低年级段小学生科学认识特点和教学建议

叶宝生， 曹温庆

(首都师范大学 初等教育学院， 北京 100048)

我国2001年颁布的小学科学课程标准针对的学段是三年级到六年级[1](文中称为旧课标)，而2017年颁布的课程标准是从一年级到六年级[2](文中称为新课标)。新课标将低年级段包括进来，是出于什么考虑？特别是在执行旧课标时，教材编写、教师的教学体验都是针对中年级段(三、四年级)和高年级段(五、六年级)，大家面对新课标对低年级段学生的要求，如何理解这个年龄段小学生的心理发展特点和把握科学认识特点进行有效教学？这成为一线教师面临的重要问题。

在新课标颁布以后，接受挑战的首当其冲是一线小学科学教师。他们必须开始教授低年级小学科学课程。在这个过程中，小学科学教师进行了教学实践和教学研究。从发表的文章看，在低年级小学生科学观察、科学探究和科学思维等几个方面有很多思考。如张婵老师的“小学低年级科学课堂观察的有效性提升分析”[3]，邵巍、叶蓓蓓老师的“小学低年级科学探究性学习策略实践与研究”[4]，王子羊老师的“小学低年级学生科学思维的培养策略”[5]。这些老师实践研究的一个共同特点是基于教学经验的探索，可供实践借鉴，但同时具有很强的主观性和零散性。但是小学科学教育研究者却鲜有深入思考和相应的研究，难以提供低年级小学生的明确科学学习特点，难以提出清晰的教学策略。

本文试图在分析低年级小学生心理发展特点的基础上，阐释他们在科学学习中心理特点，针对这些特点提出教学建议。

一、低年级段小学生的语言发展特点

语言是一种受生理结构影响的人类特有的能力。儿童的语言包括听说与读写，也就是口语和书面语。这两种语言能力的发展路径不同。口语是在社会交往中很自然地学会的：儿童借助言语中内含的大量手势和环境来理解他人的话语；并且从他人那里获得自己言语被理解的立刻反馈；没有必要追求完美无缺的句子，因为不完整的句子常常足够让他人猜到儿童要传达的意义。与口语不同的是，读写能力不是人类内在整体的一部分，而在我们物种的历史上出现得相对来说比较晚。因而它是一种文化成就。听说是人类进化的内在独特功能，可自然学会；读写是人类的外在技能，需要特别训练[6]。

儿童借助环境信息、手势、体态，使用口语表达自己的想法，而且能使他人听懂。同样情况，也能听懂他人的表达。尽管是“蹦词”式的，不具有严格语法规则。可以用口语表达以“类”形成的概念，但概念词往往具有比喻性或模拟性的自造式。可以用口语表达做事规划，即脚本构建，但规划在全面性和顺序性上存在缺陷。对于读写，是呈现在书本的符号，这些符号表征儿童所认识的客观世界。学生首先要将这些符号与客观事物建立固定联系，其次就是理解这些符号的意义，然后学习书写这些符号，再将这些符号赋予声音表达。这些能力都是后天获得的，因此，读写比较困难，需要不断训练。

低年级小学生的语言发展，正处在口语可以达到听说理解，但语句不完整；书面语作为文字表达，面临很大困难，正在训练发展。科学，从本体上看是关于自然世界的认识成果，表现为具有很强逻辑关系的知识体系。不论从科学结论的规范表达，还是阅读与理解科学知识，低年级小学生都需要付出很大努力。这也就是旧课标没有从低年级开始要求进行科学学习的原因。

二、低年级段小学生科学认知特点

认知指知识的获取和应用，科学认知意味着学生学习获得科学知识和运用科学知识。小学生进入学校开始接受正规的、系统的教育，低年级小学生处于最初阶段，也是非常重要的适应、过渡阶段。教师必须了解他们的科学认知特点。这里从皮亚杰和维果斯基关于儿童的认知特点进行讨论。

在皮亚杰的眼中，儿童是“小科学家”[7]。他认为儿童对他们的环境怀着浓厚的好奇心，对周围的世界想要探索和研究。但他们不是随意去做的，而是通过选择与已有的心理结构相一致的经验，利用经验将事物与自己的想法进行积极的探索，通过对事物的感觉与想法的一致性，建构自己的知识。如冬天要穿厚棉衣、夏天穿薄衬衫，这个时期的儿童会探索认识到厚衣服保暖和薄衣服凉快的科学道理。因此，儿童就像“小科学家”一样，通过实验来使他们的新经验富有意义，并把此经验纳入他们已有的理解方式中。如果不行的话，他们就会扩展已有认识或创造新的理解方式。如夏天可以用棉被裹住冰块，防止冰块融化。又进一步认识到厚衣服、棉被的作用是隔热。

在维果斯基的眼中，儿童是“学徒”[8]。他认为任何智力技能的形成首先通过和成熟的成年人的交流，然后儿童将其内化。如热水会烫伤皮肤，成人要指导儿童喝热水要先稍稍触摸一下杯壁或舌头轻试，水温合适再大口喝。儿童经过自己体验，才可以把握自己适宜的水温程度。儿童在独立之前，必须依赖他人的帮助。开始的时候，儿童可能并不理解他们所面临的任务或是需要达到的目标，这时成人必须解释和引导，孩子只能跟从和效仿。维果斯基强调，儿童的认知发展在根本上是从人际间的智力交流到个体本身的智力发展的演变。

从皮亚杰和维果斯基对儿童的观点看，儿童既像科学家那样对自然世界具有好奇心、具有自己的探索性，又具有像学徒工一样需要在模仿和指导帮助下的学习成长性。对于低年级段小学生，具有自由探索的天性，也具有无目的性、随意性和情绪性，需要大量的模仿性学习、指导帮助性学习。

三、低年级段小学生感知觉和思维特点

为保持科学教育的延续性，新课标从一年级开始到整个小学阶段的六年级，既要保证科学教育的延续性，又要保证有效学习的可行性，新课标的要求上，科学内容相对浅显，课时安排上每周一课时(中、高年级是每周2课时)；但更重要的是对这个阶段小学生感知觉和思维特点的把握。

小学生在感知觉上具有一个特点是突出明显特征性[9]，在低年级小学生中表现出感知的单一性，即对具有综合性特征的具体事物，他们只感知多特征事物的某一种明显特征。如对月相的认识，常常表达出“月亮是圆圆的”和“月亮是弯弯的”。由于没有经过正式的观察训练，他们对事物的感知具有模糊性，即对一事物多种特征关系感知混乱。如对蚂蚁的认识：蚂蚁有头、胸、腹三部分，胸上有三对足。学生往往认为有头和身体，而不是三部分；三对足可能画在身体上任何部位。低年级小学生的感知还具有跳跃性，即从一个事物或某种特征的感知突然变化到另一个或另一种，会偏离观察目的。如观察西瓜，当看西瓜的外形是球形的，上面有深浅不同的绿色条纹，会忽然喊出来“西瓜上有一个小疤”。另外，这个年龄段的学生情绪性很强，感知事物还受情绪影响或引导，就是感知的情绪性，也就是由兴趣导致对观察对象的选择和分类标准的确定。如”校园寻宝”，学生们会带回石头、羽毛、树叶、昆虫干尸等，当他们解释为什么选择这些事物，他们的回答是：有意思的、漂亮的、特殊的……。

低年级小学生的思维，也是表现在科学概念学习和科学方法学习中。对于他们来讲，是要将大量的客观存在物的形象与表征它们的符号建立对应关系。这里面就必须讨论儿童的语言与概念获得的关系。儿童观察科学事物，获得事物的形象，将其存储在大脑中就是表象。心理学中所谓的表象，就是头脑中存储的感知过的事物的形象。儿童将头脑中的表象用某种方式表达出来，即达到符号表征。符号表征就是用一种符号代表一个事物或一类事物的能力。语言只是一些声音或元素的组合，但却是最常见和最有效的表征事物的方式。学生会对观察对象的特征进行比较，发现某些事物具有的共同特征和与其他事物的差异特征，这样可以对事物进行分类和归类。分类是以某一个共同特征将一些事物划分为一个集合体，归类是通过辨别、识别将一个个别事物划归到对应的集合体中。事物具有特征，也具有属性，低年级小学生的比较主要是特征比较和单一因素变化的比较。这时学生获得的概念是将具有相同特性的东西集结起来，而集结的结果形成概念。儿童用语词表达概念，在概念的形成中发展语词能力。对于低年级小学生，所获得的概念的意义是：概念能将这个世界切割成可以掌握的范畴；帮助儿童以有意义的模式组织他们的经验，有效地存储这些经验，了解新的经验。对于科学方法的学习，就是心理学上所谈的“脚本建构”[10]。所谓脚本构建就是对一些例行活动或具有规律性事件的预测性构思或安排。在认知方面，所有关于这个世界的信息都以脚本这种心理结构来组织，即以流程形式组织；脚本也被当作是更复杂、更抽象的认知技巧的基础。在社会性方面，脚本提供一种可以和他人分享有关这个世界知识的方法，也就是做事方式。儿童可以有机会和别人交换经验，从他人的描述中学习经验，即相互学习做事的方式。对于科学学习来说，就是低年级小学生不只要获得科学概念，还要学习获得科学概念的方法，也就是观察实验的方法。学会科学思考问题和解决科学问题的方式。这种学习体现在脚本构建中，或者说只是初步的科学探究流程设计学习。

四、教学建议

(一)以听说为主，指导读写，学习运用科学术语进行科学表达

低年级小学生在科学课上要进行大量的科学观察。当小学生对观察结果表达的时候，往往使用具有比喻性的生活语词。如观察“西瓜”，会说西瓜有一个“小把把儿”“小棒棒儿”；观察“树叶”，说树叶上有“小道道儿”“小纹纹儿”。学生的任务是去学习符号和所指之间的关系，而积累起他们自己的表达词汇。语言是学生与他人交流的重要工具，也是与他人分享知识和经验的重要手段。因此，语言学上要求，每个社会成员间必须达成一致如何指称事物。就儿童学习说话而言，有必要认识到应正确使用事物的名称。对于科学学习来说，就要使用准确的科学术语指称科学事物。西瓜上的“小把把儿”“小棒棒儿”，应明确给出科学名称“果柄”；树叶上的“小道道儿”“小纹纹儿”，是“叶脉”。这时的科学语词就是最初的科学概念。科学概念是对科学事物最明确的概括。科学概念具有两个要件：一是指向确定的科学事物；二是具有可以被证实的科学意义[11]。低年级小学生对于“果柄”“叶脉”所具有的意义完全可能是不知道的，会随着以后的科学学习逐渐理解其内涵，但是其对科学对象的指称是清晰的。对于小学生，尽可能应用科学概念术语。儿童的科学概念意义是浅显的，甚至不清楚其意义，但至少具备统一性和明确的指向。

由于低年级小学生基本具备了听说能力，但读写困难。教师在指导学生观察的时候，要将对观察的要求，呈现出文本让小学生读；在表述观察结果的时候，根据学生的“说”，教师要板书为科学术语，带领学生读。也就是说，科学课上，学生听说、教师写、学生读，即科学教师对小学生也要进行读写训练，当然是具有科学意义的读写训练。

(二)模仿与探究结合进行科学学习

皮亚杰主张儿童与环境相互作用，以建构个人对客观世界的认识，即个人建构主义；维果斯基倡导儿童在成人的帮助下，通过交流和社会性集体活动产生内化发展智力，也称为社会建构主义。现代儿童教育观是将两者结合起来，也就是将皮亚杰的个人建构和维果斯基的社会建构相结合，换句话说，是将以自我探索为主的“小科学家”方式和以成人指导为主的“学徒”方式结合起来。对于低年级小学生来说，后者的比例更大。在教学中，首先要给学生指定或明确学习目标，使用有效的辅助手段，提供学习资源，示范指导、模仿练习，学生获得活动体验。接下来，在体验学习环境下产生疑问，激发学生自主探究的兴趣和欲望，在探究过程中进一步展开知识学习。最后还要求教师帮助和引导学生进行深入探讨，获得知识和应用知识，促进儿童认知高效发展。

如小学科学一节课，“折纸飞机”。首先要指导学生学习纸飞机具体的折叠方法，或者在老师的示范下学生模仿老师进行折叠。在飞纸飞机时，学生去体会如何投掷，同学间相互观摩、相互学习、不断调整和尝试，这个阶段是学生自主思考和学习。在这个过程结束，教师一定帮助学生深入思考，“纸飞机为什么能飞？”“为什么最后落下来？”。教师要提供直翼飞机的视频或图片，对比发现现代直翼飞机的飞行原理与纸飞机是一样的——机翼与空气作用会产生升力、发动机提供动力使飞机持续飞行。这样在教师的帮助下，学生通过原初技术理解高技术，使学生获得更深层次的认识。

再如学习植物，让小学生种植植物，首先要指导学生选择器皿，如纸杯、塑料盒等；选择土壤、种子；浇水水量、置于阳光处等。学生根据要求种植，自己去把握各种情况。学生对自己种出的小植物非常精心呵护，自己也非常欣赏。当小苗长出后，大家展示、相互观摩介绍，会发现有的同学的小苗长得粗壮挺拔，有的弱小纤细。学生会产生疑问：是种子不同、还是土壤肥力不同、或是水量多或者少……教师要引导学生讨论：不同种子会呈现出不同的小苗，这是由不同植物的特性决定的；种子萌发生长，需要适宜阳光、水、温度和营养等。通过模仿性的学习活动，学生自己进行体验，在教师引导下进行讨论分析，获得对种子萌发和成长的深入认识。

(三)注重学生体验，从感知觉向科学概念发展

从心理学阐释的认识过程看，人类从感知觉开始，将从感觉器获得的信息存储到脑中，也就是记忆，然后是对头脑中记忆信息的转换和应用，即思维。科学学习，儿童不管是观察具体科学事物，还是科学现象，或是科学变化过程，都是从感知觉开始的。小学生的科学学习高度依赖感知觉。对于低年级的小学生更是这样。同时低年级小学生对科学现象的思维加工又是最初级的比较和分类，获得由一类事物的共同特征确定的类概念，再进一步判断一个具体事物属于哪一类，即归类。因此，对低年级小学生科学教学，教师要明确科学事物的特征和属性的感知觉特点，让学生充分进行感知觉，以此为基础进行比较分类。所谓特征和属性的感知觉特点是指不同的具体的特征和属性是由对应的感觉通道获得的、形成对应的感知觉判断。如颜色、形状，是由人眼视觉获得的，而对看到的物体判断出是红色的“玫瑰花”，就是视知觉。听到“汪汪”的声音，是由耳朵的听觉获得的，判断出是“狗”叫，已经将声音的音色与具体事物建立了联系，是听知觉。可以体会，感觉是由感觉通道获得的单一属性，知觉已经是对多种感觉整合在一起形成对事物的整体认识，也就具有了基本的思维加工。另外，感觉整合不只对应感觉器官的感觉分析器形成对应知觉，还会形成其他对物和对人的不同形式的知觉，如空间知觉、运动知觉、时间知觉等。

如“力”概念的学习。在小学低年级段安排“推力与拉力”和“力可以改变物体的形状”，中年级安排了“力可以使物体运动或停止物体运动”。我们首先要明确：推力和拉力是人的感觉，属于运动觉。感觉来自于外部刺激，称为外感觉，包括我们熟悉的视觉、听觉、肤觉等；感觉刺激来自于人的身体内部，称为内感觉，包括运动觉、平衡觉和内脏觉[12]。其中运动觉是人体组成部分发生相对移动和肌肉紧张的感觉，如挥臂、抬腿、弯腰等，同时肌肉的感觉就是“力”。因此，伴随着各种动作，就会感觉到各种力——推力、拉力、蹬力、握力等。在教学中，要让学生充分体验自己力的感觉，即进行推、拉等各种活动。在充分感觉的基础上，让学生观察推土机推土、火车头牵引车厢，判断推土机对土产生推力、火车头对车厢产生拉力。这时超越人的感觉，将“力”拓展到生活情境中，达到运动知觉。运动知觉是人对人体以外物体运动或静止和运动快慢的反映。这样，感觉的“力”发展到知觉的“力”。再帮助学生分析，推土机推土，土也反向推推土机；火车头拉车厢，车厢也反向拉火车头，建立科学概念的“力”，即力是物体之间的相互作用。这是后面再深入学习力的作用效果的基础。

再如“自然世界与人工世界”的学习。安排学生观察树木森林、木材加工成桌椅；养蚕吐丝、剥茧抽丝到丝绸衣物；棉花、纺棉到成衣。在对自然存在物和人为加工物之间关系充分感知的基础上，理解各种各样的自然物构成的是自然世界、各种各样的人工物构成人工世界。通过感知自然物和人工物之间的关系，对两种事物作出分类，建立“自然世界”和“人工世界”概念。建立概念后，会进一步应用概念，这是深化概念的重要环节。教学中，会要求学生对校园环境或旅游环境中存在的物体进行归类，即判断它们属于自然世界还是人工世界。需要注意，由于低年级小学生“写”的能力弱，全班范围说，又会抑制很多学生的思考，这时要对分类、归类的判断采用匹配、配对、是非判断、选择等方式进行练习[13]。

总之，教师要深入理解感知觉特性，帮助低年级小学生基于充分的感知觉，进行比较分类学习，获得最基本的科学概念。

(四)注重观察方法，从脚本构建向科学探究学习发展

从教育角度看，儿童进入学校学习，成为小学生，开始正式接受学校教育。低年级小学生从一年级开始，就要适应学校作息时间安排和学会遵从学习计划规律。逐渐形成良好学习习惯、清晰的自我意识、较好的自我控制能力。从心理发展角度看，这时的小学生在头脑中要进行脚本构建。所谓脚本构建就是学生对做事的计划和规划。脚本构建是学生做事的基本依据，也是与同伴交流的重要方式。以流程形式构成脚本，让儿童有效地和别人交换经验，同时从他人的描述中学习经验。脚本构建在认知学习和社会性方面都很重要。从科学学习角度看，脚本提供一种获得科学知识和应用科学知识的方法。具体表现在科学观察方法的使用和对观察流程的计划和实施。这也是中高年级科学探究活动的基础。科学观察是具有目的的，为实现目的就要具有计划，为完成计划就要付出意志努力。否则就是生活中对科学事物或现象的零散感知。因此，在教学中，进行科学观察前一定要有明确的目的，尽管低年级小学生一般都是特征观察。然后作出观察计划，让学生说出观察流程：先全面观察，获得对事物的整体认识，再精细观察，对观察对象有更深入的理解，教师帮助进行修正并将正确流程板书，形成文字表达，也就是示范“写”，培养学生写的能力。最后，进行观察，将观察事物的特征由学生说出来，学生“写”有困难，教师要板书记录，帮助学生“写”，然后锻炼学生“读”。对于逻辑推理，要重视“写”和“读”逻辑判断过程。通过这个过程，不断学习观察方法，获得科学学习方式。

如小学低年级科学课“观察西瓜”，观察目的是“西瓜是什么样的？”，即观察西瓜的特征。先由学生说，如何去观察，教师帮助调整且板书。先看西瓜的外观，再剖开看西瓜内部，对于西瓜可以看，也可以闻和尝。外观观察就是整体观察，内部观察是精细观察，可以提供放大镜看西瓜瓤的颗粒。观察获得的结论，学生逐一说出来且相互补充，教师用科学术语写出来并让学生读。这样，获得观察流程学习和观察结果学习。

再如观察“水”，给学生一杯水，用各种感官去观察，会发现水是可以流动的、水是透明的、水是无色的、水是无味的。这样用归纳的方法得到一个联言判断，即水是无色、无味、透明的液体。然后提供“水”“白醋”“牛奶”“油”“可乐饮料”等，由学生判断哪个液体是水，哪个不是。有颜色，如“可乐饮料”，不是水；有气味，如“白醋”，不是水……当有一个特征被否定时，则该液体不是水；当几个特征都满足时，才可判定该液体是水。这个过程包括联言判断的获得和联言判断的应用。学生可以说出自己是如何作出判断的，教师要将学生思维过程写出来，并要求学生“读”。其中隐含着逻辑思维训练，即对于由综合性特征构成的事物，这些特征全满足可以判定为此事物；若一个特征不具备则可以获得否定判断。这也就是根据联言判断的逻辑特性进行的演绎推理，是对推理方法的学习和运用。▲