科學思維：探究小學生科學家品質(zhì)的生長規(guī)律

摘 要：本文以科學思維為核心探討了小學生科學家品質(zhì)的生長規(guī)律。其以探究式教學為主，遵循科學思維的發(fā)展規(guī)律。構(gòu)建策略主要分為四個層面：在認知思維層面，借助問題引導來激活科學概念；在深度思維層面，通過真實情境和實踐探究活動來增強活動體驗，引導學生進行深度認知建構(gòu)；在策略思維方面，開展實踐探究活動；在創(chuàng)新思維層面，借助實時監(jiān)測器，融入數(shù)字化賦能，催化學生的創(chuàng)新意識。本文致力于課程內(nèi)容與現(xiàn)實生活的深度融合，旨在培育小學生的科學思維和科學家品質(zhì)，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)開辟新的教學路徑。

關(guān)鍵詞：科學思維；小學科學；科學家品質(zhì)；影響研究

科學思維是科學核心素養(yǎng)的重要組成部分，是小學生成長為未來科學家的關(guān)鍵品質(zhì)?！读x務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》中提出：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，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。^［1］而科學思維的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)的過程，其涉及從基礎(chǔ)的觀察、提問，到高級的實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析等多個方面。通過強化實踐探究教學，小學生在解決實際問題的過程中深入理解和掌握科學知識，促進科學思維發(fā)展，逐步塑造出科學家品質(zhì)。優(yōu)秀的科學家品質(zhì)，對學生自然觀的完善具有非常重要的意義。

一、科學思維的發(fā)展規(guī)律

（一）平常思維是回憶與再現(xiàn)的起點

科學思維始于對周圍世界的觀察和好奇心。在這一基礎(chǔ)思維層次，學生主要以客觀事實為依據(jù)，從親身經(jīng)歷過的事情中提取已知的信息，通常是那些在生活中或?qū)W習中被教導過的內(nèi)容。例如，伽利略注意到了教堂里懸掛的吊燈在風中擺動，觀察發(fā)現(xiàn)吊燈每次擺動的時間是一致的。這種思維過程不需要深層次的理解或復雜的認知加工，根據(jù)事物的表象就能直接得出結(jié)論。

（二）概念思維是理解與推理的深化

這個階段要求學生不僅能夠回憶和識別信息，還要理解自然現(xiàn)象或客觀事物背后蘊含的基本概念，對其進行概括，構(gòu)建能夠揭示內(nèi)在特性的概念模型，并得出科學規(guī)律。例如，伽利略認識到吊燈實際上是一個由擺繩和擺錘組成的單擺系統(tǒng)，并理解了單擺的等時性原理。這一階段是學生科學思維的關(guān)鍵成長期，為后期問題的解決打下了堅實基礎(chǔ)。

（三）策略思維是應(yīng)用與解決問題的進階

在此階段，學生通過查找資料或?qū)嶒炋骄康确绞教釤挸鲇^點，并將所學知識和技能靈活應(yīng)用于復雜的實際情境中，進行更高層次的思考和分析，并處理多維度的問題。例如，伽利略通過設(shè)計實驗證明擺錘的擺動快慢只與擺繩長短有關(guān)，與擺錘重量和擺幅大小無關(guān)。這個層次的學習活動和評估任務(wù)通常更具挑戰(zhàn)性，旨在促進學生的高階思維能力和問題解決能力的提升。

（四）批判性思維是創(chuàng)新與知識遷移的飛躍

在這一高層次思維階段，學生能對所研究的事物進行深度分析和評估，能利用證據(jù)進行大膽猜測和質(zhì)疑，并將其付諸實踐，或?qū)⒅R遷移到新的情境中。^［2］例如，克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）利用伽利略發(fā)現(xiàn)的擺具有等時性原理，設(shè)計制作出了機械擺鐘，極大地提高了時鐘計時的準確性。這個階段要求學生能夠獨立思考，并深入地分析和評估證據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題或催生新的認知。

二、科學思維對培育小學生科學家品質(zhì)的重要意義

（一）科學思維的梯度教學激發(fā)小學生的求知欲

科學思維的梯度教學旨在根據(jù)小學生的認知發(fā)展階段，循序漸進地引導小學生接觸科學知識，通過由淺入深、由易到難的教學內(nèi)容，逐步培養(yǎng)小學生的探究興趣與能力。教師可以根據(jù)學習需求，設(shè)計有梯度的問題和任務(wù)，提供多樣化的學習材料，鼓勵學生自主探究與合作學習，開展一個支持小學生從低層次認知到高層次認知過渡的教學活動。這種教學方式能讓小學生在探究過程中發(fā)現(xiàn)科學的樂趣，從而激發(fā)其持續(xù)探究的欲望。

（二）科學思維的沉浸體驗培養(yǎng)小學生的專注力

在科學思維中，觀察力不僅體現(xiàn)在對事物的外在特征進行觀察，更體現(xiàn)在對事物的內(nèi)在本質(zhì)進行深入的理解和探究。因為部分小學生的觀察力不夠，無法沉靜下來，不能專注思考，所以教師要給小學生創(chuàng)設(shè)一個靜靜探索的“場”。教師在構(gòu)建科學思維逐步發(fā)展的課堂時，可以將科學知識與其他學科知識進行有效融合，并創(chuàng)設(shè)貼近生活的教學情境，鼓勵小學生運用多種感官去感知世界。通過發(fā)展概念思維，小學生能夠?qū)W會更加準確地觀察和描述事物，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律和聯(lián)系，從而提高專注力。

（三）科學思維的深度發(fā)展提升小學生的探究力

科學思維的深度發(fā)展對提升小學生的探究力至關(guān)重要。在這一過程中，小學生不僅要學會如何提出問題，更要學會如何通過科學的方法去尋找答案。教師通過設(shè)計富有挑戰(zhàn)性的探究活動，鼓勵小學生親身參與、動手實踐，發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、驗證結(jié)論，幫助小學生在實踐中學習科學原理。這種以探究活動為核心的教學方式，能夠使小學生在不斷嘗試的過程中主動運用科學知識解決問題，逐漸形成嚴謹細致的科學方法，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，進而促進其探究力的發(fā)展。

（四）科學思維的多樣表達激發(fā)小學生的創(chuàng)造力

在小學科學實驗教學活動中運用數(shù)字化技術(shù)，可以更好地展現(xiàn)小學生的科學思維，極大地激發(fā)和開發(fā)小學生的創(chuàng)造力。借助數(shù)字化技術(shù)，將原本不可見的物質(zhì)轉(zhuǎn)換為直觀可見的數(shù)據(jù)，極大地提升了科學探究的規(guī)范性和科學性，更重要的是能培養(yǎng)小學生的創(chuàng)新意識，鼓勵他們利用新技術(shù)探索并解決科學問題，幫助他們實現(xiàn)科學家品質(zhì)的發(fā)展，適應(yīng)時代的需求。

三、小學生科學家品質(zhì)培養(yǎng)的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

（一）認知思維表層化，缺乏深度理解

小學生的科學學習往往只停留在記憶層面，缺乏對科學概念深層次的探究和理解。他們能復述定義和公式，但在面對需要深入解析的問題時，往往顯得無所適從。這種表層化的認知思維導致學生難以形成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，無法對知識進行深入的內(nèi)化和應(yīng)用，同時也阻礙了他們科學思維的發(fā)展。因此，培養(yǎng)小學生的深度認知能力，引導他們從表象深入到本質(zhì)，是提升科學家品質(zhì)的關(guān)鍵。

（二）理論與實際脫節(jié)，難以靈活運用

小學生能將課堂上學習的概念和原理背得十分熟練，卻很難在現(xiàn)實生活中找到對應(yīng)的場景，導致知識難以轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。即使在生活中遇到了相同的科學現(xiàn)象或者相似的場景，小學生也不能迅速將所學知識與實際情況聯(lián)系起來，更別提遷移運用所學知識。為此，教師應(yīng)將生活化的元素融入教學，通過案例教學、項目學習等方式，讓小學生在真實或模擬的實際情境中應(yīng)用所學知識。

（三）動手操作能力弱，實踐體驗不足

由于實驗條件和教學資源的限制，小學生擁有的實踐機會并不多，這導致他們在科學領(lǐng)域的動手操作能力普遍不足。小學生缺乏親身體驗和操作實踐的機會，難以直觀感受科學原理的應(yīng)用，從而影響了他們對科學概念的理解。因此，學校和教師需要創(chuàng)造更多實驗的機會，提高小學生的動手操作能力。這是培養(yǎng)小學生科學家品質(zhì)的必要環(huán)節(jié)。

（四）想象力和創(chuàng)造力受限，缺乏創(chuàng)新思維

受傳統(tǒng)教育模式的影響，小學生的想象力和創(chuàng)造力往往受到束縛，缺乏創(chuàng)新思維。他們可能過于依賴教師的講解，缺乏自主思考和探索的精神。而且部分教師在教學中過于強調(diào)標準答案和規(guī)范操作，忽視了小學生的個性發(fā)展和創(chuàng)新思維訓練，這會影響他們未來在科學領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿?。因此，激發(fā)小學生的想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維，是當前小學生科學家品質(zhì)培養(yǎng)中亟待解決的問題。

四、科學思維促進小學生科學家品質(zhì)生長的策略

（一）激活科學觀念，引導認知思維的逐層建構(gòu)

小學生科學家品質(zhì)的培養(yǎng)是一個循序漸進的過程。教師應(yīng)根據(jù)教學內(nèi)容和小學生的認知水平，通過設(shè)計一系列具有層次性的問題，逐步激活小學生的科學觀念，使孩子們的認知思維不斷深化。這些問題應(yīng)從簡單的事實回憶和識別開始，逐步過渡到復雜的分析和應(yīng)用，問題鏈能將有聯(lián)系的知識內(nèi)容串聯(lián)起來，加強學生的理解與運用能力。^［3］

以教科版小學科學四年級下冊《認識幾種常見的巖石》這一課為例。首先，教師通過提出開放式問題，如“你見過哪些種類的巖石？它們是如何形成的”來激活小學生已有經(jīng)驗，激發(fā)他們對未知領(lǐng)域的探索欲望。其次，教師講解巖石類型時，圍繞“火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖”的分類，設(shè)計層層遞進的問題，如“為什么會有這些不同的巖石種類？每種巖石的形成過程是怎樣的？我們怎樣通過觀察和實驗鑒別它們”這樣的問題鏈不僅有助于小學生系統(tǒng)理解巖石的知識體系，更能引導他們運用科學思維方法，如邏輯推理和實證分析，去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。再次，教師提出諸如“這塊巖石的結(jié)構(gòu)紋理反映了怎樣的形成過程”“你在巖石研究中發(fā)現(xiàn)的新問題是什么”等探究性問題。這樣，小學生不僅能內(nèi)化所學知識，更能在解決問題的過程中，逐漸養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的科學素養(yǎng)。

教師巧妙運用問題導向啟發(fā)策略，使小學生在問題解決的過程中自主學習、積極思考，最終實現(xiàn)科學知識和科學核心素養(yǎng)的全面提升。通過這種梯度式的教學，小學生的認知思維會得以發(fā)展，好奇心和探究欲會被有效激發(fā)。

（二）增強情境體驗，助推概念思維的螺旋提升

以生活化、情境化教學為載體，創(chuàng)設(shè)貼近小學生生活的教學情境，能夠激發(fā)小學生的探索興趣，促使他們積極投入后續(xù)學習中，深化學習體驗，發(fā)展科學思維。^［4］為此，教師應(yīng)在完成情境創(chuàng)設(shè)后引導小學生將科學知識與現(xiàn)實生活相聯(lián)系，以實現(xiàn)思維方式從直觀感知到深度理解的跨越。

在教科版小學科學六年級下冊《形形色色的植物》的教學中，教師可以通過三個步驟開展情境化教學。第一步，情境創(chuàng)設(shè)引趣。通過帶領(lǐng)小學生進行校園或社區(qū)實地考察，創(chuàng)設(shè)貼近小學生生活的真實情境，引導小學生提出問題，探討植物多樣性以及環(huán)境適應(yīng)性。第二步，情境融入探知。結(jié)合教材內(nèi)容，引導小學生進一步研究植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與其生存環(huán)境之間的關(guān)系，比如葉子形狀與光合作用的關(guān)系，根系分布與水分吸收的關(guān)系等。通過制作植物標本、繪制生態(tài)圖等方式，促進小學生從直觀感知向理性認知轉(zhuǎn)變。第三步，情境延展應(yīng)用。鼓勵小學生將所學知識應(yīng)用于解決實際問題中，如設(shè)計一項綠化校園的方案，或者探討如何利用植物特性改善家庭居住環(huán)境等。這樣的情境能讓小學生把理論知識應(yīng)用于實踐，真正體現(xiàn)出科學深度學習的價值所在。

在真實的自然情境中，小學生親身體驗并細致觀察不同植物各部分的結(jié)構(gòu)特征，并根據(jù)特征對植物進行分類，從而加深對植物多樣性的理解。在這個過程中，小學生運用概念思維對觀察到的信息進行深入分析，觀察技巧和專注力得到了顯著提升。

（三）深化實踐活動，驅(qū)動策略思維的縱深發(fā)展

小學生科學家品質(zhì)的培養(yǎng)是一個不斷深入的過程。教師通過豐富而深刻的活動體驗，激發(fā)小學生的策略思維，從而推動他們的認知能力向縱深發(fā)展。開展以科學主題為核心的實踐探究活動，探究和實踐是科學學習的主要方式。^［5］實踐探究活動不僅能夠增強活動的針對性，還能深化小學生對科學概念的理解，促進策略思維的發(fā)生。

以教科版小學科學六年級下冊《廚房里的物質(zhì)與變化》這一課為例，首先，教師引導小學生關(guān)注廚房中的科學現(xiàn)象，確立探究主題，激發(fā)小學生對日常烹飪中物質(zhì)變化的好奇心，如食材的發(fā)酵和烹煮時顏色、質(zhì)地的變化，以及調(diào)味品的化學作用。其次，小學生根據(jù)教師提供的實驗材料，親自在廚房環(huán)境中動手實踐，觀察糖溶解的過程，探究醋與小蘇打混合產(chǎn)生的化學反應(yīng)等。教師鼓勵小學生在探究過程中提出自己的疑問，記錄觀察現(xiàn)象，并嘗試對這些現(xiàn)象背后的原因進行初步解釋。再次，通過小組討論，小學生相互分享觀察發(fā)現(xiàn)，共同解決問題。在活動中，教師應(yīng)給予小學生更多的時間和空間，讓他們?nèi)ソ?jīng)歷完整的探究過程，去發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象背后所蘊含的科學原理，在實踐探究和表達交流中，不斷加深對科學觀念的理解與內(nèi)化。

主題式探究實踐活動能充分調(diào)動小學生的積極性和主動性，讓他們在真實的生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并在探究實踐中尋找答案，最終在不斷地思考、驗證和交流中鍛煉科學思維。

（四）融合數(shù)字化賦能，開發(fā)創(chuàng)新思維的多元應(yīng)用

在小學生科學家品質(zhì)的培養(yǎng)過程中，每個階段都設(shè)定了特定的目標和挑戰(zhàn)，以激發(fā)小學生創(chuàng)造性思維的發(fā)生。傳統(tǒng)課堂教學由于條件的限制，難以隨時隨地進行真實的科學實驗，而數(shù)字化賦能的多元應(yīng)用，極大地提升了科學探究的規(guī)范性、科學性，為小學生提供了一個探索科學世界的全新視角，使他們能夠在科學探究的道路上，不斷發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造并應(yīng)用新知識，激發(fā)想象力和創(chuàng)新潛能。

教師在教科版小學科學六年級下冊《地球家園的化學變化》的教學過程中，利用數(shù)字化技術(shù)為光合作用中二氧化碳濃度變化的可視化提供了有力支持。課前，教師介紹實驗設(shè)備，包括二氧化碳濃度傳感器、數(shù)據(jù)采集器，以及實驗所需的植物、光源和封閉容器，并簡述實驗步驟及安全須知。小學生學習使用傳感器和數(shù)據(jù)采集器，將傳感器放置在封閉容器內(nèi)的適當位置，確保它可以準確測量植物周圍的二氧化碳濃度。數(shù)據(jù)采集器連接傳感器，并通過計算機軟件實時展示數(shù)據(jù)的動態(tài)變化，再以圖表形式清晰呈現(xiàn)二氧化碳濃度隨時間的變化而變化。通過實時監(jiān)測和記錄數(shù)據(jù)變化，小學生能夠直觀地觀察到光合作用過程中二氧化碳濃度的變化，更好地理解光合作用的科學原理。

通過這一過程，讓小學生意識到借助先進的數(shù)字化實驗設(shè)備，可以讓實驗數(shù)據(jù)從無形到有形，可以用多種辦法得出實驗結(jié)論，潛移默化地將創(chuàng)新思維根植于小學生的內(nèi)心。在這個過程中，小學生不僅能夠接觸到日常生活中鮮少見到的科學知識，還能夠深入探索書本未涉及的領(lǐng)域，更重要的是打開了創(chuàng)造性思維的大門，鼓勵他們利用新技術(shù)探索科學問題，用創(chuàng)新和獨特的方法解決問題。

五、結(jié)語

科學思維幫助小學生建立科學的認知方式，培養(yǎng)科學的問題解決能力，不僅能提升小學生的學術(shù)成就，還能培養(yǎng)他們的批判性思維和創(chuàng)新能力，對于小學生未來適應(yīng)復雜多變的社會環(huán)境至關(guān)重要。因此，在教學實踐中，教師應(yīng)著重關(guān)注課程內(nèi)容與現(xiàn)實生活的深度融合，關(guān)注小學生主體性的發(fā)揮，以及科學精神和社會責任感的培育，實現(xiàn)從知識傳授到能力培養(yǎng)，再到人格塑造的全方位教育目標。期待教師培養(yǎng)出能夠主動探索、勇于創(chuàng)新，并具備解決復雜問題能力的新一代科學家。

參考文獻

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