解读科学思维的三个重要维度

◇赵燕娜（浙江：杭州市钱塘区钱江小学）

一、科学思维概述

科学课程要培养学生的核心素养，核心素养内涵包含了科学观念、科学思维、探究实践、态度责任。其中，科学观念是基础，科学思维是核心，探究实践是途径，态度责任是方向。

胡卫平教授说：思维方式特别重要，我们国家在科学教育中培养学生，最大的问题就是没有很好地培养学生的思维，其中最核心的是：思维方法。

喻伯军主任也说，科学思维是核心和关键能力。科学思维，课标的定义是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。科学思维目标包含基本思维方法目标和科学课重要的思维方法目标。将分析与综合、比较与分类、抽象与概括、归纳与演绎、联想与想象、重组思维、发散思维、突破定势等基本思维方法在科学领域的具体应用，作为基础的教学目标；把培养模型建构、推理论证、创新思维作为重要的教学目标。

二、科学思维三个重要维度

（一）模型建构

课标这样定义模型建构：以经验事实为基础，对客观事物进行抽象和概括，进而建构模型;运用模型分析、解释现象和数据，描述系统的结构、关系及变化过程。

建构模型应该是既能解释真实情境，真实情境又可以抽象为此模型，这个模型也能证明相关理论，理论也支撑此模型的建构。模型建构应该体现一个过程，是以解决真实情境的问题为目的，通过对模型的认知和学习，建构起认知发展的科学思维能力。模型建构也应该是探究实践的过程中的建构，体现于核心素养形成的整个过程。

曹宝龙特级教师认为，模型建构特别重要。模型就是用来解释科学现象的，把科学主要的东西讲清楚，把次要的东西都扔掉。胡卫平教授认为：模型建构是抽象概括的结果，就是在真实情境里怎样建成一个模型，而这个模型建构我们国家的学生是最差的。我们国家的学生比较擅长给一个模型，代入公式去做，但是碰到真实情境的问题，就不一定会做。

所以，培养模型建构思维是一件非常重要的事，也是小学科学教学必须做的事。

（二）推理论证

课标认为推理论证体现在：基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。

这里其实有两个素养：一个是科学推理，另一个是科学论证。两个素养相辅相成，论证过程中会用到推理，推理的过程也体现了论证。论证素养，实际上体现的是批判性思维。那么，我们应如何更好地运用此类论证性思维呢？

1.抓住“论证契机”，重视“推理论证过程”

教学《磁铁有磁性》一课时，有学生基于证据提出:“我们组认为磁铁能吸引金属物质，吸引像铁一样的东西。”此时，教师不能直接出示结论，因为“科学论证”的思维过程远比“磁铁能吸引铁”这个科学概念来得重要。教师于是抓住契机追问：“金属是什么？你们认为刚才的材料中哪些是金属？”随之就有了接下去各个组之间的质疑和认同的论证过程，从而在论证中重构思维：磁铁可以吸引铁，科学家们把磁铁能吸引铁的性质叫磁性。

教师不轻易下结论，而是抓住科学论证契机，充分展开论证，这是一个很好的思辨过程。观点发生碰撞，思维循环往复，能够更好地促进学生科学思维的培养和形成。

2.基于学生“前概念”，实现“针对性推理论证”

以教学《空气有多重》一课为例。在教学的导入部分，是一个吹气球的活动：请学生将气球吹大，思考吹了气的气球有什么变化。观点一：变轻，同时基于观点进行自我论证；观点二：变重，另外三组也基于前概念自我论证原因。

针对此前概念论证过程，教师设计了两个具有针对性的论证活动：借助天平，观察充气球重量，天平往充气球一端倾斜，说明空气有重量；借助火柴，将空气质量直观化，充气球中空气的重量就是火柴的重量。因此证明了空气有重量，并通过实践得出有多重。

如此基于前概念具有针对性的论证活动，能更有效地对学生的错误前概念进行修正，获取正确的科学概念，也能促进学生“科学论证思维”的培养和形成。

3.修正“单一线性论证思维”，建构“循环往复”推理论证平台

在小学科学课堂中，“科学论证”往往出现单一、线性的思维论证现象。从教学角度来看，“科学推理论证思维”最突出的特征是多个学习主体共同参与的多边对话，思维碰撞。包括教师与学生、组内学生与学生、不同组学生之间的交互，是一个循环往复、纵横交错的论证过程，正如一个皮球在科学课堂上可以让思维交互传递一样。教学中，更强调学生基于自己的观点寻求证据、收集证据、交换证据和评价证据，进而发展自己观点的过程。

以《声音是怎样产生的》中的“是不是所有物体在发声时都在振动？”的环节论证为例。

师：是不是所有物体在发声时都在振动呢？

观点A：所有物体在发声时都在振动。

观点B：并不是所有物体在发声时都在振动。

论证：基于证据论证。

师：（演示音叉发声）有听见声音吗？

生：有。

师：有看到振动吗？

一部分学生：没有。

另一部分：有一点点。

师：到底有没有？有什么办法验证？

生：可以摸一下，感受一下。

生：可以把发声的音叉放在水中看看有无波动。将音叉先敲击再放入水中。

生：支持A，但不能说明全部。

师：的确，越来越多的证据显示，发声物体都在做重复往返的运动，都在振动，科学家经过多次研究证明，其实一切发声物体都在振动。

学生积极参与到推理论证中，当针对一个问题有不同的观点时，知道要表述自己观点、质疑别人的论点要有证据的支撑，更乐于去寻找证据，证据意识明显增强。学生的观点互相碰撞、纵横交错，形成了一张良好的集体论证网，推理论证的科学思维能力得到了培养和提升。

（三）创新思维

创新思维体现在：从不同角度分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。胡卫平说：创新思维培养，基础教育比高等教育更重要。科学创造共有七个方面，我们有六个方面低于英国的学生，我国八年级的学生整体不如英国四年级的学生。因此，在基础教育阶段培养学生的创新思维迫在眉睫。

科学学科要培养的是具有创造性的下一代，而项目式学习作为一种教学方式，在发展创新思维、培育创造性素养上具有独特功用。尤其是工程思维的培养，比如船单元、小小工程师单元。PBL（项目式学习）会有“引爆点”，能引发学生创新思维：从0 到1，从1 到n。这里的“从0 到1”即从无到有，学生面对PBL 真实情境能够提出新问题便是走向创新的第一步。完成从“0 到1”的质的跨越，接下来从“1 到n”便是创新思维能力的更高要求。

比如：教师在教学《给船装上动力》一课中创设了真实情境：春游，我们一起去杭州最美的西湖。从游船码头出发前往苏堤春晓，可是有一艘船不会动。对此，学生提出了很多创新问题：①如何设计安装动力使小船动起来？②如何能使小船到达苏堤春晓？③怎样的动力更快？④怎样的动力又能自主持续呢？⑤怎样能直线到达？等等。这就是从0到1、从1到n的创新思维的显性表现。

而PBL 教学是区别于问题型教学的，虽然两者都是以问题为平台，但形同而质不同。功能方面：PBL主要促进学生思考，是从“想”到“要”，最后到“会”的思考模式，本质是“思考的脚手架”；问题型教学，用“问题串”逐一解决教学目标，本质是“记忆的脚手架”。问题来源方面：PBL情境取自现实生活，真实、复杂、综合性比较强，甚至取自于当前社会生活急需解决的问题，如疫情下急需解决的热门问题：疫情下家用蔬菜的培育、家庭蔬菜种植园的设计与搭建、设计学校门口防疫体温监测移动房等等。所以，项目式教学复杂真实的情境往往能更全面地培养学生的科学创新思维。

三、科学思维的学段目标

根据不同年龄段学生的认知发展和思维水平，科学思维也强调进阶，在不同学段里承担着特有的学段目标任务。1～2年级是具体形象思维阶段，该阶段关注的是对具体现象、具体事物外在特征的观察、描述、比较、分类等；3～4年级是在关注具体现象和外在特征的基础上，分析现象和事件发生的条件、过程、原因等，涉及归纳和推理；5～6年级关注事物结构、功能的变化和相互关系，涉及概括、系统化等。学生思维的发展是第一考虑因素，因此，在教学设计时也应考虑学生思维进阶。

四、科学思维的教学建议

修订前的小学初中科学课标，思维方法是探究目标的一部分，在过程中就能运用创造性思维和逻辑推理解决问题，但没有明确科学思维目标。而2022年版课标将科学思维作为核心素养之一，突出了科学思维的重要性。我们在教学的探究活动中，应该更关注学生思维的发展，要引导学生反思自己的思维方式，把思维方法的学习显性化。比如课堂小结时，不仅要梳理新知识的获得，还应总结通过什么方法获得新知识，从而突出科学思维的过程。

科学思维作为培养目标的核心，在小学科学教学中的重要性得到了突出。作为小学科学教师，在基础教育阶段培养学生的科学思维任重而道远。