從記錄到思維：科學思維的外顯與內(nèi)化路徑探究

【摘 要】科學思維具有內(nèi)隱性特點。為了有效培養(yǎng)學生的科學思維與核心素養(yǎng)，必須積極尋求促進科學思維具象化的策略。本文詳細探討了如何通過設(shè)計富有內(nèi)涵的記錄方式和欄目，整理、分析和交流記錄內(nèi)容，同時，激發(fā)學生自我監(jiān)控的內(nèi)驅(qū)力，將科學思維內(nèi)化與外顯的過程具象化，引導學生深度應(yīng)用科學探究手段，從而切實提升學生的科學思維能力。

【關(guān)鍵詞】科學探究 科學思維 外顯 內(nèi)化

科學思維是從科學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)系的認知方式，是科學核心素養(yǎng)的核心[1]。科學思維的培養(yǎng)一直是科學課程的重要目標，特別是在小學階段，學生正經(jīng)歷由直觀的具象思維向更為抽象的邏輯思維漸進轉(zhuǎn)變的過程，但具象思維仍占據(jù)主導地位?？茖W思維的形成與演進過程往往具有內(nèi)隱性，這使得其不易被直接觀察和感知。因此，在科學教育實踐中，實現(xiàn)科學思維的外顯與內(nèi)化顯得尤為關(guān)鍵?？茖W記錄作為輔助科學思維可視化的腳手架，可以使原本不易被察覺的思維過程、結(jié)構(gòu)、內(nèi)涵得以外顯，大幅提升了信息加工與傳遞的效率。教師在教學中應(yīng)充分利用科學記錄這一手段，引導學生在科學探究過程中外顯思維方法、內(nèi)化思維品質(zhì)，從而達成科學教育的最終目標。

一、以“記錄策略”為載體，留痕化支撐科學思維

科學記錄作為學生學習過程中不可或缺的一環(huán)，承載著探究實踐中留下的觀察結(jié)果、實驗數(shù)據(jù)dtMN6ZWhwrTpObrfdoTzifzJjvyxzOBXetpHg54b2tM=、思考痕跡等重要信息，能為后續(xù)開展深度思維活動提供有力支撐。教師要采取有針對性的記錄策略，指導學生進行科學記錄，以此提升科學思維外顯的深度和內(nèi)化的效度。

1. 針對不同年齡階段與最近發(fā)展區(qū)，精準化探尋契合水平的科學方法

鑒于心理特征的多維度變化以及能力發(fā)展水平的層次性差異，不同年齡階段的學生在科學記錄能力發(fā)展上呈現(xiàn)顯著的個體差異。因此，如果采用單一、標準化的記錄方式，或者設(shè)定與學生實際能力水平不相適應(yīng)的記錄要求，往往無法達到預(yù)期的科學記錄效果，更有可能對學生的學習熱情和積極性產(chǎn)生消極影響。因此，教師需要針對不同年齡階段的學生，基于其學習最近發(fā)展區(qū)，尋找最適合他們的科學記錄方法，從而清晰、直觀地展現(xiàn)思維過程。

對于低年級學生，他們在運用文字精準表達、抽象思維方面面臨一定的挑戰(zhàn)。教師可以通過畫圖、寫關(guān)鍵詞等直觀、生動的記錄方式，幫助學生厘清思路，培養(yǎng)科學思維。這不僅能夠更好地反映學生的思考過程，而且能夠激發(fā)他們對科學學習的興趣和熱情。

例如，在《科學》二年級下冊“磁鐵的兩極”教學中，探討“如何驗證條形磁鐵各部分磁力大小”這一問題時，教師通過試一試、做一做、辨一辨三個有層次的探索活動，讓學生經(jīng)歷一個感性體驗、自主探究、修正迭代的思維進階過程。然而，在描述實驗方法時，學生遇到了語言表達不清晰、用文字記錄又耗時較長的問題?；诖?，教師為學生提供可以畫圖記錄的實驗單。這既是呈現(xiàn)實驗方法，收集開放性、創(chuàng)造性實驗證據(jù)的過程，又是梳理并建構(gòu)科學概念的過程，更是體現(xiàn)相互質(zhì)疑、思辨、思維外顯的過程。

對于高年級學生，經(jīng)過科學習慣的培養(yǎng)，他們已經(jīng)具備了用圖文結(jié)合方式記錄的能力。因此，在記錄實驗過程時，可以綜合運用多種記錄方式，更加清晰地展示理解的深度。這種記錄方式不僅有助于提高學生的表達能力，而且有助于培養(yǎng)他們的邏輯思維和科學素養(yǎng)。

2. 針對不同探究目標與教學任務(wù)，精細化設(shè)計深度探究的記錄內(nèi)容

鑒于探究對象與教學目標的多樣性，所需記錄的內(nèi)容亦呈現(xiàn)出顯著的差異性。因此，在設(shè)計科學記錄單時，教師需要在準確把握教學重難點的基礎(chǔ)上，設(shè)置開放、有序的欄目，并發(fā)揮記錄單在表述事實、固化證據(jù)、支撐探究活動等方面的關(guān)鍵作用。這不僅能夠引導學生有序地開展探究活動、客觀地進行事實表述，還能夠激發(fā)他們的深入思考，實現(xiàn)思維的具象化呈現(xiàn)，凸顯教師在教學過程中的導向性功能。

例如，在《科學》一年級下冊“發(fā)現(xiàn)物體的特征”教學中，教師精心設(shè)計了教學方案，以培養(yǎng)學生的觀察力和表達力。課堂上，學生充分調(diào)動感官，對物體進行細致入微的觀察，并準確描述其特征。為此，小組合作中每個小組被賦予自主選擇兩個物體的任務(wù)。學生運用了氣泡圖這一可視化工具，系統(tǒng)地記錄下物體的各類特征，確保信息的完整性和豐富性。

教師在教學實踐中積極采用氣泡圖這一兼具開放性和拓展性的思維工具，有效激發(fā)了學生的思維發(fā)散能力。這一過程中，教師鼓勵學生全面細致地觀察各個物體，從而發(fā)現(xiàn)更多的特征屬性。氣泡圖還能直觀地呈現(xiàn)學生對不同特征之間關(guān)聯(lián)性的思考，實現(xiàn)內(nèi)在思維的顯性化表達。

二、以“科學解釋”為準繩，螺旋化轉(zhuǎn)換科學思維

科學解釋旨在深入揭示事物的本質(zhì)屬性。對于某一客觀事物的科學解釋，需要系統(tǒng)而全面地剖析其內(nèi)部特性與外部聯(lián)系，進而在綜合分析的基礎(chǔ)上，完整而準確地再現(xiàn)這一客觀事物。科學解釋的過程中，學生的思維經(jīng)歷理解信息、概括洞察、發(fā)現(xiàn)應(yīng)用三個縱向深入的思維層次，這是一種高階思維能力的體現(xiàn)，也是一種培養(yǎng)學習者高階思維能力的手段[2]。因此，教師在教學實踐中應(yīng)把握好思考的視角、判斷的尺度、思維的邏輯，引導學生通過分析與整理、展示與交流等方式，螺旋化將科學思維外顯并內(nèi)化為自身的素養(yǎng)，從而在科學解釋的過程中養(yǎng)成高質(zhì)量的思維范式和習慣。

1. 高階思維導向下“工具+鏈接式”的分析整理

在科學研究中，提取關(guān)鍵信息并對其進行深入分析與整合是構(gòu)建科學解釋的關(guān)鍵步驟。這一過程依賴于從多樣化的數(shù)據(jù)源（如數(shù)據(jù)、表格、圖文記錄等）中精準地萃取信息。通過系統(tǒng)地訓練和提升這種深度分析的能力，學生可以更加科學、專業(yè)地處理復雜信息，從而為未來的科學研究和探索奠定堅實基礎(chǔ)[3]。小學生的抽象思維能力并不能高效處理復雜多樣的記錄結(jié)果，因此，教師應(yīng)積極引導學生利用表格、統(tǒng)計圖等輔助工具，有效地建立實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系。

例如，在《科學》三年級上冊“水結(jié)冰了”教學中，學生基于生活經(jīng)驗，知道水結(jié)冰溫度會降低。然而，他們對于水開始結(jié)冰時的溫度和水結(jié)冰過程中體積的變化缺乏清晰的認識。為了解決這一問題，學生在實驗中獲取了數(shù)據(jù)，并在教師的悉心指導下，利用數(shù)據(jù)成功繪制出直觀的統(tǒng)計圖。通過深入分析該圖，學生可以輕易得出水結(jié)冰過程中溫度變化的內(nèi)在規(guī)律，即水結(jié)冰過程中體積變大，溫度降低，且在開始結(jié)冰、有冰到完全變成冰的過程中溫度是不變的。

統(tǒng)計圖作為一種可視化工具，能夠?qū)⒊橄髲碗s的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀具體的圖形表示，從而搭建起分析論證的“可視化框架”，使得科學思維過程得以清晰呈現(xiàn)。

在運用比較、分析、歸納、演繹等思維工具的過程中，學生能夠?qū)崿F(xiàn)對知識的深度加工、重組、鏈接，形成完整的知識體系，進而內(nèi)化為個人的思維品質(zhì)，實現(xiàn)高階思維水平的顯著提升。

2. 深度學習體系下“互動+沉浸式”的交流展示

在科學學習過程中，科學記錄與展示交流是分不開的。在基于高階思維的深度學習體系下，科學記錄與展示交流形成了一個緊密的互動模式。它促使學生從科學記錄向著用語言解釋現(xiàn)象的方向前進，在這個過程中，人人聚焦主題，發(fā)表意見，思維得以外顯，同時，人人通過聯(lián)想、分析、推理，相互啟發(fā)，思維能力也在思維碰撞和互補中得到培養(yǎng)，實現(xiàn)內(nèi)化。因此，教師應(yīng)積極構(gòu)建沉浸式的交流平臺，引導學生從科學記錄向著用語言解釋現(xiàn)象的方向前進，在思維碰撞和互補中，既外顯思維結(jié)構(gòu)，又內(nèi)化思考過程[4]。

例如，在《科學》六年級上冊“電能和磁能”教學中，學生進行研究后，依據(jù)科學記錄單交流匯報了研究成果。通過現(xiàn)場實驗，小組成員充分展示了自己的思考與觀點，其中，面對釘尖磁極方向的差異引發(fā)了激烈討論。教師提議各小組進行思辨，以尋求共識。其中，一個小組提出了有趣的假設(shè)：各組實驗結(jié)果的不同可能是由于電池連接方式的差異所導致。教師鼓勵學生對這一假設(shè)進行驗證并及時給予引導。經(jīng)過深入討論和論證，各小組最終找到了問題的答案，從而深化了對電能與磁能關(guān)系的理解。

搭建展示交流平臺能夠促進學生以獨特的思維方式展示并呈現(xiàn)證據(jù)，進而實現(xiàn)證據(jù)的重復檢測與驗證。通過現(xiàn)場實驗，各小組成員可充分展示各自獨特的發(fā)現(xiàn)，并在交流討論中相互質(zhì)疑、啟發(fā)，從而深入剖析問題，并得出科學準確的答案。這一過程有助于引導學生對所學知識和方法進行總結(jié)、反思、應(yīng)用和遷移[5]。

三、以“自我監(jiān)控”為平臺，動態(tài)化迭代科學思維

科學記錄參與探究實踐的全過程，作為工具載體，輔助學生進行觀察、回顧、分析與總結(jié)，是學生思維發(fā)展的真實寫照。在教學中，教師應(yīng)聚焦素養(yǎng)立意的核心目標，充分發(fā)揮科學記錄的作用，將其作為形成性評估的重要依據(jù)。

1. 基于“素養(yǎng)立意”的評價體系貫穿探究過程中

“素養(yǎng)立意”的評價體系設(shè)定了明確的評價量規(guī)，有助于“學習目標”具體化，幫助學生和教師理解“什么是高質(zhì)量的學習”[6]的內(nèi)涵，明確“學什么”“怎么學”“學得怎樣”的邏輯關(guān)系。在探究過程中融入“素養(yǎng)立意”評價體系，以評價驅(qū)動學生學習，有助于凸顯學生的主體地位，促進學生反思與遷移能力的發(fā)展，進而推動科學思維的深化。

例如，在《科學》六年級下冊“小小工程師”教學中，筆者將評價量規(guī)與科學記錄單有機結(jié)合，涵蓋了設(shè)計、制作、測試、展示、改進等多個教學環(huán)節(jié)的評價內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學生的批判思維、創(chuàng)新思維、溝通能力與協(xié)作能力，充分體現(xiàn)素養(yǎng)導向的教學理念。

在評價量規(guī)的引導下，學生能夠即時進行自我表現(xiàn)評價，如反思是否達到了目標、哪些證據(jù)表明已經(jīng)達成目標、遇到什么困難、困難是如何解決的等，并及時進行調(diào)整。特別是在“設(shè)計、制作、測試、展示、改進”五方面的評價導向下，學生能夠有效調(diào)整學習方向，致力于提升設(shè)計的創(chuàng)新性、分工的明確性、作品的優(yōu)質(zhì)性和展示的完整性。在此過程中，學生的思維過程和水平得到直觀展現(xiàn)，科學思維得到正向發(fā)展。

2. 凸顯“思維能力”的表現(xiàn)評價置身課堂小結(jié)中

課堂小結(jié)不僅是師生共同回顧和梳理新科學觀念的過程，而且是總結(jié)科學觀念、獲取方法的過程，更是促進教學相長、提升學生能力的過程。通過課堂小結(jié)，學生能夠清晰地了解知識層次結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)知識的回顧與迭代，為學生的后續(xù)學習提供導向。同時，教師也能從中發(fā)現(xiàn)課堂教學的得失，進而優(yōu)化教學設(shè)計。因此，教師應(yīng)在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)利用科學記錄單等輔助工具，加強對學生科學思維培養(yǎng)的指導，引導其反思探究中提升思維能力的有效性，突出科學思維的過程，促進科學素養(yǎng)的發(fā)展。

例如，在進行《科學》四年級上冊“讓小車運動起來”課堂小結(jié)時，教師可以引導學生借助科學記錄單回顧研究過程，從實驗方法、數(shù)據(jù)準確性、實驗公平性等多個角度，對“拉力越大，小車運動越快；拉力越小，小車運動越慢”進行反思，審視活動中運用的分析、綜合、比較、分類、概括、推理等思維方法是否有效。

自我總結(jié)成功之處和問題所在，實際上是對思維方法的再度審視與提煉，這一過程本質(zhì)上構(gòu)成了再學習、再提升的閉環(huán)。尤其是對思維方法進行系統(tǒng)性的總結(jié)，對于幫助學生積累寶貴經(jīng)驗、鍛造更優(yōu)秀的思維品質(zhì)具有顯著效果。

總之，培養(yǎng)學生的科學思維能力是科學教學中至關(guān)重要的核心目標。為實現(xiàn)這一目標，教師需要運用精準的教學策略，引導學生全面深入地參與科學思維的萌發(fā)、深化和成熟的全過程。通過科學的教學設(shè)計，確保學生的高質(zhì)量科學思維得到有效展現(xiàn)，并在此過程中不斷強化其高水平的科學探究能力，從而全面有效地提升學生的整體思維能力和層次水平，實現(xiàn)科學思維的迭代進階。

參考文獻

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[5] 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022：4.

[6] 王海軍.小學科學評價量規(guī)設(shè)計的誤區(qū)與對策[J].天津教育，2019（23）：62-63.

（作者單位：浙江省衢州市柯城區(qū)鹿鳴小學）

責任編輯：李莎