技教育》2022年第6期