育人視域：科學(xué)思維和實(shí)踐共生的課堂結(jié)構(gòu)研究

江蘇連云港市建寧小學(xué)（222000）張會

指向思維和實(shí)踐共生的科學(xué)課堂，有助于發(fā)展學(xué)生的思維，這與學(xué)生核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)需求相呼應(yīng)。這樣的課堂強(qiáng)調(diào)手腦并用、思維和實(shí)踐的結(jié)合，以有結(jié)構(gòu)的材料為抓手，鋪就課堂教學(xué)的基礎(chǔ)；以有結(jié)構(gòu)的設(shè)計為腳手架，搭建課堂教學(xué)的框架；以有結(jié)構(gòu)的活動為整體，抓住科學(xué)課程實(shí)踐活動的特性，形成指向思維和實(shí)踐共生的科學(xué)課堂結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。在這樣的課堂上，學(xué)生通過深入加工獲得知識信息，了解科學(xué)概念，建立個體具體的知識系統(tǒng)，并有效地遷移和運(yùn)用到實(shí)際情境中，促進(jìn)動作技能與心理科學(xué)、動態(tài)思維和形象思想的協(xié)調(diào)發(fā)展，最終提升科學(xué)核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

一、有結(jié)構(gòu)的材料，鋪墊指向思維與實(shí)踐共生的課堂地基

1.材料的結(jié)構(gòu)化

從教學(xué)材料的整體選擇上來看，“工欲善其事，必先利其器”，所以教師要提供具有整體結(jié)構(gòu)的教學(xué)材料給學(xué)生。教具設(shè)計的目標(biāo)是完成物理觀測和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而有特殊結(jié)構(gòu)的科學(xué)材料則是完整進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的奠基石。

例如，教學(xué)蘇科版教材四年級下冊《擺》時，教師精心設(shè)計教學(xué)，先引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識不同的擺長，然后測量不同擺長的擺在相同時間內(nèi)擺動的次數(shù)。這體現(xiàn)了教師的設(shè)計思路，也為學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題提供了豐富的實(shí)證材料。隨后，教師要求學(xué)生分組測量給定擺長在15秒鐘內(nèi)擺動的次數(shù)。教師提供的擺長是有結(jié)構(gòu)的，經(jīng)過設(shè)計后，擺在規(guī)定的時間內(nèi)擺動的次數(shù)是固定的。接著，教師通過演示，以更直觀的形象讓學(xué)生感受擺長與擺動速度的線性規(guī)律。這樣，學(xué)生通過有結(jié)構(gòu)的材料經(jīng)歷了認(rèn)識擺、操作擺、驗(yàn)證擺、總結(jié)擺的運(yùn)動的過程。

再如，教學(xué)蘇科版教材五年級上冊《電磁鐵》時，在探究電磁鐵磁性大小與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生探究線圈的匝數(shù)、電池的數(shù)量、鐵芯的粗細(xì)等對電磁鐵磁性大小的影響。教師給學(xué)生提供不同數(shù)量的線圈匝數(shù)，讓學(xué)生找出電磁鐵磁性大小與線圈匝數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系；通過增減電池數(shù)量，了解電流大小對電磁鐵磁性大小的影響；通過更換粗細(xì)不同的鐵芯，探究其對電磁鐵磁性大小的影響。

有結(jié)構(gòu)的材料，有效支撐了控制變量的實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，直觀和抽象、理性和感性相互補(bǔ)充，有利于學(xué)生內(nèi)化獲取的新知識。從學(xué)習(xí)的角度來看，組織科學(xué)活動是基于思維與實(shí)踐共生的一種有意義的活動。思考源于對實(shí)踐的認(rèn)識。教師通過創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生廣泛聯(lián)想、產(chǎn)生疑問、合理猜測，將“為什么”的問題轉(zhuǎn)化成“怎樣做”的問題，進(jìn)而產(chǎn)生求證行動，用事實(shí)、數(shù)據(jù)對思考進(jìn)行驗(yàn)證，證明思考的正確性?！皵[運(yùn)動的快慢與什么有關(guān)”這個問題，催生了學(xué)生驗(yàn)證的動機(jī)，而驗(yàn)證的結(jié)果可有效促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展，升華實(shí)踐的內(nèi)涵和意義，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

2.材料的多元化

知識只有在特定的情境中才能變得鮮活。蘭本達(dá)教授提出“材料引起經(jīng)歷”的觀點(diǎn)，認(rèn)為具有科學(xué)性、層次性、啟發(fā)性的材料，可以提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，對培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維非常重要。

例如，筆者曾聽過兩節(jié)教學(xué)蘇科版教材五年級上冊《光的反射》的課，其中一位教師的教學(xué)過程如下：豎立一個靶—用普通遮擋物遮擋豎立的靶—用激光筆射向靶，靶被遮擋物遮擋—遮擋物倒下，激光筆的光線射向靶，認(rèn)識光沿直線傳播—認(rèn)識光的反射—認(rèn)識入射光和反射光都沿直線傳播—認(rèn)識潛望鏡。這樣用材料支撐教學(xué)，課堂活動更立體、更鮮活。而另外一位教師則采用了解暗盒的方式，讓學(xué)生認(rèn)識光的反射：用多媒體出示一個黑色盒子，拋出問題“激光筆從A孔照射，光線會從哪個孔射出來”；學(xué)生推測光線從B孔射出，但實(shí)驗(yàn)顯示光線從D孔射出，由此產(chǎn)生認(rèn)知沖突；學(xué)生分析原因，先通過設(shè)計圖的差異，明確鏡子的作用，然后利用空盒子從實(shí)驗(yàn)盤中選擇材料進(jìn)行驗(yàn)證；學(xué)生都選擇了鏡子，沒有選擇布片、紙片、銅片、塑料片、砂紙等材料；教師提出疑問，讓學(xué)生選擇其中一種材料替換鏡子，觀察光線的照射效果，從而認(rèn)識其他材料也能反射光，但效果不同。

同一節(jié)課，雖然課堂中呈現(xiàn)的材料各不相同，但是教師都有意識地利用這些有結(jié)構(gòu)的材料為學(xué)生的探究活動做鋪墊，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)科學(xué)、在思考中深化認(rèn)知、在體驗(yàn)中提升素養(yǎng)，構(gòu)建指向思維和實(shí)踐共生的科學(xué)課堂。

二、有結(jié)構(gòu)的設(shè)計，搭建指向思維和實(shí)踐共生的課堂框架

1.設(shè)計的結(jié)構(gòu)性

在設(shè)計方案的過程中，教師要從多個角度入手，準(zhǔn)確預(yù)設(shè)學(xué)生研究的課題方向，深入分析每個學(xué)生的實(shí)際情況，以最壞的研究結(jié)果來預(yù)設(shè)研究方案，使課堂教學(xué)靈動、和諧，學(xué)生的思維活動達(dá)到理想狀態(tài)。

例如，教學(xué)“核桃碎了”這一實(shí)驗(yàn)時，教師通過“如何利用10 mL的水弄碎核桃”這個問題，組織學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)。為了支撐研究，教師先通過粗細(xì)不同的注射器中10 mL水的對抗，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)力量的差別。借助數(shù)顯式測力計，學(xué)生通過數(shù)據(jù)明確粗細(xì)不同的注射器中10 mL水的力量差異。然后，教師從手拿注射器壓核桃到固定注射器壓核桃，讓學(xué)生感受單獨(dú)的注射器在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，從而引入注射器液壓裝置，突出其在實(shí)驗(yàn)過程中的優(yōu)勢，讓學(xué)生改進(jìn)材料裝置，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。在活動設(shè)計中，教師充分考慮了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)時可能出現(xiàn)的問題，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生逐步解決問題，完成項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。

再如，教學(xué)蘇科版教材一年級上冊《球會怎樣滾》一課時，教師提供一個軌道，讓學(xué)生思考“不提供力，如何讓球滾起來”的問題，學(xué)生建議將軌道傾斜。教師找來一個底座，與軌道形成一個斜坡，讓學(xué)生思考“球在軌道上滾動可能與什么有關(guān)”的問題。圍繞坡度大小、球的位置、球的大小三個方面，教師首先在15°角、30°角、45°角的斜坡上演示球滾動的情況，得出球滾動的距離與坡度有關(guān)；接著，在60°角、80°角與45°角的坡上演示球滾動的情況，得出“不是角度越大，球滾動得越遠(yuǎn)”的結(jié)論。對球的位置、球的大小對球滾動的距離的影響，教師讓學(xué)生嘗試預(yù)測并設(shè)計實(shí)驗(yàn)。整個教學(xué)活動，教師的教學(xué)思路如下：一個坡的探究活動—有底座的坡的探究活動—不同角度的坡的探究活動—V型坡的探究活動—從一個球的滾動情況到多個球的滾動情況的探究活動—從牛頓擺一個球的滾動情況預(yù)設(shè)到牛頓擺多個球的滾動情況預(yù)設(shè)。有結(jié)構(gòu)的活動預(yù)設(shè)支撐起立體的研究活動，教師引導(dǎo)學(xué)生充分研究球滾動的情況，打造了指向思維和實(shí)踐共生的科學(xué)課堂。

2.設(shè)計的程序性

科學(xué)探究活動可以使學(xué)生在40分鐘內(nèi)經(jīng)歷一個完整的研究過程，即經(jīng)歷提出問題、猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計、分析數(shù)據(jù)等過程，從而培養(yǎng)學(xué)生分析與綜合、歸納與概括的能力，深化學(xué)生對知識的理解。例如，教學(xué)蘇科版教材四年級下冊《擺》時，教師提出問題：“擺的運(yùn)動速度與什么相關(guān)？”學(xué)生猜測擺的運(yùn)動速度可能與擺線、擺錘和振幅有關(guān)。教師給學(xué)生提供不同質(zhì)量的擺錘、不同長度的擺線等材料，讓學(xué)生通過對比實(shí)驗(yàn)，分析得出擺的運(yùn)動速度與擺線的長度有關(guān)，與擺錘的質(zhì)量、振幅沒有關(guān)系。

對工程設(shè)計類的課程，教師可以先通過多媒體讓學(xué)生體驗(yàn)工程人員的研究過程，如前期研究、設(shè)計方案、制作模式、測試改進(jìn)等，然后嘗試動手操作，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。例如，教學(xué)蘇科版教材五年級上冊《小電路工程師——樓梯篇》時，教師提出課程學(xué)習(xí)目標(biāo)：設(shè)計一個合理的樓梯開關(guān)。學(xué)生在初步設(shè)計后發(fā)現(xiàn)，自己的電路開關(guān)會出現(xiàn)“一人上樓后，別人就不能開一樓的燈”的問題。為了解決這個問題，學(xué)生完善設(shè)計，但又出現(xiàn)了“一樓、二樓的燈不能循環(huán)亮，而是一次性亮或滅”的問題。學(xué)生接著對問題進(jìn)行分析，不斷完善設(shè)計，經(jīng)歷了“一個開關(guān)控制燈泡的兩個開關(guān)—一個開關(guān)分別控制燈泡的兩個開關(guān)—兩個開關(guān)同時控制一個燈泡的亮和滅”的過程，最終解決出現(xiàn)的問題。整個研究過程始終抓住學(xué)生的認(rèn)知沖突，利用反復(fù)改進(jìn)的迭代設(shè)計來解決問題。

為了讓探究活動更有計劃、更有針對性，教師可以按“設(shè)計方案—制訂評價標(biāo)準(zhǔn)—完善設(shè)計—動手操作—評價—改進(jìn)”的順序設(shè)計活動，讓“思”始終走在“做”之前，指導(dǎo)“做”的方向，使課堂教學(xué)更高效。

三、有結(jié)構(gòu)的活動，支撐指向思維和實(shí)踐共生的課堂整體

1.活動的關(guān)聯(lián)性

教師可以通過有邏輯關(guān)系的活動設(shè)計，層層鋪墊，環(huán)環(huán)相扣，讓學(xué)生始終處于做中思、思中做、做思共生的氛圍中，以提高課堂活動效率，打造高效的“做思共生”課堂。

例如，教學(xué)蘇科版教材五年級上冊《光的反射》時，教師圍繞激光筆打靶來展開教學(xué)：直接射靶，讓學(xué)生感受光的直線傳播；先引導(dǎo)學(xué)生思考如何觀察光的直線傳播，然后用煙霧持續(xù)射擊，通過煙霧的運(yùn)動軌跡展示光沿直線傳播的路徑；增加難度，遮擋靶，但仍要打中靶心，讓學(xué)生想辦法解決問題；引入小鏡，通過光的反射原理打中靶心，使學(xué)生明白入射光線和反射光線都是沿直線傳播的；固定激光筆打靶，引導(dǎo)學(xué)生思考如何在入射光線與反射光線各不相同的情況下打中目標(biāo)；增加一面小鏡，分組試驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識光的反射現(xiàn)象，為引入潛望鏡奠定基礎(chǔ)；提高難度，讓學(xué)生思考如何看清遠(yuǎn)處盒子里裝的東西；學(xué)生通過鏡子的反射看清盒子里的東西；引入兩面鏡子，降低觀察難度，介紹潛望鏡；通過潛望鏡的體驗(yàn)活動，進(jìn)一步拓展學(xué)習(xí)光的反射知識。

在課堂教學(xué)過程中，教師逐級設(shè)計打靶任務(wù)，讓學(xué)生如同玩闖關(guān)游戲那樣完成階梯任務(wù)，解決一個個新問題，從而理解與掌握光的反射知識。

2.活動的層次性

通過不同層次的活動設(shè)計，有針對性地進(jìn)行活動指導(dǎo)，更容易把控課堂的動態(tài)生成，使課堂動靜結(jié)合、節(jié)奏流暢，學(xué)生更積極主動地學(xué)習(xí)。

例如，教學(xué)蘇科版教材二年級下冊《磁鐵的吸力》時，教師先利用觀察到的現(xiàn)象引入研究問題“磁力是怎樣減弱的”，然后借助電子秤、螺桿和磁鐵，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)情況。教師按照“一塊磁鐵磁力減弱的情況—一塊與多塊異性磁鐵放在一起時磁力減弱的情況—多塊磁鐵異性磁極相間排列時磁力減弱的情況—一對相斥、兩對相斥、三對相斥、四隊(duì)相斥等多塊相斥磁鐵排列時磁力減弱的情況”的順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，層層深入地讓學(xué)生在比較實(shí)驗(yàn)中了解磁力是如何減弱的，以及磁力減弱受什么因素影響。

例如，筆者曾聽過一節(jié)蘇科版教材五年級上冊《解釋》的公開課，教學(xué)伊始，教師以“嚼口香糖感受口香糖在口腔中的變化”的任務(wù)，讓學(xué)生描述感受。學(xué)生通過親身體驗(yàn)后描述感受：“剛開始嚼的時候，口香糖是硬的；嚼了一會兒后，口香糖變軟，甜味和薄荷味越來越濃；幾分鐘后，口香糖還是軟的，但是甜味和薄荷味消失了?！苯處煶脵C(jī)告訴學(xué)生：“這種感受是個人的真切體驗(yàn)，是一種事實(shí)。”接著，教師提出問題：“口香糖為什么會出現(xiàn)這些變化？”學(xué)生分析后認(rèn)為：口香糖的糖衣可以溶解，但膠基不能溶解。教師告訴學(xué)生：“這樣對問題進(jìn)行分析并得出結(jié)論，就叫解釋?！彪S后，教師讓學(xué)生體驗(yàn)“同時咀嚼口香糖和薯片，口香糖會消失”的活動。學(xué)生通過活動講述膠基+薯片會消失的事實(shí)，分析可能是膠基與薯片的成分發(fā)生了反應(yīng)。教師告訴學(xué)生：“雖然可以通過相關(guān)信息對一個現(xiàn)象進(jìn)行解釋，但實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證解釋的正確性?！闭n程中，教師利用“單獨(dú)嚼口香糖—同時嚼薯片和口香糖”的漸進(jìn)性活動，加深學(xué)生對事實(shí)和解釋的概念的認(rèn)識。

再如，教學(xué)蘇科版教材六年級上冊《鋼筋混凝土和現(xiàn)代建筑業(yè)》時，教師通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生觀察分析普通混凝土和鋼筋混凝土的不同，為模擬制作和進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)做好認(rèn)知準(zhǔn)備。在制作和測試的過程中，教師先讓學(xué)生思考如何進(jìn)行普通混凝土和鋼筋混凝土的承重對比實(shí)驗(yàn)，以及實(shí)驗(yàn)中需要注意的細(xì)節(jié)，再讓學(xué)生動手模擬制作兩種混凝土磚塊。學(xué)生親歷了兩種磚的承重實(shí)驗(yàn)，了解了鋼筋混凝土在抗壓強(qiáng)度方面的優(yōu)勢，明白優(yōu)質(zhì)的材料對現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的重要作用，對所學(xué)知識的掌握更扎實(shí)了。

這種有結(jié)構(gòu)的活動設(shè)計，由于研究活動各層次之間有邏輯關(guān)系，所以課堂教學(xué)設(shè)計得更連貫，能使學(xué)生的思考不斷深入，科學(xué)思維更嚴(yán)密。這種層層相扣的活動，使學(xué)生的思維產(chǎn)生碰撞，迸發(fā)出智慧的火花。

有結(jié)構(gòu)的材料、有結(jié)構(gòu)的設(shè)計、有結(jié)構(gòu)的活動，三者之間的有效融合呈現(xiàn)“思”的骨架，構(gòu)建“做”的脈絡(luò)，造就指向科學(xué)思維和實(shí)踐共生的科學(xué)課堂，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，最終實(shí)現(xiàn)了科學(xué)育人的目標(biāo)。