有效培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

曾曉麗

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出把培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為主要目標(biāo)，代替以學(xué)科知識(shí)、技能為目標(biāo)的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系。科學(xué)思維既是核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵組成。融合了科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四門(mén)學(xué)科的STEM教育倡導(dǎo)跨學(xué)科思維的培養(yǎng)，旨在運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和不同學(xué)習(xí)方式相融合的教學(xué)方式，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)科之上的思維方式，包括因果思維、結(jié)構(gòu)性思考、系統(tǒng)化思維、模式化解決、規(guī)模比例與數(shù)量思維等。STEM課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將學(xué)科的核心理念與科學(xué)研究的內(nèi)容或工程技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為學(xué)生的能力與素養(yǎng)的評(píng)定，并將培養(yǎng)或提升學(xué)生科學(xué)思維能力放在核心地位。STEM理念下的小學(xué)科學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是開(kāi)展各類(lèi)科學(xué)探究和工程實(shí)踐的過(guò)程，也是低年段學(xué)生科學(xué)思維的形成和發(fā)展的有利途徑。

低年段學(xué)生的思維能力的基礎(chǔ)特點(diǎn)是：主要以直觀形象思維能力為主，抽象概括能力較差;自控能力較差，注意力不穩(wěn)定，導(dǎo)致有效思維的時(shí)間短;模仿能力較強(qiáng)，但思維缺乏靈活變換，淺顯不深入。因此，在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，需要從以具體形象思維為主要形式逐步過(guò)渡到以抽象邏輯思維為主要形式，而抽象邏輯思維的建立與小學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)積累和動(dòng)手操作實(shí)踐感受有密切聯(lián)系。另外，也需要注重學(xué)生日常經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的歸納和總結(jié)，開(kāi)展科學(xué)探究過(guò)程的分析和推理，以及對(duì)科學(xué)事實(shí)和科學(xué)推理進(jìn)行質(zhì)疑和批判。

本文從小學(xué)科學(xué)STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中確定任務(wù)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品、制作產(chǎn)品、評(píng)估產(chǎn)品這四個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)低年段學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)展開(kāi)分析。

確定任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的開(kāi)放思維

STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的核心是學(xué)生開(kāi)展合作式探究活動(dòng)，倡導(dǎo)開(kāi)放性的學(xué)習(xí)模式，以真實(shí)問(wèn)題和建造產(chǎn)品為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，將學(xué)生現(xiàn)有理論基礎(chǔ)與實(shí)際情景相結(jié)合。項(xiàng)目主題的導(dǎo)入和創(chuàng)設(shè)是學(xué)生知識(shí)構(gòu)建和項(xiàng)目學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。面對(duì)低年級(jí)的學(xué)生，STEM項(xiàng)目主題的設(shè)置應(yīng)該充分考慮他們的知識(shí)積累、技能水平和情感態(tài)度。項(xiàng)目研究的背景應(yīng)該貼近生活真實(shí)情境，創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題應(yīng)該具備一定的指引性和開(kāi)放性。

例如在一年級(jí)開(kāi)展“給動(dòng)物設(shè)計(jì)棲息地模型”活動(dòng)時(shí)，教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)的棲息地可以滿足特定動(dòng)物正常的生命活動(dòng)需求，保證小動(dòng)物能在模型中穩(wěn)定生活一周以上。一年級(jí)的學(xué)生剛開(kāi)始接觸科學(xué)學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)科學(xué)的方法和習(xí)慣，科學(xué)模型的構(gòu)建對(duì)激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自然觀察能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維有較大幫助。在項(xiàng)目之初，教師沒(méi)有給學(xué)生設(shè)定具體的動(dòng)物范圍和模型選擇，給予學(xué)生較大的選擇空間。學(xué)生以小組為單位，可以圍繞自己喜愛(ài)的或接觸過(guò)的小動(dòng)物展開(kāi)討論，衡量各類(lèi)動(dòng)物棲息地模型搭建的難易程度，再有針對(duì)性地選擇研究主題。在確定項(xiàng)目的過(guò)程中，學(xué)生會(huì)經(jīng)歷一個(gè)頭腦風(fēng)暴的過(guò)程，充分調(diào)動(dòng)他們的發(fā)散思維和開(kāi)放性思維。

在開(kāi)放式的學(xué)習(xí)氛圍中，學(xué)生更愿意接受與自己不同的觀點(diǎn)和想法，在交流中辯證思考自己的觀點(diǎn)。開(kāi)放性的項(xiàng)目命題還有利于促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)散性和流暢性，在項(xiàng)目主題的頭腦風(fēng)暴中，學(xué)生嘗試在盡可能短的時(shí)間內(nèi)生成并表達(dá)出盡可能多的想法，呈現(xiàn)自己的思維成果，也可以較快地適應(yīng)、消化同伴提出的看法和建議。學(xué)生的發(fā)散思維沿著不同的方面和方向擴(kuò)散，表現(xiàn)出更豐富的多樣性和多面性。避免個(gè)體學(xué)習(xí)具有的保守性和被動(dòng)性，項(xiàng)目式團(tuán)隊(duì)協(xié)作的模式可以突破傳統(tǒng)思維定式和狹隘眼界。

設(shè)計(jì)產(chǎn)品，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維

設(shè)計(jì)項(xiàng)目產(chǎn)品是整個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程的核心組成部分，也是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和思維能力提升的重要環(huán)節(jié)。完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)需要學(xué)生具備一定的系統(tǒng)思維和邏輯思維，主要從整體性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)意、綜合實(shí)用等方面來(lái)考量設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。STEM教育理念倡導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計(jì)思維開(kāi)展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，體現(xiàn)在產(chǎn)品上就是學(xué)生在分析工程任務(wù)、項(xiàng)目目標(biāo)和現(xiàn)實(shí)可行性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的綜合設(shè)計(jì)，需要學(xué)生從多層次、多角度對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合思考，激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)性思維和系統(tǒng)思維。這對(duì)剛接觸科學(xué)項(xiàng)目學(xué)習(xí)不久的低年段學(xué)生來(lái)說(shuō)具有較大難度，需要教師給予充分的引導(dǎo)和支持。

在活動(dòng)中，低年級(jí)的學(xué)生初步調(diào)查了解該種動(dòng)物的生活習(xí)性和棲息特性，掌握科學(xué)觀察動(dòng)物及其生活環(huán)境的方法，進(jìn)而確定本組的目標(biāo)動(dòng)物，再完成為動(dòng)物設(shè)計(jì)棲息地的任務(wù)。在設(shè)計(jì)之初，教師先為學(xué)生提供鳥(niǎo)巢模型作為參考，向?qū)W生介紹動(dòng)物棲息地的基本組成部分，包括適宜的生存空間、安全的周?chē)h(huán)境、合適的食物和活動(dòng)空間等基本要素，模擬鳥(niǎo)類(lèi)在鳥(niǎo)巢中的生活狀態(tài)，并預(yù)設(shè)棲息地中可能存在的缺陷問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行更加全面和系統(tǒng)的思考。

在設(shè)計(jì)棲息地模型的過(guò)程中，一方面學(xué)生要把握好該動(dòng)物生命活動(dòng)所需基本生存空間這一原則性需求。學(xué)習(xí)小組要建立起動(dòng)物的生存與棲息地間的密切聯(lián)系，滿足包括取食、活動(dòng)空間、棲息范圍和繁殖需求等一系列內(nèi)容，從而在整體上把握棲息地的設(shè)計(jì);另一方面，學(xué)生也需要靈活應(yīng)對(duì)環(huán)境變化對(duì)動(dòng)物及其棲息地所產(chǎn)生的影響這一動(dòng)態(tài)變化。學(xué)習(xí)小組要意識(shí)到客觀環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的，環(huán)境的光照、土壤、溫度、濕度、敵害等客觀條件是相互聯(lián)系、發(fā)展變化的有機(jī)整體，可能會(huì)對(duì)該動(dòng)物生命活動(dòng)產(chǎn)生一定的影響。學(xué)生將原則性與靈活性有機(jī)結(jié)合的思維過(guò)程便是對(duì)其系統(tǒng)思維的有效訓(xùn)練。

學(xué)生在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷訓(xùn)練其系統(tǒng)思維，抓住產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體方向和關(guān)鍵因素，有計(jì)劃地采取靈活有效的方法應(yīng)對(duì)變動(dòng)情況。學(xué)生在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程中，可以把產(chǎn)品中相互聯(lián)系的各個(gè)方面及其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，形成一種整體的思維觀念。還要關(guān)注到各方面的密切聯(lián)系，再?gòu)恼w到局部深入分析，緊密把握各個(gè)局部細(xì)節(jié)的變化。

制作產(chǎn)品，訓(xùn)練學(xué)生的工程思維

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中總是以實(shí)際需求和建造產(chǎn)品為驅(qū)動(dòng)，而實(shí)施過(guò)程是最直接體現(xiàn)任務(wù)中解決問(wèn)題的過(guò)程。STEM理念鼓勵(lì)學(xué)生在工程實(shí)踐中創(chuàng)新性地解決問(wèn)題，學(xué)生在實(shí)施具體的制造產(chǎn)品的活動(dòng)中，可以培植學(xué)生的實(shí)踐思維和構(gòu)建性思維，能夠達(dá)成培養(yǎng)工程思維的目標(biāo)。對(duì)低年段學(xué)生而言，工程和技術(shù)的實(shí)施是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)中最薄弱的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)常以傳授和演示為主，而STEM教育更強(qiáng)調(diào)動(dòng)手操作能力和創(chuàng)造能力。

在這項(xiàng)活動(dòng)中，各小組需要結(jié)合本組所繪制的棲息地設(shè)計(jì)圖，從教師提供的實(shí)驗(yàn)材料中選取合適的材料，分階段、分步驟地完成棲息地模型的搭建，使該作品能夠發(fā)揮預(yù)先設(shè)定的某種動(dòng)物的居住功能。制作過(guò)程需要解決多方面問(wèn)題，包括小組成員分工、完成時(shí)間進(jìn)度、制作先后步驟、所需材料特性和需要運(yùn)用的技能等。在動(dòng)手操作的過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了觀察、分析、比較、概括、歸納、創(chuàng)新等一系列思維活動(dòng)。

產(chǎn)品制作這一環(huán)節(jié)是STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)區(qū)別于一般科學(xué)活動(dòng)教學(xué)的重要特征。項(xiàng)目實(shí)施遵循工程制作的一般流程，學(xué)生從項(xiàng)目開(kāi)展初期學(xué)習(xí)了解的動(dòng)物生命活動(dòng)和習(xí)性等基礎(chǔ)知識(shí)，運(yùn)用理論知識(shí)實(shí)施棲息地制作前的設(shè)計(jì)。同時(shí)嘗試了數(shù)學(xué)測(cè)量與簡(jiǎn)單計(jì)算等操作，對(duì)所選取的搭建材料進(jìn)行裁剪和加工，為動(dòng)物規(guī)劃合理的休息區(qū)域和活動(dòng)空間。學(xué)生在模型搭建過(guò)程中可能會(huì)面臨一系列問(wèn)題，當(dāng)準(zhǔn)備材料不足時(shí)，是尋找補(bǔ)充材料還是選擇其他相似材料替換;當(dāng)搭建的棲息地模型與設(shè)計(jì)圖出現(xiàn)較大差異時(shí)，能否反思分析是哪些步驟出現(xiàn)了偏差;當(dāng)小組分工不均衡導(dǎo)致配合效果較差時(shí)，組長(zhǎng)與組員如何進(jìn)行協(xié)調(diào)和處理。研究過(guò)程出現(xiàn)的許多臨時(shí)性問(wèn)題都能考驗(yàn)學(xué)生的思維靈敏度和邏輯縝密性。

工程制作的成果可以是設(shè)計(jì)的圖紙，可以是實(shí)際操作的過(guò)程收獲，也可以是制作完成的半成品或初步產(chǎn)品。本環(huán)節(jié)可以有效補(bǔ)充學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的訓(xùn)練，使學(xué)生建立起項(xiàng)目工程實(shí)施的初步認(rèn)識(shí)，最重要的是學(xué)生在團(tuán)隊(duì)制作活動(dòng)中動(dòng)手操作能力和工程思維能力得到了提升。

評(píng)估產(chǎn)品，發(fā)展學(xué)生的批判思維

STEM課程所制作項(xiàng)目產(chǎn)品的檢查評(píng)估環(huán)節(jié)也是開(kāi)展科學(xué)學(xué)習(xí)成果的評(píng)價(jià)和學(xué)習(xí)過(guò)程的總結(jié)反思。STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)主導(dǎo)從課程標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，產(chǎn)品制作的成果，學(xué)生在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中思維能力的提升，團(tuán)隊(duì)協(xié)作效果和情感體驗(yàn)等方面開(kāi)展評(píng)估。學(xué)生展示、評(píng)價(jià)、檢測(cè)、改進(jìn)的環(huán)節(jié)也是STEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的關(guān)鍵步驟，學(xué)生展示出產(chǎn)品亮點(diǎn)的同時(shí)，也在自評(píng)與他評(píng)中反思產(chǎn)品的不足，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

模型的制作完成之后，各組學(xué)生輪流展示，并進(jìn)行組內(nèi)點(diǎn)評(píng)。各小組通過(guò)對(duì)比其他項(xiàng)目組的作品，從設(shè)計(jì)特點(diǎn)、材料選取、團(tuán)隊(duì)合作、模型科學(xué)性、展示環(huán)節(jié)等方面作出評(píng)價(jià)，幫助各小組客觀全面地分析模型的優(yōu)缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步改進(jìn)和完善棲息地模型。在課后條件允許的情況下，各小組可以對(duì)棲息地模型進(jìn)行測(cè)試，將小動(dòng)物放置在其中生活一周時(shí)間，維持動(dòng)物與棲息地處于相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，觀察和測(cè)試動(dòng)物的生理活動(dòng)情況是否正常，做好日常觀察記錄，再將真實(shí)的檢測(cè)結(jié)果與預(yù)設(shè)效果相比對(duì)，實(shí)現(xiàn)綜合性評(píng)價(jià)。

項(xiàng)目小組在展示和評(píng)估棲息地模型的搭建成果時(shí)，學(xué)生廣泛地開(kāi)展自評(píng)和他評(píng)，在評(píng)價(jià)中激發(fā)學(xué)生的變通思維，借助橫向類(lèi)比、知識(shí)轉(zhuǎn)化、觸類(lèi)旁通等方法突破常規(guī)思維的界限。使學(xué)生能以更新穎的方法和視角思考問(wèn)題，提出更有效的解決方案，對(duì)作品進(jìn)行改進(jìn)和完善，達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新思維的目標(biāo)，從而產(chǎn)生有實(shí)際意義的思維成果。在實(shí)際檢測(cè)中觀察模型的真實(shí)效果，在修正和完善模型的過(guò)程中增強(qiáng)項(xiàng)目產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)一步加深學(xué)生思維的寬度。

教師的評(píng)價(jià)作用是不可替代的，教師參與了學(xué)生由選題、設(shè)計(jì)、制作與檢測(cè)的完整過(guò)程，從指導(dǎo)者和觀察者的角度，全面地分析項(xiàng)目開(kāi)展的成效和存在的問(wèn)題。低年段的學(xué)生容易堅(jiān)持己見(jiàn)，不愿接納他人的意見(jiàn)，教師需要引導(dǎo)他們?cè)诿鎸?duì)不同的意見(jiàn)時(shí)采取寬容的態(tài)度，不能全盤(pán)接受或否定，應(yīng)批判性地分析他人的意見(jiàn)，審慎地做出判斷，或暫不下判斷，或修改已有判斷，以真誠(chéng)客觀的態(tài)度去接受多種解決問(wèn)題的方法，進(jìn)而提升學(xué)生認(rèn)知的成熟度，增強(qiáng)他們的批判性思維。

總? 結(jié)

小學(xué)科學(xué)的STEM項(xiàng)目學(xué)習(xí)是基于真實(shí)問(wèn)題解決的探究學(xué)習(xí)、基于工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與問(wèn)題解決能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。學(xué)生有大量的機(jī)會(huì)通過(guò)摸索、探究、決策來(lái)驗(yàn)證他們認(rèn)為有創(chuàng)造性、能解決問(wèn)題的方案，他們?cè)诮鉀Q問(wèn)題的過(guò)程中通過(guò)犯錯(cuò)、分析失誤、改進(jìn)，使能力得到提升。讓學(xué)生掌握知識(shí)與技能，進(jìn)行靈活遷移應(yīng)用、解決實(shí)際問(wèn)題，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

基于STEM理念開(kāi)展的項(xiàng)目學(xué)習(xí)是一個(gè)學(xué)生親身體驗(yàn)知識(shí)內(nèi)容獲取、技能掌握、技巧鍛煉的過(guò)程。從探究?jī)?nèi)容的選擇、項(xiàng)目產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作、產(chǎn)品檢測(cè)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)中，教師可從激發(fā)動(dòng)機(jī)、引發(fā)認(rèn)知沖突、改進(jìn)技術(shù)、拓展延伸等方面調(diào)動(dòng)學(xué)生的知識(shí)和技能儲(chǔ)備，使學(xué)生的思維碰撞出火花，形成創(chuàng)意并付諸實(shí)踐。低年段學(xué)生認(rèn)識(shí)事物的過(guò)程是由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由量變到質(zhì)變的過(guò)程。所以，教師要根據(jù)學(xué)生掌握知識(shí)的規(guī)律對(duì)學(xué)生進(jìn)行由淺入深的滲透和對(duì)學(xué)生邏輯思維進(jìn)行由淺入深的訓(xùn)練。學(xué)生在低年級(jí)的科學(xué)學(xué)習(xí)中形成的探索、思考和創(chuàng)造能力將會(huì)對(duì)未來(lái)的成長(zhǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，良好的科學(xué)思維能力和科學(xué)素養(yǎng)基礎(chǔ)也將促使其更好地開(kāi)展各類(lèi)型學(xué)習(xí)活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。