育人视域：科学思维和实践共生的课堂结构研究

张会

[摘 要]在小学科学教学中，教师应建立一种基于具象认识、以实践活动为线索的教育范式。通过有结构的材料、有结构的设计、有结构的活动，以思维为纽带，以知行合一为理念，以动作技巧为形式，以心理技能为内涵，以高效学习为目标，构建做中思、思中做、指向思维和实践共生的科学课堂结构，打造思维和实践共生的科学课堂，提升学生的科学素养。

[关键词]小学科学;思维;实践共生;课堂结构

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2022）21-0074-03

指向思维和实践共生的科学课堂，有助于发展学生的思维，这与学生核心素养和关键能力的培养需求相呼应。这样的课堂强调手脑并用、思维和实践的结合，以有结构的材料为抓手，铺就课堂教学的基础;以有结构的设计为脚手架，搭建课堂教学的框架;以有结构的活动为整体，抓住科学课程实践活动的特性，形成指向思维和实践共生的科学课堂结构，培养学生的关键能力。在这样的课堂上，学生通过深入加工获得知识信息，了解科学概念，建立个体具体的知识系统，并有效地迁移和运用到实际情境中，促进动作技能与心理科学、动态思维和形象思想的协调发展，最终提升科学核心素养，实现高效学习的目标。

一、有结构的材料，铺垫指向思维与实践共生的课堂地基

1.材料的结构化

从教学材料的整体选择上来看，“工欲善其事，必先利其器”，所以教师要提供具有整体结构的教学材料给学生。教具设计的目标是完成物理观测和科学实验，而有特殊结构的科学材料则是完整进行科学探究实验的奠基石。

例如，教学苏科版教材四年级下册《摆》时，教师精心设计教学，先引导学生认识不同的摆长，然后测量不同摆长的摆在相同时间内摆动的次数。这体现了教师的设计思路，也为学生发现和提出问题提供了丰富的实证材料。随后，教师要求学生分组测量给定摆长在15秒钟内摆动的次数。教师提供的摆长是有结构的，经过设计后，摆在规定的时间内摆动的次数是固定的。接着，教师通过演示，以更直观的形象让学生感受摆长与摆动速度的线性规律。这样，学生通过有结构的材料经历了认识摆、操作摆、验证摆、总结摆的运动的过程。

再如，教学苏科版教材五年级上册《电磁铁》时，在探究电磁铁磁性大小与什么因素有关的实验中，教师引导学生探究线圈的匝数、电池的数量、铁芯的粗细等对电磁铁磁性大小的影响。教师给学生提供不同数量的线圈匝数，让学生找出电磁铁磁性大小与线圈匝数之间的数量关系;通过增减电池数量，了解电流大小对电磁铁磁性大小的影响;通过更换粗细不同的铁芯，探究其对电磁铁磁性大小的影响。

有结构的材料，有效支撑了控制变量的实验。通过实验，直观和抽象、理性和感性相互补充，有利于学生内化获取的新知识。从学习的角度来看，组织科学活动是基于思维与实践共生的一种有意义的活动。思考源于对实践的认识。教师通过创设情境，引导学生广泛联想、产生疑问、合理猜测，将“为什么”的问题转化成“怎样做”的问题，进而产生求证行动，用事实、数据对思考进行验证，证明思考的正确性。“摆运动的快慢与什么有关”这个问题，催生了学生验证的动机，而验证的结果可有效促进学生思维的发展，升华实践的内涵和意义，实现高效学习的目标。

2.材料的多元化

知识只有在特定的情境中才能变得鲜活。兰本达教授提出“材料引起经历”的观点，认为具有科学性、层次性、启发性的材料，可以提升学生学习的积极性，对培养学生的发散性思维非常重要。

例如，笔者曾听过两节教学苏科版教材五年级上册《光的反射》的课，其中一位教师的教学过程如下：竖立一个靶—用普通遮挡物遮挡竖立的靶—用激光笔射向靶，靶被遮挡物遮挡—遮挡物倒下，激光笔的光线射向靶，认识光沿直线传播—认识光的反射—认识入射光和反射光都沿直线传播—认识潜望镜。这样用材料支撑教学，课堂活动更立体、更鲜活。而另外一位教师则采用了解暗盒的方式，让学生认识光的反射：用多媒体出示一个黑色盒子，抛出问题“激光笔从A孔照射，光线会从哪个孔射出来”;学生推测光线从B孔射出，但实验显示光线从D孔射出，由此产生认知冲突;学生分析原因，先通过设计图的差异，明确镜子的作用，然后利用空盒子从实验盘中选择材料进行验证;学生都选择了镜子，没有选择布片、纸片、铜片、塑料片、砂纸等材料;教师提出疑问，让学生选择其中一种材料替换镜子，观察光线的照射效果，从而认识其他材料也能反射光，但效果不同。

同一节课，虽然课堂中呈现的材料各不相同，但是教师都有意识地利用这些有结构的材料为学生的探究活动做铺垫，让学生在实践中体验科学、在思考中深化认知、在体验中提升素养，构建指向思维和实践共生的科学课堂。

二、有结构的设计，搭建指向思维和实践共生的课堂框架

1.设计的结构性

在设计方案的过程中，教师要从多个角度入手，准确预设学生研究的课题方向，深入分析每个学生的实际情况，以最坏的研究结果来预设研究方案，使课堂教学灵动、和谐，学生的思维活动达到理想状态。

例如，教学“核桃碎了”这一实验时，教师通过“如何利用10 mL的水弄碎核桃”这个问题，组织学生开展探究性学习。为了支撑研究，教师先通过粗细不同的注射器中10 mL水的对抗，引导学生发现力量的差别。借助数显式测力计，学生通过数据明确粗细不同的注射器中10 mL水的力量差异。然后，教师从手拿注射器压核桃到固定注射器压核桃，让学生感受单独的注射器在实验过程中出现的问题，从而引入注射器液压装置，突出其在实验过程中的优势，让学生改进材料装置，完成学习任务。在活动设计中，教师充分考虑了学生探究实验时可能出现的问题，循序渐进地引导学生逐步解决问题，完成项目的学习。

再如，教学苏科版教材一年级上册《球会怎样滚》一课时，教师提供一个轨道，让学生思考“不提供力，如何让球滚起来”的问题，学生建议将轨道倾斜。教师找来一个底座，与轨道形成一个斜坡，让学生思考“球在轨道上滚动可能与什么有关”的问题。围绕坡度大小、球的位置、球的大小三个方面，教师首先在15°角、30°角、45°角的斜坡上演示球滾动的情况，得出球滚动的距离与坡度有关;接着，在60°角、80°角与45°角的坡上演示球滚动的情况，得出“不是角度越大，球滚动得越远”的结论。对球的位置、球的大小对球滚动的距离的影响，教师让学生尝试预测并设计实验。整个教学活动，教师的教学思路如下：一个坡的探究活动—有底座的坡的探究活动—不同角度的坡的探究活动—V型坡的探究活动—从一个球的滚动情况到多个球的滚动情况的探究活动—从牛顿摆一个球的滚动情况预设到牛顿摆多个球的滚动情况预设。有结构的活动预设支撑起立体的研究活动，教师引导学生充分研究球滚动的情况，打造了指向思维和实践共生的科学课堂。

2.设计的程序性

科学探究活动可以使学生在40分钟内经历一个完整的研究过程，即经历提出问题、猜想假设、实验设计、分析数据等过程，从而培养学生分析与综合、归纳与概括的能力，深化学生对知识的理解。例如，教学苏科版教材四年级下册《摆》时，教师提出问题：“摆的运动速度与什么相关？”学生猜测摆的运动速度可能与摆线、摆锤和振幅有关。教师给学生提供不同质量的摆锤、不同长度的摆线等材料，让学生通过对比实验，分析得出摆的运动速度与摆线的长度有关，与摆锤的质量、振幅没有关系。

对工程设计类的课程，教师可以先通过多媒体让学生体验工程人员的研究过程，如前期研究、设计方案、制作模式、测试改进等，然后尝试动手操作，培养学生综合运用知识解决实际问题的能力。例如，教学苏科版教材五年级上册《小电路工程师——楼梯篇》时，教师提出课程学习目标：设计一个合理的楼梯开关。学生在初步设计后发现，自己的电路开关会出现“一人上楼后，别人就不能开一楼的灯”的问题。为了解决这个问题，学生完善设计，但又出现了“一楼、二楼的灯不能循环亮，而是一次性亮或灭”的问题。学生接着对问题进行分析，不断完善设计，经历了“一个开关控制灯泡的两个开关—一个开关分别控制灯泡的两个开关—两个开关同时控制一个灯泡的亮和灭”的过程，最终解决出现的问题。整个研究过程始终抓住学生的认知冲突，利用反复改进的迭代设计来解决问题。

为了让探究活动更有计划、更有针对性，教师可以按“设计方案—制订评价标准—完善设计—动手操作—评价—改进”的顺序设计活动，让“思”始终走在“做”之前，指导“做”的方向，使课堂教学更高效。

三、有结构的活动，支撑指向思维和实践共生的课堂整体

1.活动的关联性

教师可以通过有逻辑关系的活动设计，层层铺垫，环环相扣，让学生始终处于做中思、思中做、做思共生的氛围中，以提高课堂活动效率，打造高效的“做思共生”课堂。

例如，教学苏科版教材五年级上册《光的反射》时，教师围绕激光笔打靶来展开教学：直接射靶，让学生感受光的直线传播;先引导学生思考如何观察光的直线传播，然后用烟雾持续射击，通过烟雾的运动轨迹展示光沿直线传播的路径;增加难度，遮挡靶，但仍要打中靶心，让学生想办法解决问题;引入小镜，通过光的反射原理打中靶心，使学生明白入射光线和反射光线都是沿直线传播的;固定激光笔打靶，引导学生思考如何在入射光线与反射光线各不相同的情况下打中目标;增加一面小镜，分组试验，进一步认识光的反射现象，为引入潜望镜奠定基础;提高难度，让学生思考如何看清远处盒子里装的东西;学生通过镜子的反射看清盒子里的东西;引入两面镜子，降低观察难度，介绍潜望镜;通过潜望镜的体验活动，进一步拓展学习光的反射知识。

在课堂教学过程中，教师逐级设计打靶任务，让学生如同玩闯关游戏那样完成阶梯任务，解决一个个新问题，从而理解与掌握光的反射知识。

2.活动的层次性

通过不同层次的活动设计，有针对性地进行活动指导，更容易把控课堂的动态生成，使课堂动静结合、节奏流畅，学生更积极主动地学习。

例如，教学苏科版教材二年级下册《磁铁的吸力》时，教师先利用观察到的现象引入研究问题“磁力是怎样减弱的”，然后借助电子秤、螺杆和磁铁，让学生观察实验情况。教师按照“一块磁铁磁力减弱的情况—一块与多块异性磁铁放在一起时磁力减弱的情况—多块磁铁异性磁极相间排列时磁力减弱的情况—一对相斥、两对相斥、三对相斥、四队相斥等多块相斥磁铁排列时磁力减弱的情况”的顺序进行实验，层层深入地让学生在比较实验中了解磁力是如何减弱的，以及磁力减弱受什么因素影响。

例如，笔者曾听过一节苏科版教材五年级上册《解释》的公开课，教学伊始，教师以“嚼口香糖感受口香糖在口腔中的变化”的任务，让学生描述感受。学生通过亲身体验后描述感受：“刚开始嚼的时候，口香糖是硬的;嚼了一会儿后，口香糖变软，甜味和薄荷味越来越浓;几分钟后，口香糖还是软的，但是甜味和薄荷味消失了。”教师趁机告诉学生：“这种感受是个人的真切体验，是一种事实。”接着，教师提出问题：“口香糖为什么会出现这些变化？”学生分析后认为：口香糖的糖衣可以溶解，但胶基不能溶解。教师告诉学生：“这样对问题进行分析并得出结论，就叫解释。”随后，教师让学生体验“同时咀嚼口香糖和薯片，口香糖会消失”的活动。学生通过活动讲述胶基+薯片会消失的事实，分析可能是胶基与薯片的成分发生了反应。教师告诉学生：“虽然可以通过相关信息对一个现象进行解释，但实验可以验证解释的正确性。”课程中，教师利用“单独嚼口香糖—同时嚼薯片和口香糖”的渐进性活动，加深学生对事实和解释的概念的认识。

再如，教学苏科版教材六年级上册《钢筋混凝土和现代建筑业》时，教师通过创设情境，让学生观察分析普通混凝土和钢筋混凝土的不同，为模拟制作和进行对比实验做好认知准备。在制作和测试的过程中，教师先让学生思考如何进行普通混凝土和钢筋混凝土的承重对比实验，以及实验中需要注意的细节，再让学生动手模拟制作两种混凝土砖块。学生亲历了两种砖的承重实验，了解了钢筋混凝土在抗压强度方面的优势，明白优质的材料对现代建筑业发展的重要作用，對所学知识的掌握更扎实了。

这种有结构的活动设计，由于研究活动各层次之间有逻辑关系，所以课堂教学设计得更连贯，能使学生的思考不断深入，科学思维更严密。这种层层相扣的活动，使学生的思维产生碰撞，迸发出智慧的火花。

有结构的材料、有结构的设计、有结构的活动，三者之间的有效融合呈现“思”的骨架，构建“做”的脉络，造就指向科学思维和实践共生的科学课堂，充分发挥了学生的主观能动性，最终实现了科学育人的目标。

（责编 杜 华）