模型建構(gòu) 推理論證 創(chuàng)新思維

李志云

〔摘? ? 要〕? 2022年科學(xué)新課標提出，要著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，其中科學(xué)思維的培養(yǎng)是核心素養(yǎng)的核心。在信息技術(shù)手段賦能下，教師可以運用先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)與學(xué)生的立體化互動，幫助學(xué)生進行模型建構(gòu)，完善推理論證過程，發(fā)展創(chuàng)新思維模式，進而促進學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；模型建構(gòu)；推理論證；創(chuàng)新思維

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 16? ? 028-030

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標準》指出，要立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，核心素養(yǎng)包含科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任四方面，其中科學(xué)思維是核心，所以對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)尤為重要。教師對學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)主要是在課堂，但筆者在課堂教學(xué)中遇到了一些問題，例如科學(xué)模型建構(gòu)不真實、學(xué)生推理論證不完善、課堂學(xué)習(xí)思維固化、考慮不全面等。

一、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)思考

當(dāng)前新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進，教育部也在最新頒發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》中提出進一步推進云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)與教育實踐的融合發(fā)展等內(nèi)容。教師可借助信息技術(shù)手段，將小學(xué)科學(xué)中部分枯燥的文字立體化，使其變得生動有趣，將部分抽象無法直接展示的科學(xué)實驗通過技術(shù)手段直觀地展示給學(xué)生，將難以展示的科學(xué)數(shù)據(jù)快速分析并呈現(xiàn)，完善實驗推理過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

科學(xué)思維，是從科學(xué)的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。模型建構(gòu)思維，主要是通過創(chuàng)設(shè)真實情境，將學(xué)生觀察到的真實事物進行抽象，形成模型，并將模型與原型進行對比，從而促進對原型的理解。推理論證思維，是通過創(chuàng)設(shè)直觀數(shù)據(jù)，將實驗探究過程中出現(xiàn)的多樣、復(fù)雜的數(shù)據(jù)，通過技術(shù)手段，幫助學(xué)生整理、研討，提升學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。而創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，則是教師通過創(chuàng)設(shè)自主探究的環(huán)境，讓學(xué)生充分表達自己的觀點，通過改變課堂探究的形式，鼓勵學(xué)生從不同角度分析、思考問題，進而提出解決問題的方法。

二、創(chuàng)設(shè)真實情境，發(fā)展學(xué)生模型建構(gòu)思維

有研究者指出，在虛擬環(huán)境中可采用“創(chuàng)設(shè)沉浸體驗的互動環(huán)境”“開展探究體驗的學(xué)習(xí)活動”“整合感知體驗的情景任務(wù)”三種具身學(xué)習(xí)的支持策略，以增強小學(xué)科學(xué)教學(xué)的效果。學(xué)生借助仿真技術(shù)，通過在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題并尋找證據(jù)得出正確的結(jié)論，學(xué)習(xí)科學(xué)的建模方法，經(jīng)歷和體會運用模型來理解知識、掌握知識、解決問題的過程。

（一）優(yōu)化生命系統(tǒng)可觀察

在生命系統(tǒng)的構(gòu)成這部分知識的學(xué)習(xí)中，筆者發(fā)現(xiàn)，雖然身體各器官每天都在工作，但學(xué)生對人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識只能通過圖片、視頻的形式進行觀察學(xué)習(xí)，并不能真實觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這種學(xué)習(xí)方式導(dǎo)致學(xué)生對身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作認識片面化，不清楚。將現(xiàn)代信息技術(shù)手段和實驗教學(xué)相結(jié)合，建立更加真實的生物模型結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生看見身體內(nèi)部，可以讓學(xué)生了解真實的身體內(nèi)部工作情況，幫助學(xué)生認識生命系統(tǒng)的功能。

為了讓學(xué)生親身體驗心臟的工作原理，教師借助VR眼鏡，讓學(xué)生通過觀察心臟的跳動與自身心臟跳動，總結(jié)出心臟跳動的規(guī)律與意義。再讓學(xué)生以血細胞視角走進血管內(nèi)部，體會血液循環(huán)的過程，將模型與現(xiàn)實相結(jié)合，了解心臟跳動對維持血液在血管中流動的意義，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)思維。

（二）優(yōu)化宇宙地球可感知

生命系統(tǒng)的學(xué)習(xí)雖然不可視，但學(xué)生還有一定的接觸，而在“宇宙中的地球”這一核心概念學(xué)習(xí)中，學(xué)生很難接觸，且受到位置、空間等限制，模型的建立具有一定的誤差，進而影響學(xué)生對有關(guān)宇宙空間概念的理解。教師借助交互手段，讓學(xué)生體驗月球行走等，幫助學(xué)生更好地理解和推測天體的特點和運行規(guī)律。

例如在《月球——地球的衛(wèi)星》這一課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過觀察月球表面現(xiàn)象得出月球的表面特征。為幫助學(xué)生更好理解環(huán)形山以及月球的環(huán)境特點，課堂上，教師借助VR交互技術(shù)，使學(xué)生真切體會在月球上行走，真實感受環(huán)形山的形狀特點，最終對環(huán)形山有一個全面的了解。教師通過借助信息技術(shù)較好地化解了部分實驗“展示難、體驗難”的難題，通過更真實的模型建構(gòu)幫助學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)思維。

三、處理直觀數(shù)據(jù)，發(fā)展學(xué)生推理論證思維

（一）優(yōu)化數(shù)據(jù)整理

實驗數(shù)據(jù)是證明實驗結(jié)論的重要依據(jù)，對實驗數(shù)據(jù)正確處理和分析是實驗探究過程的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生推理論證的有效途徑。在教學(xué)過程中，有些數(shù)據(jù)的數(shù)值較大，對學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力要求較高。教師可借助平板中的App，幫助學(xué)生快速處理實驗數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)處理效率，以便有更多的時間用于結(jié)果的討論和驗證。

筆者在教學(xué)六上《八大行星》這一課時，要求學(xué)生將各行星距離太陽的距離按一定比例進行數(shù)據(jù)處理，方便后續(xù)建模學(xué)習(xí)，但學(xué)生在距離等比例放大和縮小時并不熟練，常常出現(xiàn)比例計算錯誤等。教師借助“太陽系旅行記”App，讓學(xué)生將數(shù)據(jù)放置在圖表中，按照要求進行等比例縮小，可以很快找到適合課堂建模的比例模型，也為后續(xù)建模打下基礎(chǔ)。最后教師可利用App展示太陽系的行星與太陽的距離排序，讓學(xué)生更直觀地認識到八顆行星排列和大小的規(guī)律，對宇宙天體運行進行更加科學(xué)的推測。

（二）優(yōu)化數(shù)據(jù)統(tǒng)計

科學(xué)探究的過程中，器材的好壞對實驗結(jié)果也有很大的影響，器材的升級可以有效減少科學(xué)實驗誤差，有利于學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的收集和分析。例如在《水的蒸發(fā)與凝結(jié)》這一課中，學(xué)生進行“觀察水加熱時的變化現(xiàn)象”的探究活動時，會因為溫度計讀數(shù)出錯、數(shù)據(jù)整理成折線圖耗時過長等影響課堂進度。

課堂上把測量溫度計換成溫度傳感器，并且將溫度傳感器數(shù)據(jù)直接錄入平板。利用傳感器和數(shù)據(jù)分析軟件可以避免實驗中人為操作的失誤，保證數(shù)據(jù)的準確性，使學(xué)生有更多的時間去探究實驗背后的本質(zhì)。教師借助平板軟件實時收集每個小組的數(shù)據(jù)，最后在大屏上自動生成對比圖表（如下圖），形成各小組對比圖，更有利于學(xué)生反思探究過程，完成正確的推理過程。圖表的呈現(xiàn)也能讓學(xué)生快速發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，教師引導(dǎo)學(xué)生從實驗過程、操作、數(shù)據(jù)記錄和處理等多方面反思，并完成新的推理論證，進一步提升學(xué)生的科學(xué)思維。

四、鼓勵自主探究，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維除了包含一般思維的語言體系，如比較、分類、分析、推理等，還包含想象、聯(lián)想、發(fā)散、重組等，并從不同的角度去分析、解決問題。教師可以通過創(chuàng)設(shè)自主探究的環(huán)境，讓學(xué)生進行想象，并在探究的過程中充分表達自己的觀點。教師還可通過改變課堂探究的形式，鼓勵學(xué)生從不同角度分析、思考問題，進而提出解決問題的方法。

（一）優(yōu)化探究工具

教師教授課本知識的同時，也要注重與日常生活的聯(lián)系，利用日常生活中的現(xiàn)象去解釋科學(xué)內(nèi)容，再將所學(xué)科學(xué)知識應(yīng)用到生活中，以此開闊學(xué)生的眼界，發(fā)散學(xué)生思維，提升學(xué)生對知識的理解和運用，進而提升學(xué)生的創(chuàng)新思維。信息化時代，手機App的普及也為教學(xué)提供了更多的選擇。在教學(xué)中，教師借助平板App優(yōu)化學(xué)生常規(guī)的紙筆記錄方式，通過創(chuàng)造、構(gòu)建個性化校園植物的記錄形式，從不同的角度記錄事物特征，進而提出創(chuàng)造性的問題和思考，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。

例如在學(xué)習(xí)《制作校園生物分布》這一課時，學(xué)生首先對前一課在校園中搜集的生物進行整理、匯總，但在校園調(diào)查的過程中，每個小組都出現(xiàn)了動植物不認識，植物的特征描寫不詳細、特征不突出等情況，為資料的匯總帶來一定的困難。筆者借助移動終端的信息化手段，讓學(xué)生在搜索時對觀察到的植物進行拍照記錄，并為所拍照片編號，借助平板上的動植物識別App進行識別整理，大大縮短了時間周期，有效地提高了學(xué)生識別植物的效率，也為生物匯總提供了方便。

在植物搜索與檢索識別的過程中，學(xué)生養(yǎng)成編輯關(guān)鍵詞檢索植物的意識，語言組織能力、表達水平、思維方式有了明顯的進階。課堂上，學(xué)生重新編排所記錄的內(nèi)容，并按照動植物的習(xí)性特點對植物分類，分享植物身上的秘密，做一張校內(nèi)植物觀賞圖，甚至是植物辨別指南，提升了學(xué)生的發(fā)散思維能力。

（二）優(yōu)化探究方式

創(chuàng)新思維的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在學(xué)生可以從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價值的觀點和解決問題的方法。通過改變以往課堂探究形式，突出學(xué)生的主體地位，把課堂的主動權(quán)交給學(xué)生，尊重學(xué)生的個性化思考，并通過課堂設(shè)計引發(fā)學(xué)生更深層次的思考和表達，分享不同的想法，促進創(chuàng)新思維能力的提升。

以四年級上冊《營養(yǎng)要均衡》這一課為例，學(xué)生通過統(tǒng)計自己一日三餐的食物，對照“中國居民平衡膳食寶塔”看看自己一天的食物搭配是否合理。如果每個學(xué)生只關(guān)注自己一天的飲食，對班級整體研討來說，種類和數(shù)量都比較難以估計，更不利于學(xué)生對合理搭配營養(yǎng)膳食的理解。所以，這一節(jié)課中，教師可以給出某一位學(xué)生午餐的菜單，并將食物的營養(yǎng)成分通過平板上的食物營養(yǎng)查詢轉(zhuǎn)換成具體數(shù)據(jù)（如下表）。學(xué)生通過對菜單的分析、研討，找出不合理的地方，再根據(jù)所學(xué)內(nèi)容設(shè)計更加合理的菜單，建立健康生活的意識。

在菜單設(shè)計的過程中，學(xué)生通過對前面菜單的分析、研討，借助信息技術(shù)手段得到更加詳細的數(shù)據(jù)，樹立觀點報告須有數(shù)據(jù)支撐的意識。通過自主設(shè)計菜單，引導(dǎo)學(xué)生從前期被動記錄到自覺運用食物中的營養(yǎng)成分數(shù)據(jù)來整理、分析，結(jié)合身體營養(yǎng)的健康需求，提出更好的解決辦法。學(xué)生在一次次的菜單推翻、改進的探究過程中提升了創(chuàng)新思維的能力。

技術(shù)賦能下的科學(xué)課堂，不但有效整合了課內(nèi)外的作業(yè)，更重要的是點燃了學(xué)生科學(xué)探究的熱情，讓課堂實踐活動有趣、有效。既給了學(xué)生足夠的方法支架，分步實踐，又訓(xùn)練了學(xué)生對知識的遷移、整合與運用能力，從而實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。對于培養(yǎng)科學(xué)思維的探究還遠遠不夠，本次僅以部分課堂教學(xué)為案例進行了粗淺的探索。如何讓技術(shù)手段更好地服務(wù)于課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，讓更有趣的實踐活動浸潤于科學(xué)教學(xué)之中，是筆者今后努力研究的方向。

參考文獻

[1]徐圣潔.高中生物學(xué)教學(xué)中運用思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實踐研究[D].太原：山西師范大學(xué)，2020.

[2]賴燕華.基于學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的問題串教學(xué)的實證研究[D].漳州：閩南師范大學(xué)，2020.