指向科学思维发展的结构化学习任务设计

三年级《月相变化的规律》是“太阳、地球和月球”单元中的一课，本单元旨在引导学生使用间接观察和模拟实验等方法来探索宇宙，立足于生活中常见天体，初步建立宇宙观并以科学的眼光看问题，用科学的思维分析现象。本课是学生在二年级连续观察和记录月相之后，进一步整理排序并发现月相变化的周期性规律。学生在日常生活中观察过月相，知晓月相会发生变化，但是对于月相与农历日期之间的关联并不明晰，也无法有意识地将观察到的月相变化情况形成规律性的认知。

发展学生的科学思维是科学教育的核心内容。现以《月相变化的规律》教学为例，分析如何在课堂教学中实现学生科学思维的发展。

一、趣玩游戏，激发积极思维

积极思维是激发认知冲突、自主建构和自我监控的原动力，教师要合理利用诱因让学生卷入思维场域，进而激发他们学习科学的兴趣。

教师应根据学生的年龄特征，设计难度适中的学习任务，让他们感受到通过学习可以胜任该任务要求，进而产生学习需求和课堂归属感。三年级学生对于找规律有一定的经验和基础，教师可以设计“猜规律游戏”这一任务作为课前准备和思维热身。学生通过“前三个动作”顺利推测出“后三个动作”（如图1），发散思维，对规律产生不同的猜测，并在成功挑战规律游戏后提升解决问题的信心，意识到理性思维的重要性。

“猜规律游戏”虽然是趣味游戏，但是其本质是与月相变化情况具有较高类比度的“找规律”小游戏。该游戏能帮助学生构建关于规律的理性认识，为他们后续探寻月相变化的规律做铺垫。

二、自主挑战，展现思维过程

认知冲突和自主建构是由矛盾触发到认知形成的过程，其中学生的思维发生不可见，教师要通过设定具体可视的学习任务，来展现学生的认知冲突和自主建构过程。

1.认知冲突

认知冲突是促进学生主动建构的“触发器”，当他们的前概念无法解决新问题时，矛盾和冲突就会被引发，他们也会由此积极思考。触发认知冲突主要包括如下几种策略。

第一，设定已有知识无法解决的问题。当旧知识无法解决新问题时，会引发学生的认知冲突，促使他们主动学习可以解决新问题的知识、方法与技能。在首次进行“月相排队”学习任务中，学生无法用已有知识解决“新月、弦月、满月”的正确排序，因而需要进一步完善自己的认知。

第二，比较多种猜想的差别。在聚焦问题之后，学生会提出符合自我认知的多种猜想，为了验证观点，他们会寻找更多的证据。教师可借助学生二年级时观察过的典型月相来帮助他们准确定义月相，完成常见月相的科学命名后，设置“给新月、弦月、满月排序”这一挑战任务，让他们预测这几个常见月相变化的过程，此时出现的6种猜想（如图2），展现了学生之间对于同一问题的矛盾冲突。

第三，分析现象与内在规律的联系。事物的内在规律往往会反映到与之相符的现象之中，但也存在现象看似与规律原理相悖的情形，此时便会引发思维冲突。新月、弦月、满月三个常见月相，根据规律的渐变性，学生猜想亮面由多到少或者由少到多的情况比较多，然而他们根据已有认知认为月相的亮面存在由少变多再变少，或者由多变少再变多的情况。现象与内在规律归纳结果相悖时，他们会深入思考月相变化的内在规律。

2.自主建构

自主建构是学生通过探究实践获取新证据，然后将新问题、新现象、新概念等信息有机整合，完成有意义的认知建构。自主学习和合作学习是学生完成自主建构的两大策略。

第一，自主学习。教师应鼓励学生选择自己感兴趣的问题、假说、现象等，通过自主探究实践、获取证据、分析论证等方式，积极主动地完成有意义的自主建构。“我们的月相图”这一学习任务，以月相的多米诺骨牌游戏为思维展示框架，设置了挑战任务“收纳上、下半月的月相骨牌”，要求学生对整个月的月相进行排序（采用上下半月分开的形式），并由此初步建构月相的周期性变化模型。

第二，合作学习。合作学习指在自主建构过程中的人际协作，如教师为学生搭建支架、提供线索，学生间的人员分工、思维互动等。在完成月相图模型的首次建构之后，学生通过师生交流、生生合作，完成对应的月相骨牌命名以及骨牌总量可以只设定29块的合理性研讨（如图3）。

思维的发展并非跳跃性的，需要借助一定的支架。三年级学生无法将月相与具体的农历日期相对应，也无法跳跃性地整理出月相变化的规律。在帮助学生自主探寻月相变化的规律时，教师提供思维支架，采用上下半月的月相分开排序、在收纳盒中标注农历日期、提供一整个月渐变式的月相骨牌等方式，使之顺利完成农历小月的月相排序。

三、自我复盘，厘清思维漏洞

在学习过程中不断地进行自我复盘，是思维发展的持续动力。通过自我复盘，学生可以及时厘清自主建构后依旧存在的思维漏洞，而后在修复思维漏洞过程中，让思维升级迭代。分析原因和归类总结是自我复盘的两大策略。

1.分析原因

当结果与目标出现偏差时，学生需要及时回顾整个实践过程经历的事件，分析产生该结果的原因。教师设计了“打乱重排”这一学习任务，让学生重排月相图，此时出现了两种不同的排列方式（如图4），以期帮助他们发现建构模型时存在的漏洞。很快，学生通过分析原因发现，第一次进行模型建构时，并没有以事实经验为基础，只是简单地按规律排列。此时，他们需要寻求月相变化规律的事实性证据，提出一整个月的观察记录、查阅资料、模拟实验等方法。

2.归类总结

因天体系统的特殊性，为了尽可能真实地呈现一个月内月相变化的情况，在模型修正环节，教师采用3D全息投影技术模拟呈现月相变化的过程（如图5）。学生沉浸式地观察一个月内月相的变化，完成月相图的修正，通过“猜想—建模—证据—修正”完善认知。他们历经整个环节，归类总结经验教训，掌握该类研究问题的解决策略，获得“学一课、通一类”的学习能力。

四、应用迁移，深化教育内涵

将建构的新认知加以应用迁移，是进一步深化思维的途径。在真实情境中学习的思维方法、知识概念、价值态度，应用在不同的活动领域中解决现实问题，可以提高创造思维能力，深化教育内涵。

现实问题往往是基于真实需求的，将课堂所学应用迁移至现实问题的解决，往往会产生物化的成果。本课设计了使用黑白两色的超轻黏土和空白徽章独立制作自己的生日月相徽章这一学习任务（如图6），使学生实现了知识的应用迁移，他们佩戴生日月相徽章按照农历生日日期逆时针围成一圈，再次将月相变化模型具象化，强化他们对月相变化规律的再认知。

在某一学科中学习的知识、技能、方法，可以应用迁移到其他学科甚至生产创造中。本课的课后拓展学习任务“用身边的材料为妈妈制作一个生日徽章”，引导学生寻找创意与实用兼并的月相徽章制作材料，发展他们的创造性思维，融入了感恩母爱教育，深化了科学教育内涵。

五、统筹安排，精心设计任务

本课首先以“规律游戏”这一学习任务为切入口，让学生从科学视角对客观事物的内在规律形成一定的认识，激发思维的活跃度。接着，通过“给月相排序”这一学习任务，引发学生的认知冲突，再利用“月相建模”这一学习任务，让他们将月相变化的规律具象化。然后，设计“月相重排”这一进阶学习任务，让学生自我复盘，发现思维漏洞，并通过“修正月相图”这一学习任务，采用全息投影技术进行规律验证环节，让他们修正月相图。最后，通过“月相徽章”这一学习任务，让学生以完善的月相图和其他材料制作出属于自己的月相徽章，且能用身边的材料为妈妈制作生日徽章，深化科学思维的同时体现了科学课的育人价值。

结构化的学习任务设计对学生科学思维的发展有着重要作用，教师要把握以下特征：

一是任务驱动性。任务难度适中，既不能让学生轻易完成，也不能让他们无法完成。学生需清晰地了解每一个任务所需达成的目标，尤其是活动的各个阶段所对应的核心目标，要使他们在任务的驱动下自主学习、合作探究、主动建构，让思维活跃于整个活动场域。

二是任务真实性。任务情境真实，可以有效联结学生已有的知识和经验，为他们提供思维所必需的场域图景和逻辑框架，同时通过真实任务的触发，让他们在学习过程中始终具有内驱力，用积极的情绪调动积极的思维。

三是任务联结性。任务联结进阶，以教学目标为导向，将总目标分解为系列小目标，每个小目标对应一个或多个子任务，而这些子任务又呈结构性地联结成完整的任务链。

四是任务产品化。物化产品呈现，可以借助结构化的材料，将学生内隐的思维过程外显。教师要为学生提供实物支架，通过产品化的思维成果使科学探究更加高效。

（作者单位：方立安，浙江省淳安县教育发展研究中心；方洁飞，浙江省淳安县临岐镇中心小学）

参考文献

［1］胡卫平，郭习佩，季鑫，等.思维型科学探究教学的理论建构[J].课程·教材·教法，2021（06）.

［2］陈懋.基于科学思维培养的初中科学“思考与讨论”［J］．中学物理，2023（06）．