有效引导学生提出问题和作出假设

李彤

摘要大象版《科学》教材采用以科学知识为经线、以科学探究为纬线的双主线结构编排。为了循序渐进地落实课程标准中的科学探究学段目标，教材的整体设计暗含了螺旋上升的内在逻辑。教材通过七个单元的教学，在科学探究目标方面达成“提出问题”和“作出假设”的学段目标，引领学生经历科学探究过程，有计划、有步骤地建构科学概念体系。

关键词 《科学》教材 教学分析 科学探究

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.032

Effectively Guide Students to Ask Questions and Make Assumptions

——Teaching analysis of the first volume of the fifth grade of science textbook Elephant Edition

LI Tong

（Shenzhen Futian Baihua Primary School， Shenzhen， Guangdong 518028）

Abstract： The elephant edition of science adopts a double main line structure with scientific knowledge as the longitude and scientific exploration as the latitude. In order to implement the goal of scientific inquiry in the curriculum standard step by step， the overall design of teaching materials implies the internal logic of spiral rise. Through the teaching of seven units， the textbook achieves the learning objectives of "raising questions" and "making assumptions" in terms of scientific inquiry objectives， leads students to experience the process of scientific inquiry， and constructs the scientific concept system in a planned and step-by-step manner.

Keywords： "Science" textbook； teaching analysis； scientific inquiry

《义务教育小学科学课程标准》（以下简称课程标准）在科学探究目标方面，对于“提出问题”要素的中年段目标是“在教师引导下，能从具体现象与事物的观察、比较中，提出可探究的科学问题”；高年段目标是“能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题”。也就是说，对“提出问题”从较为直观的、表面的“具体现象与事物的观察、比较”提升为较为抽象的、内在的“事物的结构、功能、变化及相互关系”。同样地，对于“作出假设”也从较为浅显的、直接的“现象和事件发生的条件、过程、原因”提升为“事物的结构、功能、变化及相互关系”，这些变化符合学生从形象思维逐渐向抽象思维发展的认知心理特征。那么，进入五年级的科学课教学，应当如何理解和把握这种变化呢？

理解科学探究目标的螺旋上升

大象版《科学》教材采用以科学知识为经线、以科学探究为纬线的双主线结构编排。在科学知识方面，教材以物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程四大领域的学习内容为四条经线。在科学探究目标方面，在每个学段，把八个科学探究要素划分到四個学期进行有侧重的培养和训练。如一年级上册侧重提出问题和作出假设，一年级下册侧重制订计划和搜集证据，二年级上册侧重处理信息和得出结论，二年级下册侧重表达交流和反思评价，从而完成科学探究要素培养的一次循环。三个学段共完成三次循环，从而将科学探究要素的培养贯穿为一条循环往复的纬线。科学知识经线和科学探究纬线相互交织，形成整套教材的编写体系。

为了循序渐进地落实课程标准中的科学探究学段目标，教材的整体设计暗含了螺旋上升的内在逻辑。例如，一年级上册、三年级上册和五年级上册的探究要素培养重点都是“提出问题”和“作出假设”，但不是简单重复，而是从学习方式、研究对象、思维方式、学习成果等方面逐学段提升的。到了五年级，科学探究要素强调基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题，做出有针对性的假设，并且能说明假设的依据。这种螺旋上升的编排，对于师生开展课堂教学、达成培养目标具有积极的意义。每个学期有明确的训练重点，有助于教师准确地把握本册教材的主要探究要素，集中时间和精力对某个探究要素目标精准突破，既有利于教师制订学期教学工作计划，开展有针对性的培训学习，也有利于对学生反复进行技能强化训练。

把握本册教材科学探究目标的培养路径

大象版《科学》教材五年级上册设计了一个准备单元、五个综合探究单元和一个反思单元，希望通过七个单元的教学，在科学探究目标方面达成“提出问题”和“作出假设”的学段目标。准备单元和反思单元对本册科学探究要素的学习分别起到引领和总结作用，五个综合探究单元是科学探究目标培养的主要载体。在五个综合探究单元中，前三个单元侧重培养“提出问题”要素，后面两个单元侧重培养“作出假设”要素。每个单元又根据学习内容的不同特点，从不同的角度和层次对探究要素的学段目标进行训练，形成本单元的科学探究目标。要弄清本册教材科学探究目标的培养路径，关键在于把握每个单元的科学探究目标。

本册的准备单元“蒸发的快慢”创设了生活中的情境，引导学生发现问题——“蒸发的快慢与什么因素有关”。而本单元的教学重点是引导学生尝试基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题，做出有针对性的假设，并能说明假設的依据。

五个综合探究单元“冰淇淋冷藏箱”“人体司令部”“健康成长”“地壳”“小小机械师”是教材的主体。这五个单元充分考虑学生的年龄特征和认知规律，精选物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程等领域的学习内容，设计了一系列与学生的生活密切相关的“做中学”活动，引领他们经历科学探究过程，有计划、有步骤地建构科学概念体系。

“冰淇淋冷藏箱”单元侧重培养的科学探究要素是“提出问题”。本单元以制作冰淇淋冷藏箱为任务驱动，引导学生学习有关热传递的科学知识，重点提升他们“提出问题”的能力。制作冰淇淋冷藏箱与冷藏箱的结构以及材料的功能等因素密切相关，冰淇淋的融化过程又涉及温度和状态的变化，因此，本单元的科学探究目标为“能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化等角度提出可探究的科学问题”，这是“提出问题”要素学段目标的重要组成部分。

“人体司令部”单元的科学知识目标对应课程标准中“10.人体由多个系统组成，分工配合，共同维持生命活动”中与感官、人脑相关的几项学习目标；在科学探究方面也侧重对“提出问题”要素进行训练。因此，本单元的科学知识目标涉及各种感官与人脑的结构和功能、感官与人脑以及它们与生命活动的关系，科学探究目标为“能基于所学的知识，从事物的结构、功能及相互关系等角度提出可探究的科学问题”。

“健康成长”单元的科学知识目标对应课程标准中“10.5生活习惯和生存环境会对人体产生一定影响”中的两项学习目标，以及与生命安全与健康教育相关的内容；在科学探究方面也侧重对“提出问题”要素进行训练。因此，本单元的科学知识目标涉及人体的生长变化以及健康与生活习惯、生存环境之间的关系，科学探究目标为“能基于所学的知识，从事物的变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题”。

“地壳”单元以探究火山喷发的成因为线索，围绕地球内部结构这一主要概念，让学生初步认识到地球物质不断变化并且相互影响，增强学生热爱自然、保护地球环境的意识和社会责任感；在科学探究方面侧重于“作出假设”要素的培养。因此，本单元的科学知识目标涉及地球的内部结构、岩石的特征与岩石的变化之间的关系、地壳的运动与地震、火山喷发、岩石纹理等，科学探究目标为“能基于所学的知识，从事物的结构、变化及相互关系等角度做出有针对性的假设，并能说明假设的依据”。

“小小机械师”单元引导学生认识各种简单机械的结构和功能，帮助他们提高使用工具解决生活中实际问题的能力；在科学探究方面侧重于“作出假设”要素的培养。因此，本单元的科学知识目标涉及各种简单机械的结构与功能，科学探究目标为“能基于所学的知识，从事物的结构、功能等角度做出有针对性的假设，并能说明假设的依据”。

本册最后的反思单元“日心说的先驱”，引导学生分析古希腊天文学家阿里斯塔克提出日心说的步骤，重点了解他作出假设的过程及其依据，并反思和评价自己以前作出假设的经历，提升关于假设的认知水平。本单元的科学探究目标是：通过阅读科学家的成功案例和回顾自己的探究经历，提升提出问题和作出假设的方法和能力。

有效培养科学探究要素的策略

进入高年段后，学生的心智水平和探究能力具备了较好的基础。教材根据学生的年龄特征和认知规律，确定了五年级上学期的科学探究培养要素是“提出问题”和“作出假设”。

1.提出问题

基于学生学习的动机来源于对自然世界的好奇心，教师要引导他们发现问题、提出问题，通过探究活动来寻找问题的答案，完善他们的科学概念体系。虽然低、中年段也曾经专门训练了“提出问题”的技能，但是，高年段对“提出问题”的要求有明显的提高。

（1）从事物的结构与功能角度提出可探究的科学问题

结构是指事物内部的联结和构架。研究事物的结构，就是要研究它的组成部分及其联系方式。事物都具有一定的结构，结构不同，功能也就不相同。

围绕“结构与功能”，学生可以从两个角度提出问题。一种是“这种结构有什么功能”，主要应用于对已有物体结构的功能分析。例如，赵州桥的“敞肩拱”结构形式有什么功能？另一种是“为实现某个功能，要设计怎样的结构”，即从功能出发，寻求合理的结构。例如，用胡萝卜和牙签搭一座高塔，应该如何设计它的结构？后一种提问角度更能培养学生的创新意识和研究兴趣。

在《结构与保温》的教学中，教师可以先让学生观察生活中的一些双层结构保温物体，例如双层玻璃窗、玻璃保温瓶内胆等；接着让学生研究单层、双层结构对热传递的影响，发现“结构是影响热传递快慢的重要因素之一，双层结构比单层结构更保温”；然后出示目标——设计一个保温的简易冰淇淋冷藏箱，并提示学生从冷藏箱的功能的角度进行思考、提出问题，对不同结构进行分析、筛选后，双层结构作为一种可探究的科学问题成为下一步研究的主要思路。学生在这个过程中，体验从功能出发提出问题的过程，然后通过实验，探究双层结构的保温效果，再通过制作、检验，进一步验证双层结构在保温方面的功能，巩固形成的科学概念。

（2）从事物的变化及相互关系角度提出可探究的科学问题

变化的事物必然受到一些因素的影响，温度、风向的变化，与阳光的照射、阻挡物的性质有密切的关系。善于发现事物变化与影响因素的关系，是学生开展科学探究的必备素养。

在《我的健康体检表》的教学中，教师可以先让学生观察自己的健康体检表，绘制并分析条形统计图、折线统计图等，发现身高、体重等都发生了显著变化之后，引导他们提出关于生长变化的研究问题，例如“身体的变化与哪些因素有关”。随后，学生通过数据的搜集和处理，发现自己身高、体重的生长变化及相关影响因素，进而发现遗传、营养、体育锻炼、睡眠、生活环境等因素都与身体变化和健康成长密切相关。最后，学生总结出良好的生活习惯、健康的生活环境是健康成长的必要条件，从而懂得怎样维护自己的身体健康。

2.作出假设

在科学探究中，学生对问题作出假设之后，要进行观察或实验，搜集信息得出结论，以验证假设是否成立。和低、中年段对“作出假设”的要求不同的是，高年段要求学生“能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度做出有针对性的假设，并能说明假设的依据”。因此，和“提出问题”关注“事物的结构、功能、变化及相互关系”一样，“作出假设”也要注意从这几个角度来展开。

例如，执教《火山喷发》一课时，教师可以先通过火山喷发的视频或图片引出探究问题——火山喷发与什么因素有关；然后，引导学生从火山的结构、变化（喷发）及相互关系（与哪些因素有关）的角度去作出假设（如“火山喷发是否与地壳的运动有关”），并说明假设的依据；最后，引导学生查阅资料、整理信息，运用分析与综合等思维方法，对搜集的信息进行统计、概括，形成结论，以检验假设的正确性。

在《轮轴》的教学中，教师可以先引导学生观察生活中常见的情境，在阅读轮轴资料的基础上提出关于轮轴的研究问题，例如方向盘、水龙头怎样操作才省力；接着，引导学生基于生活经验和所学知识，对轮轴的作用从结构和功能的角度作出假设，并说出假设的依据；然后，让学生通过实验搜集证据，对数据进行比较分析，发现轮轴“大、小轮与省力的关系”，形成科学的认识；最后，引导学生把结论迁移到生活实践，寻找生产生活中的轮轴，分辨它的类型，说明它的功能，进一步验证结论的正确性。

合理的假设是在研究初期对潜在答案进行有依据的推测，决定了后续的研究方向和工作方案。学生作出假设后，要经过实验、查阅资料等方式寻求证据，运用不同的科学思维方法对这些证据进行必要的加工以得出结论，再将结论与前面的假设进行对比。如果发现假设不成立，就需要分析原因，提出新的假设并再次验证。真正的科学研究是很难一次就取得成功的，要培养学生敢于尝试的信心，以及不取得满意的研究成果绝不罢休的意志。