基于真实情境的科学高阶学习活动设计——以教科版科学教材四年级上册第三单元《运动的小车》的教学为例

浙江玉环市干江中心小学（317610） 沈马平

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下简称“科学新课标”）确立科学课程核心素养包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等四个方面，其中科学思维是核心和关键。因此，在科学思维上做“加法”是不二之选。“思维+”的意义就是要求科学教师注重训练学生的科学思维，使学生的思维逐步向高阶思维发展。高阶思维是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力，是高阶能力的核心，主要指创新能力、问题求解能力、决策能力等。高阶学习活动就是以学生的高阶思维参与为主，指向高阶思维能力发展的学习活动，是助力学生深度学习、发展核心素养的一种重要途径。

那么，如何设计高阶学习活动呢？可以将课程内容进行提炼，融入具体而真实的学习情境之中。建构主义学习理论指出，在真实的情境中学习，能使学生在情境中认识事物的全貌，并能结合自身经验对事物中所蕴含的知识进行同化，生成新经验。下面，笔者以教科版科学教材四年级上册第三单元第6 课《运动的小车》的教学为例，阐述如何立足真实情境，设计高阶学习活动，逐步训练学生的高阶思维。

一、研究真实问题，唤醒思维，展开“解释—分析”学习活动

在设计教学时，教师要先通过谈话、问卷等方式了解学生已经掌握的知识、方法及思维发展水平，再认真研究教材，探索新知和旧知之间的关联。四年级学生在完成《运动和力》单元第一课时至第五课时的学习任务后，已经对“运动”的概念有了一定的认识。《运动的小车》将“运动”上升至“能量”的视角，而“能量”相较于四年级学生来说是一个较为抽象的概念。鉴于本课教学内容的抽象性，学生的科学学习必须从具体的真实问题情境出发。在导入环节中，笔者播放了一段去年我市夏天刮台风的真实视频，并提出三个连续性的问题。

问题1：你能描述自己经历的台风吗？

问题2：在这个视频中，哪些物体在运动？

问题3：这些运动的物体都做了什么？用“运动的×××能把×××怎么样”的句式回答问题。

问题1 的设计是为了唤醒学生已有的认知和经验，学生会出现“会掀起很高的海浪”“花草树木被刮倒”等回答。问题2 重在建立单元知识间的联系，让学生用科学的语言和科学的思维描述视频中的运动场景，将学生的注意力聚焦在运动的物体上，与前几节课的学习相呼应。问题3 着力打通新知和旧知的联系通道，引导学生分析和研判运动的物体都有哪些“本领”或“能力”。学生可能会回答“风能把自行车吹倒”“运动的电线杆能把车子压坏”等，初步建构“能量”的认知。随后，笔者给每一组分发学具小车，让学生在课堂中亲身感受、对比静止的小车和运动的小车的特点。

教学片段：感受运动和静止的小车

师：用手触摸运动的小车和静止的小车后，你有什么感觉？

生1：触摸静止的小车，手没什么感觉，而触摸运动的小车，手有点疼。

师：你们还有其他的发现吗？

生2：我发现先用力推小车，再用手去感受，手会更疼一些，而当小车慢慢运动时，手没有那么疼。

师：为什么运动的小车会弄疼我们的手？为什么小车的速度越快，手越疼？

……

在这个环节中，笔者同样设计了两个基于真实操作任务的问题。

问题4：为什么运动的小车会弄疼我们的手？

问题5：为什么小车的速度越快，手越疼？

问题4 意在引导学生以“能量”的视角进行科学解释，使学生明白运动和静止的本质区别，初步认识到运动的物体都有一种“能力”或“本领”。随后，教师让学生列举生活中遇到的“运动的物体具有能量”的例子，以巩固、拓展、延伸“能量”的科学概念，使学生初步认识到能量是一切运动着的物质的共同特征。问题4起到承上的作用。问题5则指向接下来的科学探究活动的主题——“速度越快，能量越强”，发挥启下的作用。

这种基于真实的问题情境，能有效建构生活世界和科学世界之间的联系，激发学生的主体意识和学习动机。学生在真实的问题情境中展开“解释—分析”活动，在操作和辨析中引发深层次思考，探寻内在联系，真正习得知识。

二、开展真实探究，解码思维，引领“建构—创造”学习活动

在科学课堂中培养学生的高阶思维，先决条件就是要让学生主动参与到科学学习活动中。学生只有对科学课的内容感兴趣，才会全身心地投入科学探究和实践中。因此，教师要精心设计课堂学习活动，立足主题式、真实性的探究活动，鼓励学生开展自主探究，用科学的思维建构科学观念，并将探究所获得的科学知识和能力进行迁移，创造性地解决真实的问题。如《运动的小车》指向的概念是“运动的物体速度越快，其能量也越强”，教材设置了两个探究活动，分别是敲击实验和撞击实验。在实际教学时，考虑到之前已经让学生用学具小车进行简单的运动操作，笔者顺势将撞击实验调整为第一个探究活动。

教学片段：撞击实验

师：小车运动速度快慢和能量之间有什么关系呢？有一个小组在设计实验时遇到了一点小困难，你们能告诉这个小组怎么设计实验吗？

生1：可以用不同的速度撞击木块，看看木块被撞得多远。

师：怎么设置不同的速度呢？

生2：可以把小车放在斜坡上。在不同斜度的斜坡上，小车滑下来的速度也不一样。

师：小车从不同坡度滑下来时，我们能否用力推动小车？

生3：不可以。

师：为什么？

生4：如果用力推小车的话，小车的速度就会不一样，影响实验的准确性。

师：木块滑动的距离怎么测量？

生5：先画出一个起点，木块被撞后，再画出终点，就可以量出距离了。

……

埃德加·戴尔的“学习金字塔”概念指出，学生在主动中亲身参与实践，并将所学知识传授给他人是学习效果最好的学习方式。基于此，笔者设计了“教一教其他小组如何设计实验”这一驱动性任务，通过小组讨论，引导学生主动思考，为后续开展探究做好准备。

在实验教学中，如何既让学生的思维飞跃，又使教学比较顺利地开展呢？很多教师在教学中发现，材料的选择直接影响实验探究的结果。因此，在开展第二个探究活动敲击实验时，笔者进行适当的改进，即在音叉旁边增加一个乒乓球，让学生用不同的力度敲击音叉，用眼睛看乒乓球的运动幅度，用耳朵听音叉发出的声音，用手感受音叉的振动并记录在实验记录单上（见表1）。这个实验通过多种感官体验，加深了学生速度快慢和能量大小之间的关系的理解。

表1 “敲击音叉”实验记录单

在对探究活动进行设计时，笔者紧紧围绕“运动的物体速度越快，具有的能量就越强”这一论述，开展真实情境下的科学探究，引导学生独立思考、大胆质疑、科学推理。同时，基于学生的生活经验，给予学生充足的时间和空间，确保学生合作探究的完整性和深刻性，从而实现对知识的深度建构。

三、优化真实对话，触发思维，进行“迁移—应用”学习活动

科学新课标对3～4 年级学生的表达能力提出了具体的培养目标（见表2）。小学科学课中的表达交流是学生亲身进行科学探究，在得出结论、形成个人观点之后，对自己的探究过程与结果进行反思、梳理、监控的过程，表达本身就是思维的外显。

表2 科学新课标对3～4年级学生表达能力的培养目标

在《运动的小车》一课中，笔者一如既往地关注学生的表达和交流，并通过以下句式为学生搭建学习支架。

我对×××进行了探究，我的探究步骤是：

1._____________________________________

2._____________________________________

通过探究，我发现：_________；我的结论：______。

我的汇报完毕，大家有不同意见或要补充的吗？

学生在交流中主动征求同伴的建议，积极表明与他人交流的意愿，生生之间展开辨析、研讨、质疑等，形成了真正意义上的深层次对话，而此时教师则是课堂的组织者和引导者。这种不断接近科学真相的启发式和对话式教学，可以让学生对科学探究过程、方法、结论进行不断的反思和交流，对所掌握的知识和方法进行完善。在对话交流中，教师要构建“容”错（允许学生犯错）、“荣”错（学生不以犯错为耻）、“融”错（将学生的错误当成教学资源）的课堂，营造宽松、愉悦的学习氛围。

随后，笔者通过“这个实验结论，对你的生活有什么启发”这一点睛之问，将学生的关注点聚焦在生活中的真实情境。由于这节课的重点研究工具是小车，所以学生的思维会停留在“开车的时候不能超速”“开车要注意安全”等层面上。为了突破这一思维定式，笔者利用课件展示四种变式情境，让学生展开讨论。这四种情境与学生的生活息息相关，尤其是校园内的限速标牌和楼梯处的温馨提示，可引导学生从能量的角度重新审视周围的事物，适时渗透安全教育。而对“禁止高空抛物”的提示语则可以从重力势能转化为动能的角度，剖析能量可以相互转化，但考虑到四年级学生的认知水平，这个知识点只需要稍微点拨一下即可。通过对《声音》单元的学习，学生已经了解到声音是由物体振动产生的。因此，对读书发声的情境，教师可从能量的角度来解释声音，如从“声带的振动具有能量，有了能量，才能发声”“如果好几天没吃饭，就没有力气读书”指向“任何物体工作都需要能量”“食物中也有能量”，让学生深刻体会到能量无处不在，并以各种形式存在于生活中。

反思迁移能力的提升表现在真实的情境中，学生能根据已掌握的科学观念对真实问题进行逻辑推理和论证，从而得出正确的结论或判断。这需要教师积极为学生创造条件，鼓励学生通过协商对话、真实对话，解释真实现象和解决真实问题。

真实情境是贴近学生生活和经验的教育场，基于真实情境的教学设计，能够提升学生的高阶思维能力。在教学设计和实施过程中，教师要努力加强知识学习与学生经验、现实生活、社会实践的联系，不断深挖真实生活与教材中的情境案例，捕捉生活中的问题，尽可能发展学生的思维能力，从而实现提高学生高阶思维能力的目标。