指向?qū)W生高階思維培養(yǎng)的“船的研究”單元教學(xué)設(shè)計(jì)

〔摘" "要〕" 本文聚焦學(xué)生高階思維培養(yǎng)，并依據(jù)教科版科學(xué)五年級下冊第二單元“船的研究”展開研究。通過創(chuàng)設(shè)洪水災(zāi)害需緊急制作救援帆船的真實(shí)問題情境，激發(fā)學(xué)生思維；構(gòu)建探究性問題串，引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階；實(shí)施單人測試與小組競賽的迭代測試改進(jìn)，強(qiáng)化思維訓(xùn)練；開展小組合作創(chuàng)新，促進(jìn)思維協(xié)同；強(qiáng)化反思評價(jià)，深化思維品質(zhì)。多種策略綜合運(yùn)用，有效提升學(xué)生批判性思維、創(chuàng)造性思維、元認(rèn)知等高階思維，為小學(xué)科學(xué)教學(xué)中高階思維的培養(yǎng)提供了可借鑒的實(shí)踐案例。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；高階思維培養(yǎng)；探究活動(dòng)；問題情境

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）19" " 0040-03

21世紀(jì)以來，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，國內(nèi)外科學(xué)教育在強(qiáng)化科學(xué)探究、培養(yǎng)科學(xué)思維等方面做出重大改革。其中，高階思維培養(yǎng)是國內(nèi)外科學(xué)教育改革的重要方向，也是課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出的科學(xué)教育的核心目標(biāo)。

然而，傳統(tǒng)教學(xué)常局限于低階思維訓(xùn)練，學(xué)生缺乏解決真實(shí)情境復(fù)雜問題的鍛煉機(jī)會(huì)。為此，本文基于國內(nèi)兩種主流的高階思維培養(yǎng)策略——?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境和設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的探究性“問題串”，以教科版科學(xué)五年級下冊第二單元“船的研究”為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)指向高階思維培養(yǎng)的探究活動(dòng)案例。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維跨越

科學(xué)教育需通過開展真實(shí)情境中的探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生“像科學(xué)家一樣思考”。尤其是真實(shí)情境中復(fù)雜的限制條件，能激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促使學(xué)生突破傳統(tǒng)的思維定式，主動(dòng)運(yùn)用跨學(xué)科知識進(jìn)行問題分析與方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從知識記憶到應(yīng)用遷移的思維跨越。

近年來，全球氣候變暖導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)，特別是洪水災(zāi)害，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了嚴(yán)重威脅。本文結(jié)合上述背景創(chuàng)設(shè)了如下情境：小動(dòng)物王國因?yàn)楸┯旰秃樗転?zāi)，連通外界的主干道因山體滑坡阻斷，橋梁被沖毀，外界援助難以快速到達(dá)，有大批小動(dòng)物受困家中?，F(xiàn)需利用當(dāng)?shù)毓S現(xiàn)有的材料緊急制作一批應(yīng)急救援船只，轉(zhuǎn)移小動(dòng)物們至安全區(qū)域。

師生共同針對背景材料進(jìn)行任務(wù)分析，具體如下。

動(dòng)力來源：當(dāng)?shù)責(zé)o法提供電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，僅能利用風(fēng)力及人力作為應(yīng)急救援船只的動(dòng)力；

安全穩(wěn)定：應(yīng)急救援船只需搭乘較多小動(dòng)物或物資，要有足夠的承載力，且不易傾覆；

移動(dòng)速度：因受災(zāi)小動(dòng)物多，轉(zhuǎn)移的安全區(qū)域較遠(yuǎn)，應(yīng)急救援船只移動(dòng)速度不能太慢；

制作時(shí)間：救援時(shí)間緊迫，制作應(yīng)急救援船只的速度要快。

二、構(gòu)建探究性問題串，引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階

構(gòu)建科學(xué)探究性問題串有利于創(chuàng)設(shè)長期思考的思維場，也是對學(xué)生思維習(xí)慣引領(lǐng)的有效支架，可以有效地引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階。在本環(huán)節(jié)中，教師提供的閱讀資料卡和探究性問題串，既給學(xué)生搭建了“腳手架”，也對學(xué)生的高階思維發(fā)展起到引領(lǐng)作用。

首先，教師明確本次競賽任務(wù)和活動(dòng)安排——利用規(guī)定的材料及在規(guī)定時(shí)間內(nèi)制作一艘風(fēng)力帆船，要求能承重5千克，并能借助風(fēng)力順利到達(dá)水池（長10米）終點(diǎn)，用時(shí)短者獲勝。測試階段及比賽階段提供的制作材料如下。

單人測試階段（單人材料包）：A4紙1張（21cm×29.7cm）、15cm長塑料吸管1根（用于桅桿）、剪刀、小卷透明膠、固體膠。

小組競賽階段（小組材料包）：正度全開大紙兩張（78.7cm×109.2cm）、30cm長木棒2根（用于桅桿）、剪刀、大卷透明膠、固體膠。

其次，教師出示閱讀資料卡和探究性問題串。閱讀資料卡介紹船體的大小和船底形狀（V形、平面、圓形等）、帆的類型和形狀（三角形、矩形、梯形等）、船的方向控制（舵葉等）、帆的固定和紙船粘接四個(gè)部分內(nèi)容。教師提供五個(gè)關(guān)鍵性的探究性問題串，包括：你選擇的船體大小和船底形狀？你選擇的帆的形狀？如何保證帆的穩(wěn)固性和船體的密封性？你的船如何控制方向？要想在各組中獲勝，你采取的策略是什么？通過五個(gè)探究性問題串，引導(dǎo)學(xué)生全面思考此次探究活動(dòng)需要解決的問題，以有助于學(xué)生在系統(tǒng)整合、策略制定等分析綜合層次的高階思維發(fā)展。

三、測試階段發(fā)現(xiàn)問題，強(qiáng)化學(xué)生思維訓(xùn)練

制作活動(dòng)分為單人測試階段和小組競賽階段。單人測試階段每位學(xué)生根據(jù)閱讀資料卡及單人材料包，各自制作一艘測試船并在水池中進(jìn)行測試。測試環(huán)節(jié)不采取小組合作方式，主要有以下兩點(diǎn)考慮：一是希望給予每位學(xué)生充分的創(chuàng)造空間和發(fā)展高階思維的機(jī)會(huì)，減少小組合作過程中“搭便車”的情況發(fā)生；二是為下一階段比賽環(huán)節(jié)提供更多有價(jià)值的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)也暴露出更多的設(shè)計(jì)缺陷，而這些設(shè)計(jì)缺陷也是學(xué)生在研究討論解決方案的過程中，發(fā)展其分析綜合與評價(jià)創(chuàng)造等高階思維的寶貴材料。

師生匯總測試階段發(fā)現(xiàn)的問題，共同研究討論解決方案（見表1）。學(xué)生在測試階段提出的解決方案富有想象力和創(chuàng)造力，例如，針對“船前進(jìn)方向偏離”問題，學(xué)生不僅提出增加舵葉、導(dǎo)流條等方法，還創(chuàng)造性地通過調(diào)整主帆與前帆的位置平衡受力。這種從現(xiàn)象觀察到原理應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了學(xué)生對知識的深度理解與遷移能力。

表1" 測試發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案班級匯總表

[測試發(fā)現(xiàn)的問題 解決方案 容易側(cè)翻 ①加寬船底；②降低船帆高度；③增加船底配重 船前進(jìn)方向倒轉(zhuǎn)（偏離方向）了 ①增加舵葉控制前進(jìn)方向；②在船底部增加導(dǎo)流條；③將船體形狀改為流線型；④改變帆的設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少受風(fēng)面；⑤調(diào)整主帆和前帆的位置及帆面大小，使船頭船尾受力平衡 前進(jìn)速度慢 ①將船體形狀改為流線型；②改變帆的設(shè)計(jì)，適當(dāng)增大受風(fēng)面；③增加小帆 船載重沉沒 ①加高船舷，增大船體排開的水量；②減輕帆的重量 帆被風(fēng)吹倒了 ①增加帆牽引繩；②改變帆的設(shè)計(jì)，適當(dāng)減少受風(fēng)面 ]

四、組織小組合作，發(fā)展學(xué)生批判性思維

在單人測試階段，學(xué)生通過測試與改進(jìn)不斷優(yōu)化方案。有學(xué)生在測試中發(fā)現(xiàn) “增大帆面雖提升速度但易側(cè)翻”，通過反復(fù)測試，最終采用“主帆+小帆”的組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了速度與穩(wěn)定性的平衡。這種“設(shè)計(jì)—測試—改進(jìn)”的循環(huán)過程，模擬了真實(shí)工程實(shí)踐中的問題解決路徑，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維與創(chuàng)造性問題解決能力。

基于單人測試的經(jīng)驗(yàn)，在小組競賽階段整合不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢進(jìn)行迭代升級。有小組通過組合加寬的船底和較矮的船帆解決大風(fēng)導(dǎo)致的側(cè)翻問題；有小組整合組員的流線型船體設(shè)計(jì)與高效受風(fēng)船帆設(shè)計(jì)提升速度；有小組將方形船底的穩(wěn)定性與船舵方向控制結(jié)合，形成獨(dú)特設(shè)計(jì)。在小組合作過程中，學(xué)生需進(jìn)行思維碰撞、方案分析評估與責(zé)任分工，提升了溝通協(xié)作與持續(xù)優(yōu)化能力，有效發(fā)展了系統(tǒng)思維及批判性思維等高階思維。

五、實(shí)施反思評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生重思維過程

在活動(dòng)最后階段，師生進(jìn)行評價(jià)和總結(jié)反思。評價(jià)設(shè)置了“紙艦王者”（競賽獲勝）與“智航預(yù)言家”（推測獲獎(jiǎng)船只）雙獎(jiǎng)項(xiàng)?！爸呛筋A(yù)言家”獎(jiǎng)項(xiàng)要求學(xué)生通過觀察各小組紙船，分析設(shè)計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)并預(yù)測比賽結(jié)果，發(fā)展其類比推理與綜合判斷能力?！凹埮炌跽摺豹?jiǎng)項(xiàng)關(guān)注學(xué)生的實(shí)踐成果，“智航預(yù)言家”獎(jiǎng)項(xiàng)則重視學(xué)生思維過程評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)向“重思維過程”的深度學(xué)習(xí)。

在反思環(huán)節(jié)，學(xué)生總結(jié)反思本次個(gè)人測試及小組競賽中存在的問題，并有針對性地提出改進(jìn)策略（見表2）。學(xué)生對自我思維過程的監(jiān)控與調(diào)整，讓自身的元認(rèn)知能力得到有效發(fā)展。

表2" 活動(dòng)中出現(xiàn)的問題及改進(jìn)策略

[出現(xiàn)的問題 改進(jìn)策略 設(shè)計(jì)創(chuàng)意不足 ①組織小組內(nèi)頭腦風(fēng)暴，鼓勵(lì)分享創(chuàng)意；

②利用人工智能搜索設(shè)計(jì)案例，尋找靈感來源 材料選擇不當(dāng) ①在個(gè)人測試階段，將吸管更換成短木棒，可以更好地測試小組競賽階段的效果；

②設(shè)立材料經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)項(xiàng)，在成績相近的情況下用料較少小組獲勝 制作技術(shù)受限 ①可采用拼圖學(xué)習(xí)法，組內(nèi)每位學(xué)生專門深入學(xué)習(xí)一個(gè)模塊內(nèi)容：如船體大小和船底形狀的設(shè)計(jì)、帆的類型和形狀、船的方向控制、帆的穩(wěn)固性和船體的密封性

②教師為有困難的小組適時(shí)提供制作指引手冊 團(tuán)隊(duì)協(xié)作不暢 ①明確小組目標(biāo)和分工，確保職責(zé)明確；②可采用拼圖學(xué)習(xí)法，對小組每位學(xué)生安排不同的學(xué)習(xí)和制作任務(wù)，以此激勵(lì)成員在小組合作過程中充分做好自己職責(zé)內(nèi)的工作 ]

【本文系深圳市教育科學(xué)2023年度規(guī)劃課題“指向高階思維培養(yǎng)的小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)案例研究”的階段性研究成果，立項(xiàng)編號：yb23275】

參考文獻(xiàn)

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