李志云

〔摘? ? 要〕? 2022年科學(xué)新課標(biāo)提出，要著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，其中科學(xué)思維的培養(yǎng)是核心素養(yǎng)的核心。在信息技術(shù)手段賦能下，教師可以運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的立體化互動(dòng)，幫助學(xué)生進(jìn)行模型建構(gòu)，完善推理論證過程，發(fā)展創(chuàng)新思維模式，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；模型建構(gòu)；推理論證；創(chuàng)新思維

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 028-030

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，要立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，核心素養(yǎng)包含科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任四方面，其中科學(xué)思維是核心，所以對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)尤為重要。教師對學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)主要是在課堂，但筆者在課堂教學(xué)中遇到了一些問題，例如科學(xué)模型建構(gòu)不真實(shí)、學(xué)生推理論證不完善、課堂學(xué)習(xí)思維固化、考慮不全面等。

一、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)思考

當(dāng)前新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進(jìn)，教育部也在最新頒發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中提出進(jìn)一步推進(jìn)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)與教育實(shí)踐的融合發(fā)展等內(nèi)容。教師可借助信息技術(shù)手段，將小學(xué)科學(xué)中部分枯燥的文字立體化，使其變得生動(dòng)有趣，將部分抽象無法直接展示的科學(xué)實(shí)驗(yàn)通過技術(shù)手段直觀地展示給學(xué)生，將難以展示的科學(xué)數(shù)據(jù)快速分析并呈現(xiàn)，完善實(shí)驗(yàn)推理過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

科學(xué)思維，是從科學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。模型建構(gòu)思維，主要是通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，將學(xué)生觀察到的真實(shí)事物進(jìn)行抽象，形成模型，并將模型與原型進(jìn)行對比，從而促進(jìn)對原型的理解。推理論證思維，是通過創(chuàng)設(shè)直觀數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)探究過程中出現(xiàn)的多樣、復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通過技術(shù)手段，幫助學(xué)生整理、研討，提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。而創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，則是教師通過創(chuàng)設(shè)自主探究的環(huán)境，讓學(xué)生充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，通過改變課堂探究的形式，鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度分析、思考問題，進(jìn)而提出解決問題的方法。

二、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，發(fā)展學(xué)生模型建構(gòu)思維

有研究者指出，在虛擬環(huán)境中可采用“創(chuàng)設(shè)沉浸體驗(yàn)的互動(dòng)環(huán)境”“開展探究體驗(yàn)的學(xué)習(xí)活動(dòng)”“整合感知體驗(yàn)的情景任務(wù)”三種具身學(xué)習(xí)的支持策略，以增強(qiáng)小學(xué)科學(xué)教學(xué)的效果。學(xué)生借助仿真技術(shù)，通過在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題并尋找證據(jù)得出正確的結(jié)論，學(xué)習(xí)科學(xué)的建模方法，經(jīng)歷和體會(huì)運(yùn)用模型來理解知識(shí)、掌握知識(shí)、解決問題的過程。

（一）優(yōu)化生命系統(tǒng)可觀察

在生命系統(tǒng)的構(gòu)成這部分知識(shí)的學(xué)習(xí)中，筆者發(fā)現(xiàn)，雖然身體各器官每天都在工作，但學(xué)生對人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)只能通過圖片、視頻的形式進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)，并不能真實(shí)觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種學(xué)習(xí)方式導(dǎo)致學(xué)生對身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作認(rèn)識(shí)片面化，不清楚。將現(xiàn)代信息技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，建立更加真實(shí)的生物模型結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生看見身體內(nèi)部，可以讓學(xué)生了解真實(shí)的身體內(nèi)部工作情況，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)生命系統(tǒng)的功能。

為了讓學(xué)生親身體驗(yàn)心臟的工作原理，教師借助VR眼鏡，讓學(xué)生通過觀察心臟的跳動(dòng)與自身心臟跳動(dòng)，總結(jié)出心臟跳動(dòng)的規(guī)律與意義。再讓學(xué)生以血細(xì)胞視角走進(jìn)血管內(nèi)部，體會(huì)血液循環(huán)的過程，將模型與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，了解心臟跳動(dòng)對維持血液在血管中流動(dòng)的意義，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)思維。

（二）優(yōu)化宇宙地球可感知

生命系統(tǒng)的學(xué)習(xí)雖然不可視，但學(xué)生還有一定的接觸，而在“宇宙中的地球”這一核心概念學(xué)習(xí)中，學(xué)生很難接觸，且受到位置、空間等限制，模型的建立具有一定的誤差，進(jìn)而影響學(xué)生對有關(guān)宇宙空間概念的理解。教師借助交互手段，讓學(xué)生體驗(yàn)月球行走等，幫助學(xué)生更好地理解和推測天體的特點(diǎn)和運(yùn)行規(guī)律。

例如在《月球——地球的衛(wèi)星》這一課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過觀察月球表面現(xiàn)象得出月球的表面特征。為幫助學(xué)生更好理解環(huán)形山以及月球的環(huán)境特點(diǎn)，課堂上，教師借助VR交互技術(shù)，使學(xué)生真切體會(huì)在月球上行走，真實(shí)感受環(huán)形山的形狀特點(diǎn)，最終對環(huán)形山有一個(gè)全面的了解。教師通過借助信息技術(shù)較好地化解了部分實(shí)驗(yàn)“展示難、體驗(yàn)難”的難題，通過更真實(shí)的模型建構(gòu)幫助學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)思維。

三、處理直觀數(shù)據(jù)，發(fā)展學(xué)生推理論證思維

（一）優(yōu)化數(shù)據(jù)整理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是證明實(shí)驗(yàn)結(jié)論的重要依據(jù)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確處理和分析是實(shí)驗(yàn)探究過程的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生推理論證的有效途徑。在教學(xué)過程中，有些數(shù)據(jù)的數(shù)值較大，對學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力要求較高。教師可借助平板中的App，幫助學(xué)生快速處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)處理效率，以便有更多的時(shí)間用于結(jié)果的討論和驗(yàn)證。

筆者在教學(xué)六上《八大行星》這一課時(shí)，要求學(xué)生將各行星距離太陽的距離按一定比例進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方便后續(xù)建模學(xué)習(xí)，但學(xué)生在距離等比例放大和縮小時(shí)并不熟練，常常出現(xiàn)比例計(jì)算錯(cuò)誤等。教師借助“太陽系旅行記”App，讓學(xué)生將數(shù)據(jù)放置在圖表中，按照要求進(jìn)行等比例縮小，可以很快找到適合課堂建模的比例模型，也為后續(xù)建模打下基礎(chǔ)。最后教師可利用App展示太陽系的行星與太陽的距離排序，讓學(xué)生更直觀地認(rèn)識(shí)到八顆行星排列和大小的規(guī)律，對宇宙天體運(yùn)行進(jìn)行更加科學(xué)的推測。

（二）優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

科學(xué)探究的過程中，器材的好壞對實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有很大的影響，器材的升級可以有效減少科學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差，有利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析。例如在《水的蒸發(fā)與凝結(jié)》這一課中，學(xué)生進(jìn)行“觀察水加熱時(shí)的變化現(xiàn)象”的探究活動(dòng)時(shí)，會(huì)因?yàn)闇囟扔?jì)讀數(shù)出錯(cuò)、數(shù)據(jù)整理成折線圖耗時(shí)過長等影響課堂進(jìn)度。

課堂上把測量溫度計(jì)換成溫度傳感器，并且將溫度傳感器數(shù)據(jù)直接錄入平板。利用傳感器和數(shù)據(jù)分析軟件可以避免實(shí)驗(yàn)中人為操作的失誤，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使學(xué)生有更多的時(shí)間去探究實(shí)驗(yàn)背后的本質(zhì)。教師借助平板軟件實(shí)時(shí)收集每個(gè)小組的數(shù)據(jù)，最后在大屏上自動(dòng)生成對比圖表（如下圖），形成各小組對比圖，更有利于學(xué)生反思探究過程，完成正確的推理過程。圖表的呈現(xiàn)也能讓學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，教師引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)過程、操作、數(shù)據(jù)記錄和處理等多方面反思，并完成新的推理論證，進(jìn)一步提升學(xué)生的科學(xué)思維。

四、鼓勵(lì)自主探究，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維除了包含一般思維的語言體系，如比較、分類、分析、推理等，還包含想象、聯(lián)想、發(fā)散、重組等，并從不同的角度去分析、解決問題。教師可以通過創(chuàng)設(shè)自主探究的環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)行想象，并在探究的過程中充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)。教師還可通過改變課堂探究的形式，鼓勵(lì)學(xué)生從不同角度分析、思考問題，進(jìn)而提出解決問題的方法。

（一）優(yōu)化探究工具

教師教授課本知識(shí)的同時(shí)，也要注重與日常生活的聯(lián)系，利用日常生活中的現(xiàn)象去解釋科學(xué)內(nèi)容，再將所學(xué)科學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中，以此開闊學(xué)生的眼界，發(fā)散學(xué)生思維，提升學(xué)生對知識(shí)的理解和運(yùn)用，進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。信息化時(shí)代，手機(jī)App的普及也為教學(xué)提供了更多的選擇。在教學(xué)中，教師借助平板App優(yōu)化學(xué)生常規(guī)的紙筆記錄方式，通過創(chuàng)造、構(gòu)建個(gè)性化校園植物的記錄形式，從不同的角度記錄事物特征，進(jìn)而提出創(chuàng)造性的問題和思考，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。

例如在學(xué)習(xí)《制作校園生物分布》這一課時(shí)，學(xué)生首先對前一課在校園中搜集的生物進(jìn)行整理、匯總，但在校園調(diào)查的過程中，每個(gè)小組都出現(xiàn)了動(dòng)植物不認(rèn)識(shí)，植物的特征描寫不詳細(xì)、特征不突出等情況，為資料的匯總帶來一定的困難。筆者借助移動(dòng)終端的信息化手段，讓學(xué)生在搜索時(shí)對觀察到的植物進(jìn)行拍照記錄，并為所拍照片編號，借助平板上的動(dòng)植物識(shí)別App進(jìn)行識(shí)別整理，大大縮短了時(shí)間周期，有效地提高了學(xué)生識(shí)別植物的效率，也為生物匯總提供了方便。

在植物搜索與檢索識(shí)別的過程中，學(xué)生養(yǎng)成編輯關(guān)鍵詞檢索植物的意識(shí)，語言組織能力、表達(dá)水平、思維方式有了明顯的進(jìn)階。課堂上，學(xué)生重新編排所記錄的內(nèi)容，并按照動(dòng)植物的習(xí)性特點(diǎn)對植物分類，分享植物身上的秘密，做一張校內(nèi)植物觀賞圖，甚至是植物辨別指南，提升了學(xué)生的發(fā)散思維能力。

（二）優(yōu)化探究方式

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在學(xué)生可以從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)和解決問題的方法。通過改變以往課堂探究形式，突出學(xué)生的主體地位，把課堂的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，尊重學(xué)生的個(gè)性化思考，并通過課堂設(shè)計(jì)引發(fā)學(xué)生更深層次的思考和表達(dá)，分享不同的想法，促進(jìn)創(chuàng)新思維能力的提升。

以四年級上冊《營養(yǎng)要均衡》這一課為例，學(xué)生通過統(tǒng)計(jì)自己一日三餐的食物，對照“中國居民平衡膳食寶塔”看看自己一天的食物搭配是否合理。如果每個(gè)學(xué)生只關(guān)注自己一天的飲食，對班級整體研討來說，種類和數(shù)量都比較難以估計(jì)，更不利于學(xué)生對合理搭配營養(yǎng)膳食的理解。所以，這一節(jié)課中，教師可以給出某一位學(xué)生午餐的菜單，并將食物的營養(yǎng)成分通過平板上的食物營養(yǎng)查詢轉(zhuǎn)換成具體數(shù)據(jù)（如下表）。學(xué)生通過對菜單的分析、研討，找出不合理的地方，再根據(jù)所學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)更加合理的菜單，建立健康生活的意識(shí)。

在菜單設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)生通過對前面菜單的分析、研討，借助信息技術(shù)手段得到更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，樹立觀點(diǎn)報(bào)告須有數(shù)據(jù)支撐的意識(shí)。通過自主設(shè)計(jì)菜單，引導(dǎo)學(xué)生從前期被動(dòng)記錄到自覺運(yùn)用食物中的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)來整理、分析，結(jié)合身體營養(yǎng)的健康需求，提出更好的解決辦法。學(xué)生在一次次的菜單推翻、改進(jìn)的探究過程中提升了創(chuàng)新思維的能力。

技術(shù)賦能下的科學(xué)課堂，不但有效整合了課內(nèi)外的作業(yè)，更重要的是點(diǎn)燃了學(xué)生科學(xué)探究的熱情，讓課堂實(shí)踐活動(dòng)有趣、有效。既給了學(xué)生足夠的方法支架，分步實(shí)踐，又訓(xùn)練了學(xué)生對知識(shí)的遷移、整合與運(yùn)用能力，從而實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。對于培養(yǎng)科學(xué)思維的探究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，本次僅以部分課堂教學(xué)為案例進(jìn)行了粗淺的探索。如何讓技術(shù)手段更好地服務(wù)于課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，讓更有趣的實(shí)踐活動(dòng)浸潤于科學(xué)教學(xué)之中，是筆者今后努力研究的方向。

參考文獻(xiàn)

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[2]賴燕華.基于學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的問題串教學(xué)的實(shí)證研究[D].漳州：閩南師范大學(xué)，2020.