高阶思维在科学课堂的生长路径

王明光

教学的核心是思维，学生的学习需要思考。在推进教学改革的过程中，加强对学生思维能力的培养，能有效促进核心素养的发展。高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，它在教学目标分类中主要表现为分析、综合和评价等。随着信息技术的发展，低阶思维能力越来越不适应当代社会的发展，注重高阶思维能力的培养是当前教育发展的必然趋势。科学教师要通过长期不懈的精心教学和对学生润物细无声的习惯浸润，助力学生的高阶思维发展。

真实情境激活科学分析能力

儿童天生对周围的物质世界充满着强烈的好奇心和积极的探究欲，但是只有具备在真实情境中解决复杂问题的能力，才能具备核心素养。因此教师在新课导入环节，应该基于小学生的心理特点，创设一些适合他们的有趣、真实的情境，激发他们的探究兴趣，激活他们的科学分析问题的能力，为新课学习奠定基础。

教学片段一：“土壤”内容的导入

师：生活中，我们经常需要分离一些混合物，比如：厨房里，妈妈用漏勺把煮好的饺子从锅中捞出;工地上，工人用筛子分离出沙中的小石子;谷场里，农民利用簸箕分离秕谷;大海边，盐田工人利用海水晒盐等。今天，老师也带来了一杯混合物，它是由铁粉、木屑、砂砾、食盐四种材料混合而成的，你们能大致分离出这四种物质吗？

生：放在水里。

师：你准备分离出什么成分？

生：木屑。

生：如果分离铁粉的话，可以拿块磁铁把铁粉吸出来。

师：你是根据它的什么特性呢？

生：铁可以被磁铁吸引。

师：好的，给他掌声鼓励。还有几样东西呢？

生：把它放入水中搅拌，让盐溶解，再过滤、蒸发。

师：也就是说，根据食盐的性质，我们可以把它放在水中搅拌、溶解、再蒸发，分离出食盐，这依据的是食盐不能被蒸发的特性。还有吗？

生：砂砾、木屑都不溶于水，可以把它们放入水中搅拌，木屑漂在水面，捞出，把上部的水倒出，下部就是砂砾，再把水过滤蒸发。

师：搅拌后，捞出漂浮物——木屑;将水倒出，分离出沉淀物——砂砾;再把倒出的水蒸发，就分离出食盐了。

同学们非常棒，刚才依据这四种物质的特性，结合以前学过的知识，运用各种方法，我们依次分离出了这四种成分。今天老师给你们提供了一种大家非常熟悉的物质：土壤，它也是一种混合物。

教学设计要以学生为主体，适宜的情境设置可以激起学生的好奇心。在这个导入环节中，教师首先展示生活中常见的简单易操作的分离实例作为铺垫，然后出示一杯由铁粉、木屑、砂砾、食盐组成的混合物，请学生分析如何将它们大致分离，这样可以唤起学生的前概念。学生通过交流认识到：根据物质的性质来设计合适的方案就可以将它们一一分离开来。这样的教学情境很好地激活了学生分析问题的能力，同时引出活动——进一步探究土壤的成分。

科学观察培养科学推理能力

小学科学是以实验探究为核心的学科，而观察在实验探究中占有非常重要的地位。科学始于好奇，发现始于观察，分析促进推理。在教学中，教师应该让学生有目的地进行观察，并整理、分类观察后获得的信息，分析数据内在的联系，从而培养他们的科学推理能力。

教学片段二：观察苍耳的传播方式

师：（课件展示房顶上的苍耳植株图片）苍耳这种植物的种子能传播到这儿吗？

生：会。

生：一些兔子从旁边经过的时候，苍耳就会粘在兔子身上，被兔子带到其他地方去。

师：苍耳的什么特点让你们想到它会被兔子带走？

生：苍耳种子的刺上有倒钩。

师：也就是说，你是观察到苍耳上有带刺的小倒钩这个特点，于是想到会有动物把它带走。

生：我认为人也能把它带走，我去年冬天爬宝石山时发现苍耳粘在我的毛衣上。

师：它的什么特点会让它粘在你的毛衣上呢？

生：我认为是它的小刺。

师：看来同学们都注意到了苍耳是长有带钩的小刺的，所以说它是靠动物传播的，真的是这样吗？想不想看看真实的苍耳？

（教师分发苍耳，提醒学生观察苍耳是不是真的有带钩的小刺。）

师：有没有带钩的小刺？

生：有。

师：能不能粘在衣服上？

生：（一边尝试一边回答）能。

师：苍耳只有带钩小刺这一个特点吗？请观察、讨论一下，它还有什么特点。

生：它很小，椭圆形的，棕色。

生：因为是椭圆形的，所以它可以滚动。

生：苍耳两端有比较长的大刺。

生：很轻，很容易被风吹走。

师：同学们推测一下苍耳還有哪些特点使它们很容易被传播出去？这些特点，还使得它适合以哪种方式传播？

生：椭圆形能滚动，可以通过自己来传播。

师：你能解释一下吗？

生：它如果生长在一个斜坡上，就可以从一个地方滚到另一个地方。

师：非常棒，分析得很好。

生：又小又轻，适合风力传播。

生：大刺扎在动物身上，适合动物传播。

生：棕色有可能被一些棕色的动物忽略。

师：非常棒，因为是棕色的，粘在某些动物身上容易被忽略，因为又小又轻，粘在身上也不容易被发现。通过观察，我们发现：苍耳不止一种传播方式，每一种传播方式都与它的结构特点相适应。结合苍耳所有的外部特征，你认为哪种方式最适合苍耳传播出去？

生：风力传播和动物传播。

师：你们用嘴巴吹吹看，看风能不能把种子传播得更远呢？风能不能一直吹呢？你们认为苍耳最显著的传播特点是什么。

生：（异口同声地回答）动物传播。

四年级的学生已经具备一定的观察、推理能力，由于受到时空限制，学生无法在课堂上直接观察真实世界中的种子传播过程，因此需要寻找有充足说服力的证据来证明种子的传播方式，这是一个包含了假设、寻找证据、反复辨析的科学过程。以生活中常见的苍耳为例，根据以往经验可知它可以传播到远处。学生通过观察苍耳的特征，分析与每种特征可能匹配的传播方式，并在此基础上进行层层推理，初步体会到了苍耳种子的结构和功能相适应这一结论。

科学辩论促进科学评价能力

俗话说“理不辩不清，事不辩不明”，在课堂教學中，科学教师要善于应用研讨和辩论。在研讨思辨的过程中，通过不同观点的碰撞，学生对客观对象进行判断、分析后形成自己的见解和结论。在教学过程中，教师要善于发现有争论的知识点，并以适当的专题展现给学生讨论。科学辩论不仅有利于增强对知识点的理解和掌握，还有利于学生思辨能力和逻辑思维能力的培养，从而促进他们科学评价能力的提升。

教学片段三：对云进行分类

师：这张记录单能看懂吗？

（课件展示记录温度和海拔关系的记录单。）

师：气象学家在对云进行观察描述时，通常将它们分成三类，请阅读书本《对云进行分类》。模仿书本的图片，在记录单上画出不同类型的云在天空中的大致位置，并在云朵旁边标出它们可能的状态。

（请一位学生展示他的记录单并汇报。）

师：有同学对他的记录单有不同意见吗？为什么？

生：我有不同意见，我认为夏天天空中的云都是由小水珠组成的。

生：我不同意，请看记录单，天空越高，温度越低，我认为低空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。

师：谁还有不同意见？

生：我有不同意见，因为夏天都是下雨的，冬天下雪，所以夏天的云是小水珠，冬天的云是小冰晶。

师：还有没有不同见解？

生：我认为冬天的地面温度很低，天空的温度更低，天空中的云是小冰晶，天空中的云落回地面，形成雪。

师：夏天的云呢？

生：我有补充，夏天我坐飞机，看飞机显示屏显示飞机外的温度有零下三十多摄氏度，飞机外的云朵肯定是小冰晶。

师：（用手比画记录单）一年四季，高空的温度变化不大，明显变化的是近地的温度，天空中的云朵越来越大，逐渐下降，在不同的季节落回地面，会怎么样呢？

生：夏天地面温度高，小冰晶在下降的过程中，温度上升，慢慢融化成小水珠落回地面，形成降雨。

师：掌声送给所有的小伙伴，我们可否这样理解，按照记录单中的信息，地面温度为20摄氏度时，低空、中空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。高空的小冰晶下落过程中所经历的变化还与近地温度有关，如果低空温度较高（春、夏、秋季高于0摄氏度），小冰晶下降过程中会融化成小水珠落回地面，形成雨;如果低空温度较低（冬季低于0摄氏度），小冰晶下降过程中继续保持固态特征落回地面，形成雪。

在这个教学片段中，云的组成是有争论的知识点。教师引导学生分析天空中云的组成受不同海拔高度温度的不同以及近地温度随着季节的不同的影响，以及云落回地面发生的变化来展开科学辩论。这样一次次的否定，层层推进的科学辩论不仅有利于增强学生对知识点的理解和掌握，还有利于培养学生思辨能力和逻辑思维能力，提升科学评价能力。

建模拓展提升科学综合能力

建模是小学科学教学的一种有效方法，它有利于促进学生对科学知识的理解，提升学生的科学综合能力。模型建构的过程能够培养学生观察分析、提出问题、解决问题、动手制作、抽象思维等能力。在使用建模法来验证猜想的活动中，教师要善于利用身边简单、易得、成本低、好操作的材料。

教学片段四：不同环境下的动物

师：植物的形态结构和生活环境相关联，那么动物呢？（课件展示鸽子的图片及介绍资料）你能从中找出鸽子的哪些特征利于它们在空中飞行吗？

生：鸽子骨骼中空、消化道短。

生：有翅膀。

生：鸽子的身体呈纺锤形，有利于减少空气阻力。

师：还有吗？

生：羽毛可以保温，还可以让外形更流畅。

师：怎样才能知道我们的推测是否正确？

生：做实验。

师：能否用老师提供的A4纸设计实验，验证纺锤形的外形特征及体重轻（骨骼中空、消化道短）是否有利于鸽子在空中飞行？大家能否用建模的方式，来验证你们的猜想？谁能分享下自己的方法？

生：由于鸽子是在空中飞行的，我想折纸飞机来模拟。用A4纸折出尖头、钝头、平头纸飞机探究外形对飞行的影响的实验。

师：谁还有补充？

生：用同样的A4纸，可以保证重量相同。

生：用相同大小的力来投掷纸飞机。

师：还有没有？

生：我想模拟重量对飞行的影响。用一张A4纸和两张合在一起的A4纸分别折出两个外观相同的纸飞机，用来模拟体重对飞行的影响。

师：太棒了，掌声送给所有的同学。

在该教学片段中，教师聚焦问题：鸽子的哪些特征利于其在空中飞行？建立原型和模型的联系。学生根据鸽子运动的特点及提供材料的性能，不断提出新建议加以修正，从而建立起简单易操作且能反映科学本质的模型——纸飞机。接着又以鸽子为例，推广到鸟类的结构特征与它所生活的环境相适应这一核心本质。学生在观察分析的基础上，从具体的问题抽象出模型，并选择合适的材料制作，根据自制的模型验证猜测。在这个过程中，学生的观察分析、提出问题、解决问题、动手制作、抽象思维等综合能力都得到了提升。

总之，在小学科学课程中培养学生的高阶思维非常重要。在科学教学中，教师应给予足够的重视，紧扣核心，基于学生的认知特点，不断探索、运用各种教学策略来组织教学，使学生高阶思维的培养达到更好的效果。

浙江省杭州市文海实验学校（310018）