模型建构 推理论证 创新思维

李志云

〔摘    要〕  2022年科学新课标提出，要着力发展学生的核心素养，其中科学思维的培养是核心素养的核心。在信息技术手段赋能下，教师可以运用先进的技术手段，实现与学生的立体化互动，帮助学生进行模型建构，完善推理论证过程，发展创新思维模式，进而促进学生科学思维发展。

〔关键词〕  小学科学；模型建构；推理论证；创新思维

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  16    028-030

2022年版《义务教育科学课程标准》指出，要立足学生核心素养的发展，核心素养包含科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四方面，其中科学思维是核心，所以对学生科学思维的培养尤为重要。教师对学生科学思维培养主要是在课堂，但笔者在课堂教学中遇到了一些问题，例如科学模型建构不真实、学生推理论证不完善、课堂学习思维固化、考虑不全面等。

一、培养学生科学思维的教学思考

当前新一轮的科技革命和产业变革突飞猛进，教育部也在最新颁发的《教育信息化2.0行动计划》中提出进一步推进云计算、大数据、人工智能等信息技术与教育实践的融合发展等内容。教师可借助信息技术手段，将小学科学中部分枯燥的文字立体化，使其变得生动有趣，将部分抽象无法直接展示的科学实验通过技术手段直观地展示给学生，将难以展示的科学数据快速分析并呈现，完善实验推理过程，培养学生的科学思维。

科学思维，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。模型建构思维，主要是通过创设真实情境，将学生观察到的真实事物进行抽象，形成模型，并将模型与原型进行对比，从而促进对原型的理解。推理论证思维，是通过创设直观数据，将实验探究过程中出现的多样、复杂的数据，通过技术手段，帮助学生整理、研讨，提升学生数据分析能力，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。而创新思维的培养，则是教师通过创设自主探究的环境，让学生充分表达自己的观点，通过改变课堂探究的形式，鼓励学生从不同角度分析、思考问题，进而提出解决问题的方法。

二、创设真实情境，发展学生模型建构思维

有研究者指出，在虚拟环境中可采用“创设沉浸体验的互动环境”“开展探究体验的学习活动”“整合感知体验的情景任务”三种具身学习的支持策略，以增强小学科学教學的效果。学生借助仿真技术，通过在真实情境中发现问题并寻找证据得出正确的结论，学习科学的建模方法，经历和体会运用模型来理解知识、掌握知识、解决问题的过程。

（一）优化生命系统可观察

在生命系统的构成这部分知识的学习中，笔者发现，虽然身体各器官每天都在工作，但学生对人体内部结构的认识只能通过图片、视频的形式进行观察学习，并不能真实观察到内部结构。这种学习方式导致学生对身体内部结构工作认识片面化，不清楚。将现代信息技术手段和实验教学相结合，建立更加真实的生物模型结构，让学生看见身体内部，可以让学生了解真实的身体内部工作情况，帮助学生认识生命系统的功能。

为了让学生亲身体验心脏的工作原理，教师借助VR眼镜，让学生通过观察心脏的跳动与自身心脏跳动，总结出心脏跳动的规律与意义。再让学生以血细胞视角走进血管内部，体会血液循环的过程，将模型与现实相结合，了解心脏跳动对维持血液在血管中流动的意义，培养学生模型建构思维。

（二）优化宇宙地球可感知

生命系统的学习虽然不可视，但学生还有一定的接触，而在“宇宙中的地球”这一核心概念学习中，学生很难接触，且受到位置、空间等限制，模型的建立具有一定的误差，进而影响学生对有关宇宙空间概念的理解。教师借助交互手段，让学生体验月球行走等，帮助学生更好地理解和推测天体的特点和运行规律。

例如在《月球——地球的卫星》这一课的学习中，学生通过观察月球表面现象得出月球的表面特征。为帮助学生更好理解环形山以及月球的环境特点，课堂上，教师借助VR交互技术，使学生真切体会在月球上行走，真实感受环形山的形状特点，最终对环形山有一个全面的了解。教师通过借助信息技术较好地化解了部分实验“展示难、体验难”的难题，通过更真实的模型建构帮助学生培养科学思维。

三、处理直观数据，发展学生推理论证思维

（一）优化数据整理

实验数据是证明实验结论的重要依据，对实验数据正确处理和分析是实验探究过程的重要组成部分，也是培养学生推理论证的有效途径。在教学过程中，有些数据的数值较大，对学生的数据处理能力要求较高。教师可借助平板中的App，帮助学生快速处理实验数据，提升数据处理效率，以便有更多的时间用于结果的讨论和验证。

笔者在教学六上《八大行星》这一课时，要求学生将各行星距离太阳的距离按一定比例进行数据处理，方便后续建模学习，但学生在距离等比例放大和缩小时并不熟练，常常出现比例计算错误等。教师借助“太阳系旅行记”App，让学生将数据放置在图表中，按照要求进行等比例缩小，可以很快找到适合课堂建模的比例模型，也为后续建模打下基础。最后教师可利用App展示太阳系的行星与太阳的距离排序，让学生更直观地认识到八颗行星排列和大小的规律，对宇宙天体运行进行更加科学的推测。

（二）优化数据统计

科学探究的过程中，器材的好坏对实验结果也有很大的影响，器材的升级可以有效减少科学实验误差，有利于学生对实验数据的收集和分析。例如在《水的蒸发与凝结》这一课中，学生进行“观察水加热时的变化现象”的探究活动时，会因为温度计读数出错、数据整理成折线图耗时过长等影响课堂进度。

课堂上把测量温度计换成温度传感器，并且将温度传感器数据直接录入平板。利用传感器和数据分析软件可以避免实验中人为操作的失误，保证数据的准确性，使学生有更多的时间去探究实验背后的本质。教师借助平板软件实时收集每个小组的数据，最后在大屏上自动生成对比图表（如下图），形成各小组对比图，更有利于学生反思探究过程，完成正确的推理过程。图表的呈现也能让学生快速发现异常数据，教师引导学生从实验过程、操作、数据记录和处理等多方面反思，并完成新的推理论证，进一步提升学生的科学思维。

四、鼓励自主探究，发展学生创新思维

创新思维除了包含一般思维的语言体系，如比较、分类、分析、推理等，还包含想象、联想、发散、重组等，并从不同的角度去分析、解决问题。教师可以通过创设自主探究的环境，让学生进行想象，并在探究的过程中充分表达自己的观点。教师还可通过改变课堂探究的形式，鼓励学生从不同角度分析、思考问题，进而提出解决问题的方法。

（一）优化探究工具

教师教授课本知识的同时，也要注重与日常生活的联系，利用日常生活中的现象去解释科学内容，再将所学科学知识应用到生活中，以此开阔学生的眼界，发散学生思维，提升学生对知识的理解和运用，进而提升学生的创新思维。信息化时代，手机App的普及也为教学提供了更多的选择。在教学中，教师借助平板App优化学生常规的纸笔记录方式，通过创造、构建个性化校园植物的记录形式，从不同的角度记录事物特征，进而提出创造性的问题和思考，提升学生创新能力。

例如在学习《制作校园生物分布》这一课时，学生首先对前一课在校园中搜集的生物进行整理、汇总，但在校园调查的过程中，每个小组都出现了动植物不认识，植物的特征描写不详细、特征不突出等情况，为资料的汇总带来一定的困难。笔者借助移动终端的信息化手段，让学生在搜索时对观察到的植物进行拍照记录，并为所拍照片编号，借助平板上的动植物识别App进行识别整理，大大缩短了时间周期，有效地提高了学生识别植物的效率，也为生物汇总提供了方便。

在植物搜索与检索识别的过程中，学生养成编辑关键词检索植物的意识，语言组织能力、表达水平、思维方式有了明显的进阶。课堂上，学生重新编排所记录的内容，并按照动植物的习性特点对植物分类，分享植物身上的秘密，做一张校内植物观赏图，甚至是植物辨别指南，提升了学生的发散思维能力。

（二）优化探究方式

创新思维的培养主要体现在学生可以从不同角度分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。通过改变以往课堂探究形式，突出学生的主体地位，把课堂的主动权交给学生，尊重学生的个性化思考，并通过课堂设计引发学生更深层次的思考和表达，分享不同的想法，促进创新思维能力的提升。

以四年级上册《营养要均衡》这一课为例，学生通过统计自己一日三餐的食物，对照“中国居民平衡膳食宝塔”看看自己一天的食物搭配是否合理。如果每个学生只关注自己一天的饮食，对班级整体研讨来说，种类和数量都比较难以估计，更不利于学生对合理搭配营养膳食的理解。所以，这一节课中，教师可以给出某一位学生午餐的菜单，并将食物的营养成分通过平板上的食物营养查询转换成具体数据（如下表）。学生通过对菜单的分析、研讨，找出不合理的地方，再根据所学内容设计更加合理的菜单，建立健康生活的意识。

在菜单设计的过程中，学生通过对前面菜单的分析、研讨，借助信息技术手段得到更加详细的数据，树立观点报告须有数据支撑的意识。通过自主设计菜单，引导学生从前期被动记录到自觉运用食物中的营养成分数据来整理、分析，结合身体营养的健康需求，提出更好的解决办法。学生在一次次的菜单推翻、改进的探究过程中提升了创新思维的能力。

技術赋能下的科学课堂，不但有效整合了课内外的作业，更重要的是点燃了学生科学探究的热情，让课堂实践活动有趣、有效。既给了学生足够的方法支架，分步实践，又训练了学生对知识的迁移、整合与运用能力，从而实现了深度学习。对于培养科学思维的探究还远远不够，本次仅以部分课堂教学为案例进行了粗浅的探索。如何让技术手段更好地服务于课堂教学，培养学生科学思维，让更有趣的实践活动浸润于科学教学之中，是笔者今后努力研究的方向。

参考文献

[1]徐圣洁.高中生物学教学中运用思维导图培养学生科学思维的实践研究[D].太原：山西师范大学，2020.

[2]赖燕华.基于学生科学思维发展的问题串教学的实证研究[D].漳州：闽南师范大学，2020.