從科學(xué)思維方法的視角設(shè)計科學(xué)教學(xué)

賈欣 _ 北京教育科學(xué)研究院 楊燕萍 _ 北京第一實驗小學(xué)

- 編者按 -

近日，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》，深入貫徹習(xí)近平總書記在中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時的重要講話精神，系統(tǒng)部署在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法。在課堂教學(xué)中深入落實《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）》，是做好科學(xué)教育加法的關(guān)鍵舉措。本期邀請北京教育科學(xué)研究院基礎(chǔ)教育教學(xué)研究中心科學(xué)教研室教研員賈欣老師和北京第一實驗小學(xué)楊燕萍老師、康爭老師，分享他們關(guān)于《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）》中提出的科學(xué)思維培養(yǎng)方面的相關(guān)探索。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）》明確指出并強調(diào)了科學(xué)思維培養(yǎng)的重要性。在《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準（2022年版）》解讀中提到，科學(xué)素養(yǎng)包括科學(xué)與應(yīng)用、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？茖W(xué)思維與創(chuàng)新又包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。其中，科學(xué)推理不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類比推理，而且包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類等思維方法。

如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維？在小學(xué)科學(xué)學(xué)科實際教學(xué)中，教師往往關(guān)注探究活動的完成情況，忽視探究活動中學(xué)生認識事物、解決問題過程的方法。教師應(yīng)在科學(xué)教學(xué)活動中找到科學(xué)思維的方法及應(yīng)用過程，用它來設(shè)計探究活動、評價探究活動，以思定教。將科學(xué)思維方法作為突破口，尋找認識事物、解決問題的思維方法，將思維方法過程化并以此為依據(jù)設(shè)計學(xué)生科學(xué)探究的活動。這樣的思考和嘗試會讓教師的教學(xué)具有“思維”含量。

基于科學(xué)思維方法進行科學(xué)教學(xué)的教材分析和教學(xué)設(shè)計，需要關(guān)注兩個方面。一是從探究情境線索中，抓主要思維方法。在科學(xué)探究過程中，思維方法的運用是復(fù)雜、多樣的。所以，針對教材和教學(xué)情境，我們應(yīng)該選取其中的主要思維方法，圍繞主要思維方法展開，化繁為簡。二是圍繞主要思維方法，鋪展思維過程，建構(gòu)探究思維的邏輯結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)教學(xué)中思維活動的核心是尋求“可靠的斷言”，所以，當(dāng)抓住主要思維方法展開教學(xué)設(shè)計后，需要將思維方法過程化，從中梳理思維脈絡(luò)，將過程中出現(xiàn)的思維方法圍繞主要思維活動構(gòu)建邏輯。例如，在歸納思維中，或然性的存在是教學(xué)中不可避免的，而提升探究結(jié)果可靠性的途徑是進行更多方法的實驗驗證。這其中不同實驗所采用的的科學(xué)思維方法的意義就是圍繞歸納思維活動，彌補其或然性帶來的缺陷。這樣，整體的思維活動設(shè)計就有了核心，真正為尋求“可靠的斷言”而設(shè)計學(xué)習(xí)活動。

那么，要如何從科學(xué)思維的角度設(shè)計科學(xué)教學(xué)呢？以“聲音的產(chǎn)生”這一教學(xué)內(nèi)容為例，簡要闡述展開過程。

“聲音的產(chǎn)生”這一課的核心就是要通過枚舉不同的物體發(fā)出聲音的現(xiàn)象，找出其中共同的特征，采用求同歸納法來提出具有普遍意義的規(guī)律——“聲音是物體振動產(chǎn)生的”。教材中普遍使用振動現(xiàn)象明顯的皮筋、尺子和振動現(xiàn)象不明顯的小鼓、音叉為教學(xué)用具。教學(xué)中也常常安排現(xiàn)象明顯的器材首先出現(xiàn)，現(xiàn)象不明顯的器材隨后出現(xiàn)。究其原因，往往就是因為學(xué)生認識事物要遵循從直觀到抽象的順序安排，而關(guān)于科學(xué)思維方法與其相關(guān)的原因分析不多?？梢試L試用求同歸納法進行分析，以求找出這幾種器材之間的關(guān)聯(lián)，用來了解科學(xué)思維與教學(xué)設(shè)計之間的聯(lián)系。

1.基于觀察發(fā)現(xiàn)的過程，確定科學(xué)思維方法

歸納法是從個別出發(fā)，經(jīng)過分析、比較，上升為一般認識的邏輯思維方法，是科學(xué)認識中常用的方法。在科學(xué)認識過程中，在積累大量的經(jīng)驗材料與搜集大量事實的基礎(chǔ)上，能夠通過歸納得到具有普遍特征的結(jié)論。在日常教學(xué)中，教師針對本課的科學(xué)概念“聲音的產(chǎn)生與物體振動的關(guān)系”，重點讓學(xué)生關(guān)注以下三個重要現(xiàn)象：能夠觀察到物體明顯的振動；振動會持續(xù)一段時間；聲音與振動共同出現(xiàn)，同時停止。這三個現(xiàn)象的出現(xiàn)，是構(gòu)成求同歸納法的重要素材，尋求發(fā)聲物在這三方面的共同之處可以歸納出“聲音是由物體振動產(chǎn)生”這個概念。抓住這一點，就已經(jīng)將本課的科學(xué)思維方法的框架鋪展開了，為概念的形成奠定了基礎(chǔ)。

2.基于科學(xué)思維方法，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的實驗器材

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，這幾種器材在重點現(xiàn)象的表現(xiàn)上有著一些異同。根據(jù)分析，可以看出：第一，皮筋和尺子在三個現(xiàn)象的表現(xiàn)上都具有相同的突出表現(xiàn)，由此可見，在形成求同歸納的過程中，它們是非常適宜的器材，可以在思維活動中幫助學(xué)生展開歸納思維活動，形成統(tǒng)一的認識；第二，鼓和音叉振動的現(xiàn)象不夠明顯，這就使得它們在歸納思維第一步中，不能與尺子和皮筋同步進行三個共同屬性的比較，思維活動不再適用于求同歸納的方法，但我們通過教材分析會發(fā)現(xiàn)，“鼓、音叉”的探究活動，表現(xiàn)為類比推理和演繹推理。

3.基于科學(xué)思維方法，確定教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)行為

皮筋和尺子在實驗現(xiàn)象中的共性，使得它們能夠幫助學(xué)生展開歸納思維活動，形成統(tǒng)一的認識。為了達到這一思維活動的落實，就要在教學(xué)的設(shè)計上，為思維方法的運用和過程發(fā)展設(shè)定與之相協(xié)調(diào)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)行為。

在皮筋和尺子的研究活動中，要設(shè)定的目標(biāo)是“通過比較皮筋和尺子發(fā)出聲音都會有振動現(xiàn)象的出現(xiàn)，歸納推理出聲音的產(chǎn)生與振動有一定的聯(lián)系?！睘檫_成目標(biāo)，教學(xué)設(shè)計上就要做出與之相協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)安排。為了保證學(xué)生能夠觀察到皮筋的振動并描述出來，教師要關(guān)注學(xué)生實驗方法的指導(dǎo)和應(yīng)用，要設(shè)計指導(dǎo)學(xué)生進行記錄和表達的方法，要讓實驗結(jié)果的呈現(xiàn)做到直觀且全體學(xué)生都能夠仔細觀察和精準描述，以保證“求同”思維活動的順利開展。之后，教師還要進一步引導(dǎo)學(xué)生觀察尺子的發(fā)聲和振動現(xiàn)象，在指導(dǎo)語言的設(shè)計上要強調(diào)尺子與皮筋的振動現(xiàn)象之間的比較。當(dāng)觀察完尺子的振動現(xiàn)象后，教師還要設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生將皮筋和尺子的振動現(xiàn)象相比較的教學(xué)行為，如教師會將兩種材料的實驗過程記錄在板書中，并列擺放，以啟發(fā)學(xué)生建立比較的過程，完成皮筋、尺子發(fā)出聲音與振動之間的求同歸納推理的思維活動。教師的教學(xué)行為和目標(biāo)落實都對應(yīng)求同歸納的思維活動而展開。

鼓和音叉振動的現(xiàn)象不夠明顯，思維活動不再適用于求同歸納的方法，我們通過教材分析會發(fā)現(xiàn)，“鼓、音叉”的探究活動，表現(xiàn)為類比推理和演繹推理。那是不是要放棄求同歸納呢？上文提到，教學(xué)中思維活動是多樣的，要捕捉主要思維活動，用來發(fā)展邏輯結(jié)構(gòu)，而求同歸納的或然性的存在就是將“鼓、音叉”卷入探究的合理理由?？茖W(xué)探究活動的核心是尋求“可靠的斷言”，所以，在教學(xué)的設(shè)計上，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生們不滿足于兩個器材發(fā)聲原因的歸納，而是去尋求更多的證據(jù)，引發(fā)對“鼓、音叉”的探究。為完善之前的歸納，教師將依據(jù)學(xué)生對問題的思考，建立起類比或者演繹推理的思維活動。

當(dāng)學(xué)生通過求同歸納得到聲音的產(chǎn)生與振動有關(guān)系之后，教師會引導(dǎo)學(xué)生去嘗試讓“音叉、小鼓”發(fā)出聲音，并思考原因。需要注意的是，此時學(xué)生們對現(xiàn)象的表述將決定后期思維方法的運用。學(xué)生A：皮筋和尺子發(fā)出聲音就是靠振動產(chǎn)生的，我認為音叉發(fā)出聲音也應(yīng)該是振動。學(xué)生B：尺子能發(fā)出聲音，鼓也能發(fā)出聲音，尺子發(fā)出聲音是靠振動，我認為鼓也應(yīng)該是靠振動。學(xué)生A用的是演繹推理，學(xué)生B用的是類比推理，盡管他們并不清楚兩種方法的名稱，但其邏輯上均是合理的。這也為教師的教學(xué)設(shè)計提出了更高的要求，也就是在主要思維活動引發(fā)主體探究活動之后，要緊緊圍繞主體活動發(fā)展之后的思維活動，完成“可靠的斷言”的尋求。無論采用演繹還是歸納，最終的結(jié)果是完成了之前求同歸納或然性帶來的不足，使得最終的證據(jù)變得可靠且充分，而學(xué)習(xí)中的學(xué)生得到了思維的訓(xùn)練，而非簡單的概念的獲得。

在基于科學(xué)思維方法分析教學(xué)過程的教學(xué)設(shè)計活動中，科學(xué)思維方法給了教師們審視科學(xué)探究活動的工具，使得教學(xué)的設(shè)計更加具有可操作性，更加具有方法性和可借鑒性。當(dāng)然，就目前教師對科學(xué)思維的認識來看，這樣的教學(xué)思考和分析活動還要有一個學(xué)習(xí)、認識到熟練應(yīng)用的過程。文中尚未涉及“促成學(xué)生能力發(fā)展”的討論，僅僅停留于將科學(xué)思維引入教學(xué)設(shè)計的層級。在關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)的教育理念下，促成教師關(guān)注思維、關(guān)注有思維的教學(xué)設(shè)計將是發(fā)展的起始階段，最終將走向促成學(xué)生思維能力發(fā)展的教學(xué)。