提高学生认知能力

范明刚

《义务教育科学课程标准》（2022年版）指出：“立足学生核心素养的发展，以了解物质科学、生命科学、地球和宇宙科学、技术与工程领域的一些常见基础知识，并初步形成基本的科学观念为基础，以科学思维能力、科学探究和实践能力、科学态度与社会责任的培养为重点，促进学习能力、创新能力的发展，形成清晰和精准的科学课程目标。”以上课程目标的实现，离不开对小学生认知能力的培养。心理学研究表明，认知是人们对智力、思维、情感、语言的认识活动，也是人们认识、理解事物或现象，保存认识结果，利用已有的知识、经验解决实际问题的一个具有完整结构的动态过程。小学科学课程是一门基础性、实践性、综合性课程，应借鉴学习进阶、脑科学、深度学习、目标教学等研究成果，优化教学实施策略，科学创设认知活动，着力提升小学生的观察力、注意力、记忆力、想象力和思维力等科学认知能力。

一、聚焦概念建构，定位教学目标

小学科学教育应有助于学生运用大概念理解与他们生活相关的事件和现象。以《义务教育科学课程标准》（2022年版）中的大概念为切入点，进行概念的解构与建构，关照大概念之间的联系、大概念与学生头脑中原有概念之间的联系，以及大概念与下一级的一般概念的联系，将上位的大概念拆分成一系列的较为具体的概念，使这些概念的建立能追溯和连接到更为具体的经验，这就需要将目标尽可能地分层细化。例如在《声音的产生》一课的教学中，首先要定位教学目标，这节课要建立的概念是“什么是声音？声音是由物体振动产生的。物体受到外力的作用后发生振动，产生了声音，声音会沿着一定的媒介传播。”目标设定中，要对“振动”赋予具体的意义和表述，观察与分析固体、液体、气体在振动状态下发出声音的现象，总结归纳声音产生的条件和载体，为学生学习声音的传播奠定基础。

提升小学生的科学认知能力，必须尊重小学生的认知发展阶段和特点，探查学生的认知水平，洞悉孩童的构想，运用教育目标分类学理论对应科学课程标准的要求，丰富与完善小学生所应具有的“观察、提问与记忆能力”等能力结构，并运用相应的行为动词描述目标，更为细致地确定每节课的知识分类和认知过程，考虑学生的认知负荷，引领学生从低阶思维走向高阶思维，学习更有价值的知识，采用科学的方法去观察、注意、记忆、想象和思维，提升学生学习的层次和品质，同时让学生的个性、品质和情感在学习过程中得到提升与发展。

二、精选教学内容，设计学习进阶

科学源于生活，科学教师应整体把握课程标准、教材的设计思路，了解课程标准、教材在学生认知能力培养上的纵向、横向脉络以及与其他学科的横向关联，知道每堂课的教学目标与学段目标、课程目标的关系，科学定位每节课的教学目标，确定单元知识的重点和难点，分析单元知识在整个学科中的地位和作用。将教学内容切分为不同维度的学习进阶内容，关照不同环节内容的逻辑关联和难度，充分考虑学生学习的成熟程度和预期表现，使教学内容与教学方法的选择、教学活动的组织与教学时间的安排密切联系。教师可以依据学情信息，对教材做处理加工，或对教学内容、教学方法、教学策略做适切性修改，使之更适合自己的学生。

三、创设真实情境，促进观察渗透

小学生感知事物时较笼统，往往只注意表面现象和个别特征，对时空特性的知觉也不完善。小学生在4～5年级时就开始勇于发现和探索，思维的独立性和批判性增强，出现了反省思维。5～6年级的学生思维的独立性和批判性进一步增强，开始出现辩证思维，形成了理智的自我意识。科学教师要准确探查学情，了解学生的前概念和已有的认知水平，找准教学的起点，创设有利于学生综合运用知识解决真实问题的问题情境、生活情境、文化情境、训练情境，让学生调动多种感官观察、体验、实践、思考，做到动手与动脑有机结合，获取第一手证据与信息，形成科学的思维方式。学生通过观察科学现象，产生认知冲突，原有的认知结构在“同化”过程中、量变中调整“顺应”，从而使认知得以质变，科学思维能力也获得提升。如教学《声音的产生》一课时，难点是“如何解释声音可以在气体中传播”，教师可以出示一个薄膜，在上面放一个泡沫小球，先让学生敲击音叉，提问学生看到了什么。学生说：“看到了小球在动。”教师追问：“为什么小球在动？”学生说：“因为塑料膜在动，塑料膜的振动引起了小球的振动。”教师再次追问：“塑料膜为什么在动？”学生说：“音叉在动，音叉的振动引起了塑料膜的振动。”教师第三次追问：“音叉接触塑料膜吗？它们之间有什么？”学生很自然地说：“音叉和塑料膜之间是空气，音叉振动后，先引起空气的振动，后引起塑料膜、小球的振动，说明了空气振动也能发出声音。”这样的情境创设，有效训练了学生的视觉观察与知觉、注意与记忆、交流与思维能力。

四、问题驱动探究，展示思维成果

问题是科学探究的驱动器，高质量的问题精准定位思维靶心，是学生思考和探究的集中点，是能够聚焦课堂核心知识、整合教学内容的关键点和重难点，是具有一定思维深度、有空间、能聚焦、有深意的问题，多蕴含于真实情境中，易于引发学生的认知冲突，触发学生思维的核心问题，有利于学生的科学思维发展。

科学教师要充分尊重学生的生活经验和知识经验，遵循学生的认知规律以及思维发展顺序，抓住学生理解和应用知识的关键，提炼有阶梯性、探究性、生成性、现实性、有趣性、挑战性的核心问题，构成问题链条或问题串，融合运用提问法、讲授法、演示法、情境教学法、小組合作探究法、启发式教学法、探究式教学法、直观教学法，观察实验，巧妙指导学生在探究式学习中分析问题、解决问题，并在此过程中运用思维导图、流程图、概念图、鱼骨图等思维可视化工具展示学习成果，及时获取事实反映出的现象和数据。学生在探究核心问题的过程中既需要调动以往所学知识解决问题，又能在探究的过程中不断应用习得的新知识。对于学生提出的科学问题，要进行分类与梳理。例如，教学《声音的产生》一课时，教师对学生提出的五花八门的问题，要做逻辑顺序的分析，比如如果没有研究声音的产生，就没法研究声音的传播。师生理顺问题的逻辑顺序，有助于学生科学建构声音产生的概念，从而真正学会科学地提问题。

五、优化教学模型，完善发展机制

科学教师应优化主题活动、问题探究、任务驱动、网络环境、思维导图、翻转课堂等教学模型，尽可能使用有趣味性的教学课件和辅助性的图片、視频，将观察力、注意力、记忆力、想象力和思维力等基本科学认知能力镶嵌在学生的学习过程中，通过多种手段和方法激发学生观察的兴趣，为学生提供详细的观察步骤，帮助学生养成细致观察、有意识地计划自己的行动的习惯;通过统筹学习环境，不断地给予学生提示、暗示与鼓励，培养学生的注意力，引领学生在充分的感知与体验过程中对知识进行意义建构;通过运用联想，认识理解所记忆的材料，注重新旧知识的联系，让学生透过事实性知识走向感悟和理解科学本质;鼓励学生注重通过自我思考来认知事物，形成完善的认知模式，并将科学概念迁移运用到对问题的分析、理解与解决中，并及时反思与动态改进自己的认知行为。

要在认知发展理论及认知负荷理论的指引下，以现有的教材为依据，根据各学科的特点及学生认知活动的特殊性与差异性，从学习进阶、情境创设、观察渗透、问题驱动、思维可视化、教学建模、课程供给等方面完善教学方法体系，提升学生思维品质，以此达到提高小学生科学认知能力的目标。创设认知活动的时候，要注意学科关联，倡导跨学科学习方式，比如科学学科可以为其他学科做贡献，其他学科也可以为科学学科做贡献。尤其是数学、语文、综合实践活动等课程，要注意跨界资源的整合，比如科学探究中的数据处理、模型建立都离不开数学，而语文学习中的观察日记等都与科学密切关联。

六、多元学习评价，提升认知能力

科学教学评价必须做到主体多元、方式多样，不仅有以教师为主体的测评，还要有学生的自我测评、相互测评，以及家长对学生的测评。不仅要有终结性的测评，更要有过程性的测评;不仅要有量的测评，还要有质的测评;不仅要有纸笔形式的测验，还要有活动、实验、项目报告等多种方式的测评。各种形式的测评相互补充，才能较为全面地评估学生的认知能力水平。

过程性评价中，要进行学情诊断。学生的认知过程受其原有的知识、经验和认知结构的影响，因此有必要在教学准备阶段进行学情诊断，让学生和教师了解学习的出发点在哪里。学情诊断有多种方法，如测试、访谈、让学生画思维导图或概念图、观察等。通过对各种方法得到的学情信息具体地描绘学生学习的出发点，同时也是教师组织教学的重要参考。学生要在了解学习目标的基础上，将目标与出发点进行对比，明确学习方向。教学过程中教师对学生评价的重点是：学生对正在进行的学习活动是否感兴趣，是否有足够的投入;学生的思考过程是否合理;学生当前的水平与学习目标之间的差距;学生存在的学习困难及导致困难的原因。

教师在教学过程中对学生进行评价的常用方法包括对话、提问和追问、观察、检查作业等。进行评价时，教师应让学生有机会展示他们的想法和做法，这是提高评价效度的重要保证。教师在评价中获得的信息主要用于诊断学生在学习中存在的问题，应及时将有关信息反馈给学生，以达到学习的目标。

学生的自评和互评是认知能力的重要组成部分，重点评价对学习的任务和目标是否有清晰的认识;对学习是否有强烈的动机和足够的努力;学习的方法是否合理;是否达到预期的学习目标，是否满意自己的学习效果;其他同学的想法、做法、学习方法和效果是否更为合理有效，哪些地方值得自己学习借鉴。

通过提升小学生的科学认知能力，有利于促进小学生形成科学观念，实现真正的理解与自我建构，主动探寻知识的价值与意义，进而在应用迁移中将所学概念内化为科学素养;有利于强化探究过程的体验，从而真正经历像科学家一样的探究历程，实现智慧的复演;有助于小学生运用知觉、注意、记忆、学习、思维、决策等方法，对现象与事实进行分析综合、抽象概括、推理论证等，培养小学生的证据意识和形象思维、抽象思维、创造思维和直觉思维能力，激发小学生的积极思维意识;有助于帮助小学生涵育科学态度与责任，保持或延长探究兴趣，提高攻坚克难的勇气和持之以恒求索真知的科学精神，引领小学生养成良好的学习习惯，促进小学生之间的合作与交流、质疑与多角度思考，从而担负起保护环境、人地和谐等方面的社会责任。

【本文系山东省教育科学“十三五”规划2020年度课题“小学生科学认知能力提升与教学策略实施研究”阶段性成果（课题编号：2020ZBYB001）】