在反思中提升科學探究的元認知能力

許飛

摘要引導學生對科學探究活動進行反思和總結并形成對科學認知的元認知，可以讓學生清晰了解科學探究的方法和程序，對提升學生的科學探究能力具有重要意義。反思單元的主要目標就是，引導學生通過分析歷史上成功的科學研究案例和反思自己的探究經(jīng)歷，使其更加清晰地認知科學探究方法，更好地提高科學探究能力。

關鍵詞反思;科學探究;元認知;教學思路

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.36.030

Improving the Metacognitive Ability of Scientific Inquiry in Reflection

XU Fei

（Jiangsu Nantong High-tech Zone Primary School，Nantong，Jiangsu 226300）

Abstract：Guiding students to reflect and summarize scientific inquiry activities and form metacognition of scientific cognition can make students clearly understand the methods and procedures of scientific inquiry，which is of great significance to improve students，scientific inquiry ability. The main goal of the reflection unit is to guide students to better understand scientific inquiry methods and improve their scientific inquiry ability by analyzing successful scientific research cases in history and reflecting on their own inquiry experience.

Keywords：reflection;scientific inquiry;metacognitive;teaching ideas

科學探究活動是人類對自然世界的高級認知活動，已經(jīng)在人類長期的科學活動中形成了特有的方法和程序。學生對科學探究活動進行反思和總結并形成對科學認知的元認知，可以讓他們清晰了解科學探究的方法和程序，對提升他們的科學探究能力具有重要意義。對于小學生而言，如果沒有科學探究的實踐經(jīng)歷，僅僅從文字層面去了解科學探究的流程和方法，是不可能真正掌握科學探究方法并提升科學探究能力的。因此，學生在具體的探究活動中掌握科學探究的“做中學”學習方式，是他們學習科學探究方法的有效方式之一。顯然，僅僅讓學生經(jīng)歷科學探究是遠遠不夠的，只有在實踐之后引導他們善于反思和總結，才能幫助他們將經(jīng)歷提升為對后續(xù)行為有借鑒價值的經(jīng)驗。為了引導學生將自己的探究經(jīng)歷提煉為探究經(jīng)驗，引領他們更加清晰而系統(tǒng)地認識科學探究，更好地提高科學探究能力，大象版《科學》教材（以下簡稱“本套教材”）在每冊教材上都設計了一個特殊類型的教學單元——反思單元。

黑格爾說過，反思是一種事后思維。本套教材的反思單元安排在每冊教材的最后，就是想引導學生在經(jīng)歷一學期科學探究之后，對既有的探究經(jīng)歷進行回顧、反思和再認識。由于反思單元不設定具體的科學知識目標，活動形式和綜合探究單元的探究活動、設計制作活動也不完全一樣，有些教師對反思單元的教學思路把握得不是很到位。下面結合本套教材五年級上冊的反思單元“日心說的先驅”來談一談教學思路。

1閱讀故事，重在剖析

為了增加反思活動的有效性、引領性和趣味性，反思單元圍繞每冊所側重培養(yǎng)的探究要素目標設計了“讀、思、做”三大環(huán)節(jié)，作為此類單元的基本結構。

“讀”就是引導學生閱讀與本冊側重培養(yǎng)的科學探究要素相關的科學家進行科學探索的史實故事，對科學家的探究過程進行深入分析，從而更加深入地了解某些科學探究的過程或方法。

本套教材根據(jù)既定的培養(yǎng)框架選編了相關主題的科學探索的史實故事，作為學生研讀、分析科學探究方法和過程的案例，以引導他們了解“科學家是怎樣做研究的”。比如，“日心說的先驅”單元就是根據(jù)本冊教材承擔的“提出問題”和“作出假設”這兩項主要探究要素培養(yǎng)目標，選編了古希臘天文學家阿里斯塔克通過估測太陽、地球、月球三者之間的距離和相對大小，提出“日心說”的故事，作為學生研讀和剖析科學家如何建立假說（作出假設）的案例。

顯然，這個環(huán)節(jié)的教學活動并不只是讀，而是重在讀后的剖析。比如，在教學時，教師要先指導學生了解這個故事描述的過程，再引導他們思考和分析阿里斯塔克提出“日心說”的依據(jù)是什么，以及他是怎樣獲得這些數(shù)據(jù)的，然后引導學生思考從這個案例中可以獲得哪些啟示。

首先，教師引導學生通過閱讀，了解阿里斯塔克提出的“日心說”并不是一個憑空的猜測，而是基于對天象的觀察并利用幾何知識對太陽、地球、月球三者之間的距離，以及三者相對大小的觀測和推算出的數(shù)據(jù)作出的有根據(jù)的假設。

其次，教師引導學生了解阿里斯塔克所用方法的科學邏輯和對科學研究的價值。雖然阿里斯塔克當時推算的數(shù)據(jù)與現(xiàn)代的測量數(shù)據(jù)有較大差距，但他確實是運用幾何學知識觀測、推算并根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)提出“日心說”的第一人。他的這種基于已有知識和觀察經(jīng)驗進行推理，從而提出科學假說的方法，不僅為后來的科學家提供了一個新的思路，也給我們的科學學習，特別是如何提出猜想和作出假設提供了極有價值的啟示。因此，教師在教學時應該引導學生認真理解其過程和方法，并對其中涉及的幾何知識做簡單的、必要的補充和解說，以幫助他們加深理解其方法的合理性，從而理解科學假說的邏輯性。

最后，教師要讓學生知道科學假說的確立和證實都需要證據(jù)支撐。阿里斯塔克的觀測、推算以及幾何知識的運用是符合科學邏輯的，但光有合理的科學方法還不夠，科學假說能否成立需要事實證據(jù)來檢驗?？茖W假說在被人們接受之前，往往會受到質疑。這些質疑通常是基于理論能否解釋已有的事實證據(jù)提出的，這也是一個科學假說得以立足所必須經(jīng)歷的過程。所以，教師還要引導學生繼續(xù)閱讀故事，了解阿里斯塔克提出的“日心說”遭到了人們的質疑以及人們提出這些質疑的理由，看一看他在遭到質疑后是怎樣做出合理解釋的。遺憾的是，雖然他的解釋是合理的，并且和現(xiàn)代天文學完全吻合，但他卻因當時天文觀察水平的局限拿不出有力的證據(jù)——恒星視差，即一年中恒星在天空背景上的位置變化。因此，“日心說”直到19世紀真正觀測到恒星視差才被所有的天文學家所接受。這些故事細節(jié)，生動地說明了一個假說的提出不僅要有依據(jù)，而且最終證實也需要證據(jù)支撐。這一點需要讓學生理解。

2全面反思，知能并重

“讀”這個環(huán)節(jié)是基于科學家真實的科學探索史實故事對科學探究過程或方法的元認知。接下來的“思”這個環(huán)節(jié)是學生基于自己的科學探究實踐對科學探究的元認知。也就是說，通過閱讀科學家故事已經(jīng)知道了科學家是怎么做的，那么我們自己是怎么做的呢？教師引導學生回過頭來審視一下自己的探究經(jīng)歷，看看其中有哪些經(jīng)驗和教訓，有哪些需要借鑒或改進。

這樣的教學內(nèi)容和教學形式，是科學課教學的一次嶄新嘗試。教師要防止出現(xiàn)空對空談經(jīng)驗、講方法的“純理論”模式，一定要引導學生結合具體的探究內(nèi)容和探索經(jīng)歷來展開討論和交流。具體教學時，可以從回顧學習內(nèi)容、反思探究經(jīng)歷、提煉探究經(jīng)驗三個層面來引導。

回顧學習內(nèi)容。反思單元作為一學期最后一個單元，也承擔著“復習”一學期所學科學知識的任務。因此，在組織這一單元教學時，教師可以先引導學生回顧一下本學期學習了哪些科學知識，做過哪些科學探究活動。這樣既達到學期總復習的目的，又為接下來的反思探究經(jīng)歷提供了可以具體分析的案例。

反思探究經(jīng)歷。根據(jù)教學目標教師引導學生圍繞這些具體內(nèi)容的學習過程，回憶自己是怎樣完成相關探究環(huán)節(jié)的。比如五年級上冊側重訓練的探究要素是“提出問題”和“作出假設”，那就引導學生回憶自己對哪個問題提出過哪些假設，自己是怎樣作出這些假設的，作出這些假設的依據(jù)是什么。如圍繞蒸發(fā)快慢和哪些因素有關的問題。

師：在探究水的蒸發(fā)快慢與哪些因素有關的問題時，你作出過什么假設？

生：我的假設是水的蒸發(fā)快慢與氣溫有關。

師：當時你怎么會作出這個假設？有什么根據(jù)嗎？說說你當時是怎樣想的。

生：因為我看到我媽總把衣服拿到太陽光下去曬，太陽光下溫度高，所以我猜想蒸發(fā)的快慢與溫度有關。

生：我當時也猜想蒸發(fā)快慢與溫度有關，是因為我發(fā)現(xiàn)把濕毛巾放在取暖器上能很快被烘干。

師：看來你們的假設都是有根據(jù)的，這些根據(jù)就是你們在生活中觀察到的自然現(xiàn)象。

只有結合和依托具體的科學探究經(jīng)歷進行回顧，才能真正引發(fā)學生對探究過程的反思，也才可能提煉探究的經(jīng)驗和方法，我們在教學時也才能有依據(jù)地作出恰當?shù)脑u價和合適的引導。

提煉探究經(jīng)驗。教師在引導學生圍繞具體學習內(nèi)容反思探究經(jīng)歷的基礎上，還可以適當引導學生總結和提煉一些科學方法和經(jīng)驗。比如，讓學生自己總結，認識到科學假設不能靠憑空的猜測，而是需要經(jīng)驗和事實做支撐，需要利用已有知識對一些數(shù)據(jù)、資料進行計算和推理等。小學生探究經(jīng)歷有限，總結概括的能力也有限，因此教師對這些探究經(jīng)驗的提煉要求不宜太高，重點培養(yǎng)他們反思、總結和提煉經(jīng)驗的意識。只要學生能真正積極思考，有所總結，并且勇于發(fā)表自己的真實想法，就應當鼓勵和褒獎。

3“做”“評”結合，激發(fā)興趣

盡管“讀”和“思”兩個環(huán)節(jié)的教學結合了科學家的具體案例和學生的親身探究經(jīng)歷，但教學的形式主要是“想一想，說一說”。這對于小學生來說，難以長時間保持他們的學習興趣，需要教師繼續(xù)創(chuàng)造更加具象化的活動，讓教學更加實在、有趣且可操作。為了達到這個目標，教材設計了“做”這個環(huán)節(jié)。

“做”是反思的延續(xù)和具象化操作，通過具體可見且可操作的活動，可以讓反思變得更加有趣、實在?！白觥本哂腥龑觾?nèi)涵：

其一，通過一定的活動把反思的內(nèi)容和成果實現(xiàn)“可視化”。比如，一年級上冊的反思單元，設計了“制作科學探究樹”，以此展示學生提出的問題和作出的猜想，目的是引導學生以一種有趣的方式，把自己的科學學習成果變得“可視”，以幫助他們體驗更強烈的科學學習的成就感。同時，教師可以促進學生展開進一步交流，激發(fā)他們在未來的科學學習中不斷提出更多感興趣的問題。教材以“樹葉”呈現(xiàn)問題，以“果實”呈現(xiàn)猜想，如果學生能提煉出提出問題或作出猜想的經(jīng)驗，則可以寫在“樹皮”上。實際教學時，每個學生都可以把自己的問題、猜想或經(jīng)驗寫在相應形狀的紙片上，貼到這棵“科學探究樹”上。隨著科學教學的日積月累，這棵“科學探究樹”就會越來越“枝繁葉茂”。

其二，“做”可以是學生通過反思探究經(jīng)歷，對科學方法有了進一步認識之后的再應用、再實踐。比如，在一年級下冊的反思單元“我們也在找證據(jù)”中，學生通過閱讀“大陸漂移說”的故事，回顧自己的探究經(jīng)歷，進一步認識了猜想與證據(jù)的關系。之后，教師引導他們制作自己的“證據(jù)小火車”，讓他們把曾經(jīng)做過的研究，以證據(jù)鏈的形式梳理并展現(xiàn)出來。這樣讓反思活動變得更具操作性，是他們探究能力提升的良好契機。

其三，可以把學生做出來的成果作為探究小組或學生個人一學期或更長時間段的科學學習成效的評價依據(jù)。教師既可以組織學生將自己“做”的結果拿出來展示交流和互相評價，也可以根據(jù)這些成果，對學生的科學探究能力發(fā)展及科學知識掌握情況進行評估和指導。

本套教材五年級上冊反思單元以建立“我的科學假說”為任務驅動，引領學生對自己的科學認知進行整理，對科學探究和生活中的各種科學現(xiàn)象嘗試建立自己的假設性解釋，并以合適的形式進行解釋和交流。這既是學生對已有的科學知識經(jīng)驗的整理，又是對作出假設的過程有了新的認識之后的再實踐。學生運用剛剛建立起來的對作出假設的新認識，再次梳理自己的科學認知，嘗試建立屬于自己的“科學假說”，也就是對某個科學現(xiàn)象提出自己的理解和解釋。這個活動似乎有一些難度，但這些案例源自教學實際，具有一定的挑戰(zhàn)性，能夠激發(fā)學生的認知興趣。比如，有學生大膽提出了自己對水面為什么能高出杯口而不溢出來的現(xiàn)象的假設性解釋：水表面的分子就像一個個能手拉手圍在一起的孩子，能把內(nèi)部的水分子圍起來不讓它們亂跑，所以杯子內(nèi)部的水會被表面的水圍住，當它們高于杯口時也不會溢出來。學生還通過多人模擬表演的方式，給其他同學解釋，受到了教師的表揚和同學們的稱贊，他的成就感和喜悅感溢于言表。這樣的例子還有很多，比如恐龍滅絕的原因、熱脹冷縮的原因、月相變化的原因等。

在實際教學中，教師還可以讓學生用自己的名字給提出的假說命名，進一步激發(fā)了學生的興趣和成就感。在學生提出各種各樣的假說時，教師不對他們的假說作絕對的對錯評判，而是引導他們針對假說建立的依據(jù)進行一些闡釋，或者引導他們互相補充一些必要的證據(jù)，彌補、完善思路上的缺陷。這樣教學，既突出了本單元的教學重點，讓學生深刻領悟作出假設是一個有根據(jù)、重證據(jù)、講邏輯的過程，又幫助更多的學生順利地建立起自己的假說。在教師的激勵下，每個小組甚至每個學生都嘗試建立了自己的假說，反思單元的教學成為學生一學期乃至更長時間科學學習“大豐收”的慶典。只有這樣，我們才能讓學生感受到科學的無窮趣味，樹立探究科學的自信，發(fā)展科學志趣。

參考文獻

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