基于核心素养的“三位一体”科学探究实践设计

卢禹

【摘 要】《义务教育科学课程标准（2022年版）》提炼了科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四个方面的核心素养发展要求，其中探究实践强调科学教学应该聚焦综合性、实践性，培养学生的创造力和解决问题的能力。本文通过开展中学生参与科学探究实践的教学设计，帮助学生获得有价值的学习经历，推进中学生科学素养的提高。

【关键词】“三位一体” 核心素养 探究实践

自“双减”政策落地和新课程标准颁布以来，探究实践作为学生核心素养提升的重要标准之一，开始越来越多地出现在科学的教学视野当中。探究实践强调科学教学应该聚焦综合性、实践性，培养学生的创造力和解决问题的能力。在探究过程中学生通过不同的想法和观念来分析问题，并用动手和互动的方式解决现实世界的问题。基于在这些问题解决过程中获得的经验，他们能够识别模式、识别相关性，得出结论，并应用于不同的环境。相比于听讲或课本学习，学生在科学探究实践中能通过更有效的方式获得知识和技能。此外，探究实践还可以帮助学生理解不同的想法、概念是如何联系到一起的，更广泛地思考并理解不同元素如何相互联系、相互作用。

一、科学探究实践设计面临的问题

义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。科学课程有助于学生保持对自然现象的好奇心，从亲近自然到親近科学，初步从整体上认识自然，理解科学、技术、社会与环境的关系，发展基本的科学能力。义务教育科学课程改革在近十几年取得了显著的成果，科学课程中增加了技术与工程的内容。为了使课程结构满足综合性的需求，在教学中培养、提升学生的核心素养，教师需要重点攻破三大难关。

1. 设计关—如何设计探究实践内容

传统科学探究教学的不足之处在于形式、内容单一刻板，无法形成有效的吸引力。时间一久，学生对于科学探究的好奇心被消磨殆尽，实践课变成了被动式教学。此外，科学探究的目标是多元的，要想切实提升学生的核心素养，探究的形式、内容也需要是多元的。因此，教师应当提前做好科学探究教学设计，基于核心目标对内容、形式进行拓展，给学生提供丰富的探究教学预设。

2. 效能关—如何培养学生思维能力

在探究实践过程中，为了迅速达成探究目标，寻求探究结果，教学往往脱离生活，学生缺乏获得感，难以参透探究本质。实验是提高学生核心素养的有力工具，但是科学探究的魅力不仅仅是完成实验，还要通过探究实践去获取批判性思维和解决问题的能力。直接将科学探究与实验操作画上等号，让学生从思考问题的主角变成配合表演的工具人，学生的操作技能也许得到了锻炼，但是他们仍然不具备独立思考并解决实际问题的能力。如何让探究落到实处，让探究变得具有思维性，是教师需要思考的问题。

3. 评价关—如何精准评价探究过程

知识的获得需要评价。一个完整的探究实践没有了评价反馈，就好像飞机失去了尾翼，学生的获得将会变得非常有限。教师无法获知学生的学习状况并做出教学调整和改进，学生也无法检视自己的收获与不足，难以形成系统有效的思维闭环。实践探究的主体是学生，教师在这个过程中如何去评价、如何精准定位学生的表现、如何利用评价促进学生核心素养的生成极为重要。

二、“三位一体”科学探究实践设计

聚焦学生的核心素养，最大限度地挖掘学生的潜力，培养学生的能力，需要从改善探究实践的方式方法开始。“三位一体”是指从三个角度出发，即学生本位、学科本位和生活本位，打造稳定、适配学生的探究教学体系（见图1）。

图1 “三位一体”教学体系

1. 学生本位：打造适性探究平台

在进行探究实践教学之前，教师首先需要明确：希望学生达成什么样的目标？围绕这个目标，继续思考：什么样的教学方式是学生能接受的？什么样的教学内容是学生所青睐的？从学生本位出发，教师需要对探究实践做出以下改善：第一，便捷性。探究实践不再必须在课堂上甚至实验室里才能完成，而是在课前课后、教室走廊、校园内外，随时随处皆可进行。第二，丰富性。科学探究的形式不再仅局限于实验，还可以是提出某个问题猜想、解决某个问题、做出某个作品，甚至是创设某种情境，一切围绕核心理念展开的发散性思维活动都应该被鼓励。第三，自主性。让学生成为科学探究的发起者和引领者，能够自发创设情境，并通过合作的形式解决问题，使学生能够参与到互动的环境中，使用自身的分析技能来理解概念、解决具有挑战性的问题。

（1）平台1：教室开放式科学空间

笔者利用教室里的空间，在书包柜上设置了实验操作台，为学生提供各式各样的能安全使用的实验仪器，如显微镜、天平、烧杯、量筒、温度计、密度计等，又任命一位学生为“实验平台管理员”，负责监督同学们的正确使用。这样一来，只要课间学生有空，他们都会被好奇心驱使着前来了解和使用这些仪器，进而去解决一些他们感兴趣的问题，如文具盒有多重？橡皮的密度是多少？粉笔灰能否溶解？等等。最初也许只是部分学生感兴趣，但是从众心理会促使更多的孩子选择在空余时间一起探究。这个平台既培养了学生对于科学探究的兴趣，又提升了他们合作探究的意识，让科学触手可及。

（2）平台2：校园拓展式科学活动

要让学生体会到科学探究真正的魅力所在，教师需要拓展探究形式的多样性，在丰富多彩的课外活动中融入对科学、对周围世界的探索。

①冰壶游戏—探究摩擦力的影响因素

小组之间进行比赛，通过在不同材质的地面上把不同型号的冰壶送到指定区域来累计得分。在游戏过程中，学生对于新鲜的冰壶游戏都跃跃欲试。而在团队协力摸索的过程中，他们也能体会到摩擦力到底是一种什么性质的力；通过比较在光滑的瓷砖上、在地毯上，以及不同型号冰壶行进时的差异来感受摩擦力的大小，继而从中习得摩擦力大小与压力大小、受力面的粗糙程度有关的知识。

②开心农场—探究种子萌发的条件

在学习浙教版科学七年级下册第1章第4节中“种子的萌发”部分时，笔者专门带领学生在学校的围墙边开辟了一块空地作为探究实践基地，让学生在参加劳动实践、亲近大自然的同时，了解植物的生长发育过程和必备条件。在经历了“选种—播种—培育”的过程后，學生了解到种子需要选取饱满的、胚部完整的，学会通过盐水梯度进行选种，懂得种子的萌发需要适宜的温度、充足的氧气和一定的水分，并通过搭建大棚、松土、定期浇水等一系列行动，为种子萌发营造良好的生长环境。学生在失败中摸索，跟着小小的种子一起成长，把科学探究转换成了亲身的体验、辛勤的付出，这样丰富多彩的探究生活，又有哪位学生不向往呢？

2. 学科本位：建立整体思维体系

科学本身是一门综合性很强的学科，知识点全面且广泛，这就要求学生能够拥有运用整体性思维把知识构成体系的能力。常见的探究方式过于关注学生在知识点上的认知，缺乏对事物或现象的整体认知和思考，缺少对知识的整合和综合运用。因此，在进行科学探究教学时，教师应当学会运用整合性逻辑进行设计，通过引入复杂情境，考量学生能否在情境中应用知识与技能，重视学生的参与感和思维的整体性，利用学生的发现展开教学，培养学生的自主学习能力、批判思考能力和创新精神。

在学习浙教版八年级下册第4章第1节“土壤的成分”这一课时，怎么确认土壤中各种成分的含量是一个难点，而且书本上的实验也难以复刻。笔者通过联系劳动课上学生种植多肉植物的经历，以“为多肉植物选择适宜种植的土壤”为主题设计项目化探究情境，先让学生课前自行去周边收集认为适合多肉植物的土壤，在取样的过程中学生得以观察土壤中含有哪些成分。再通过收集资料确认适合多肉植物生长的土壤指标—空气、水、营养物质。学生以小组为单位设计实验，并动手实际测量出各小组土壤的指标含量，确认是否达标。难以通过实验测量的有机物或无机盐，则可借助科学仪器完成测量。学生通过对几种土壤的质检，最终确认适合多肉植物生长的土壤，在课后完成了多肉植物的实际种植。

在整个教学流程中，学生通过“种植多肉植物”这样一个复杂情境，实现了对土壤成分的观察、测量、确认以及最后的验证等一系列科学知识和方法的综合运用。在小组合作、讨论、实践、评价的过程中完成了对知识体系的整合。通过这样一种项目式的教学设计，笔者实现了对科学学科本位的凸显，让学生能够在探索实践的过程中对所学知识进行整体性建构和运用，培养了学生的思维能力、团队意识和科学素养。

3. 生活本位：凸显现实价值情境

很多学生似乎只在特定条件下才能解决问题、得出结论，一旦离开了这些条件，所学知识似乎就很难被激活。这样的知识属于惰性知识，不利于学生探究实践能力的培养。

在学校教育中，学生不仅很少有发现问题和界定问题的机会，而且所面对的现成问题还常常是良构问题，即目标、条件和途径三个要素都很明确。所以，教师需要引入真实性问题情境，让学生学会自己从身边的现实世界中去发现问题、界定问题，在此基础上学会解决问题。这样，当他们未来步入现实社会时，面对复杂的问题才不会感到无从下手。笔者通过启发学生自主观察和思考生活中的情境，围绕情境来设计、创造和解决一些生活中的实际问题，比如，为什么家里的电灯不亮了？为什么火车站候车时人们需要站在白线以外？小孔成像的像为什么是倒立的？为什么空调要装在墙壁的上方？等等，让学生自主收集资料，并通过动手实践来尝试剖析这些身边的科学现象。

笔者通过以上融入生活情境的探究方式，要求学生展开批判性思考，并对复杂问题提出创造性的解决方案，使学生能够发展分析和评估情况所需的技能，提出最佳的解决方案，培养学生的科学好奇心和探究意识，鼓励他们进行创新思考，从而进一步提升他们的核心素养。

实施“三位一体”科学探究实践设计后，七八年级科学探究的得分情况有了明显提升，且具体细化到实验探究相关知识点上，笔者任教的三个班级相较之前都有了一定的长进。当然，学生的科学素养是无法仅仅靠测试的成绩来量化的，笔者相信，在未来，经过不断的探索实践以及理论体系的不断完善，科学课堂中的探究实践终将从另一个维度呈现在大家的眼前，实现真正的“三位一体。”

（作者单位：浙江省杭州市澎扬中学）

责任编辑：赵继莹