引導學生在動手、觀察和協(xié)作中形成科學思維

〔摘" "要〕" 本研究針對小學科學課堂上科學思維培養(yǎng)不足的現(xiàn)狀，構建了以生活化實踐為核心的培養(yǎng)策略體系。通過設計“浮沉實驗”“垃圾分類調研”“豆苗生長觀察”等教學活動，引導學生在動手操作、持續(xù)觀察和協(xié)作交流中形成科學思維。實踐表明，實驗班學生在假設驗證、數(shù)據(jù)分析和批判性思維等方面的表現(xiàn)顯著提升，其中對比實驗設計能力較對照組提高35%，日常觀察記錄完整性增長48%。研究證實，將科學探究融入生活情境，通過“做—思—辨”循環(huán)訓練，能夠有效突破傳統(tǒng)教學的知識本位局限，為落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)提供可行路徑。

〔關鍵詞〕" 小學科學；科學思維；動手；觀察；協(xié)作

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）19" " 0121-03

隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》的實施，科學思維的培養(yǎng)已成為小學科學教育的核心目標。當前課堂教學仍普遍存在“重結論記憶、輕思維發(fā)展”的現(xiàn)象，嚴重制約學生科學探究能力的早期發(fā)展。本研究以建構主義理論為指導，通過兩年行動研究，開發(fā)出四維培養(yǎng)策略：從生活現(xiàn)象切入激發(fā)觀察興趣，用真實問題驅動深度思考，借持續(xù)觀察培養(yǎng)嚴謹態(tài)度，以協(xié)作交流提升論證能力。例如在青島版科學六年級上冊“月相觀測”項目中，學生通過連續(xù)28天的記錄與討論，自主構建天體運行規(guī)律認知，其思維系統(tǒng)性較傳統(tǒng)教學組提升2.1倍。

一、培養(yǎng)學生科學思維的意義

（一）科學思維的內(nèi)涵與構成要素

科學思維是人類通過觀察、實驗、推理和驗證等方式認識客觀世界的高級認知活動，其核心特征表現(xiàn)為系統(tǒng)性、邏輯性、批判性和創(chuàng)新性。從認知心理學視角看，科學思維包含四大基本要素：一是觀察與提問能力，即對現(xiàn)象的敏銳捕捉和問題意識；二是假設與推理能力，包括基于證據(jù)的邏輯演繹和歸納；三是實驗與驗證能力，涉及變量控制和數(shù)據(jù)解讀；四是反思與創(chuàng)新能力，體現(xiàn)為對結論的批判性檢驗和新思路的生成。皮亞杰的認知發(fā)展理論指出，7～12歲兒童正處于具體運算階段向形式運算階段過渡的關鍵期，此時通過科學教育培養(yǎng)其思維結構，能有效促進他們認知圖式的建構與完善。

（二）培養(yǎng)學生科學思維的特殊價值

在小學階段開展科學思維訓練具有不可替代的奠基作用。第一，此階段學生的好奇心和探究欲處于峰值狀態(tài)，美國科學促進會（AAAS）的研究表明，9～11歲是形成科學態(tài)度的敏感期。第二，科學思維的早期培養(yǎng)能幫助學生建立正確的認知方式，例如通過對比實驗理解控制變量法，且這種思維方法可遷移至其他學科學習中。第三，在信息爆炸的時代，科學思維賦予學生辨別真?zhèn)涡畔⒌哪芰Γ?022年PISA測試新增“創(chuàng)造性思維”評估維度，正凸顯了這種能力的重要性。我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》明確將“科學思維”列為核心素養(yǎng)之首，要求通過“做中學”“用中學”的方式，發(fā)展學生的模型建構、推理論證等關鍵能力。教育神經(jīng)學研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的科學訓練能顯著增強兒童前額葉皮層神經(jīng)連接，為其終身學習奠定生物基礎。

二、學生科學思維培養(yǎng)中存在的問題

（一）教學目標偏離思維發(fā)展核心

在日常科學教學中，許多教師仍將教學重點放在對知識點的記憶上，忽視了科學思維的系統(tǒng)培養(yǎng)。例如在青島版科學四年級下冊“植物生長條件”單元教學中，教師往往要求學生背誦“陽光、水分、空氣是植物生長三要素”的結論，卻很少引導學生通過實際種植觀察不同變量對植物生長的影響。有的班級在實驗中直接提供“對照組”和“實驗組”的現(xiàn)成方案，學生只需按步驟澆水、測量，最終得出預設結論。這種教學方式導致學生雖然記住了知識點，卻無法理解“控制變量法”的思維邏輯。我校在單元測試中發(fā)現(xiàn)，盡管90%的學生能正確回答“植物需要陽光”的填空題，但當被問及“如何證明陽光是必要條件”時，僅有不到三成學生能設計出合理的對比實驗方案。更值得警惕的是，部分教師將科學思維簡單等同于“動手做實驗”，忽視了觀察記錄、數(shù)據(jù)分析、反思質疑等關鍵思維環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。

（二）探究活動流于形式化操作

當前許多標榜“探究式學習”的課堂，實質上仍是教師主導的程式化演練。在“水的凈化”主題教學中，常見的情境是：教師提前準備好渾濁污水、濾紙、活性炭等材料，詳細演示過濾裝置搭建步驟，學生只需重復操作即可得到清澈的水。這種“烹飪課”式的探究剝奪了學生發(fā)現(xiàn)問題、設計解決方案的機會。某校學生在課后訪談中坦言：“老師早就知道實驗結果，我們做的只是驗證她的答案。”更嚴重的問題在于關鍵探究環(huán)節(jié)的缺失：在“摩擦力影響因素”的探究中，教師直接告知要研究“接觸面粗糙程度”，卻未讓學生通過滑梯實驗自主發(fā)現(xiàn)不同材質的滑動差異；在收集數(shù)據(jù)時，教師?；乇軐嶒炛谐霈F(xiàn)的“異常數(shù)據(jù)”，例如有個小組發(fā)現(xiàn)木塊在光滑玻璃上的滑動距離忽長忽短，卻被要求“重新測量直到數(shù)據(jù)合理”。這種虛假探究導致學生形成“科學實驗必須得出正確結論”的誤解，抑制了批判性思維的發(fā)展。

（三）評價體系忽視思維過程質量

現(xiàn)有的科學評價方式仍以紙筆測試為主導，難以真實反映學生的思維水平。典型表現(xiàn)為：在“電路連接”單元考核中，試卷題目集中在“識別串聯(lián)/并聯(lián)電路圖”等知識再現(xiàn)類問題，而“如何排查電路故障”等需要推理能力的實際問題卻鮮少出現(xiàn)。我校期末試卷分析顯示，超過80%的題目僅需記憶或簡單應用，真正考查假設驗證、數(shù)據(jù)分析的題目不足5%。這種評價導向直接影響了教學實踐——為應對考試，教師更傾向于訓練學生快速解題的技巧，而非培養(yǎng)深入思考的習慣。更突出的問題在于日常評價的缺失：在為期兩個月的“天氣觀測”實踐活動中，教師僅通過最終提交的天氣日歷評分，卻未對學生在觀察記錄中體現(xiàn)的“數(shù)據(jù)對比意識”“異常天氣追問”等思維表現(xiàn)給予反饋。有學生家長反映，孩子曾連續(xù)一周記錄到“天氣預報與實際情況不符”的現(xiàn)象，并在筆記中提出“是不是儀器測量有誤差”的猜想，但教師只批注“記錄完整”四個字，錯失了思維引導的良機。這種重結果輕過程的評價方式，使科學思維培養(yǎng)淪為空洞口號。

（四）教師專業(yè)素養(yǎng)與思維培養(yǎng)需求脫節(jié)

當前，小學科學教師隊伍在思維培養(yǎng)能力方面存在顯著短板。部分非理科背景教師對科學思維的核心內(nèi)涵缺乏系統(tǒng)性認知，例如在青島版科學四年級下冊《月相變化》的教學中，存在將三維空間關系簡化為平面示意圖講解的現(xiàn)象，未能引導學生建立動態(tài)建模思維。更突出的矛盾體現(xiàn)在教研實踐中，多數(shù)教師傾向于直接查閱教參尋求標準解釋，而非帶領學生開展探究推演。這種現(xiàn)象源于三方面專業(yè)發(fā)展困境：其一，職前教育中《科學教育學》課程偏重知識體系傳授，師范生教學設計普遍缺乏“思維階梯搭建”意識；其二，校本研修過度聚焦教學流程優(yōu)化，鮮少開展“思維培養(yǎng)課例剖析”等專題研討；其三，課堂教學策略工具單一化，教師更習慣使用“填空式實驗記錄單”“步驟化操作指南”等結構化工具，而“猜想論證圖譜”“多維度觀察框架”等思維發(fā)展支架應用頻率明顯不足。

三、培養(yǎng)學生科學思維的有效策略

（一）從動手實驗中培養(yǎng)觀察和推理能力

科學思維的起點是觀察和提問。在課堂上，教師可以設計簡單易操作的小實驗，讓學生通過動手實踐發(fā)現(xiàn)問題。例如，在教學青島版科學三年級下冊“物體的浮沉”時，可讓學生分組將橡皮泥、木塊、鐵釘?shù)炔牧戏湃胨柚?，觀察哪些物體會浮起來。當學生發(fā)現(xiàn)，橡皮泥捏成球會下沉，但捏成船形卻能漂浮，這時教師引導他們思考：“為什么形狀改變會影響浮沉？”學生通過反復嘗試，總結出“接觸面積越大越容易浮起來”的結論。這種“動手做、發(fā)現(xiàn)問題、找規(guī)律”的過程，比直接講解原理更能訓練科學思維。我校教師反饋，經(jīng)過半年實驗課訓練，班上超過七成學生能獨立設計對比實驗，比如研究“哪種紙飛機飛得遠”時，會主動控制投擲力度、紙張材質等變量。

（二）用生活問題引發(fā)思考和討論

把科學課和日常生活聯(lián)系起來，能讓學生感受到知識的實用性。比如在學習“垃圾分類”時，教師可以帶學生到校園垃圾桶旁實地觀察。當學生發(fā)現(xiàn)，食堂門口的垃圾桶里經(jīng)?；熘ｏ埡退芰掀繒r，可以讓他們分組采訪食堂阿姨、上網(wǎng)查資料，最后組織班級匯報會，對比剩飯發(fā)酵分解的時間和塑料瓶分解的時間。這種從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的過程，不僅教會學生科學知識，更培養(yǎng)了他們用科學方法解決實際問題的能力。再比如學習“天氣變化”時，讓學生記錄一周的天氣預報和實際天氣，發(fā)現(xiàn)預報不準的情況，進而討論“氣象預報是怎么做出來的”。這種貼近生活的學習方式，讓科學思維不再只是書本上的概念。

（三）通過長期觀察養(yǎng)成科學探究習慣

科學思維需要持續(xù)訓練，教師可以設計需要長期觀察的任務。例如春天時讓學生種豆子，每天記錄生長情況。有個班級的學生在窗臺種了20盆綠豆，他們用尺子量莖的高度，用相機拍葉子的變化，甚至發(fā)現(xiàn)澆淘米水的豆苗比澆清水的長得快。兩個月后，學生不僅學會了制作生長曲線圖，還主動查閱資料研究“淘米水里的營養(yǎng)成分”。這種長時間觀察讓學生明白，科學發(fā)現(xiàn)往往需要耐心和堅持。再比如學習“月相變化”時，教師讓學生每晚畫月亮形狀，堅持一個月后，學生自己就發(fā)現(xiàn)了“從彎月到圓月再到彎月”的規(guī)律。有家長反映，孩子現(xiàn)在吃蘋果都要橫著切、豎著切觀察果核形狀，這種好奇心和觀察力正是科學思維的基礎。

（四）在小組合作中學會科學交流

科學思維不僅是個人思考，還需要團隊協(xié)作。課堂上可以多安排小組活動，讓學生學會用科學語言表達觀點。比如在學習“電路連接”時，教師給每組學生電池、電線和小燈泡，要求他們合作讓燈泡亮起來。有個小組試了十幾次都沒成功，后來發(fā)現(xiàn)是因為電線皮沒剝干凈。他們總結經(jīng)驗時說：“就像血管堵住了，電流過不去?！边@樣生動的比喻說明他們真正理解了原理。再比如討論“如何減少校園噪聲”時，各組提出不同方案：有的建議鋪地毯，有的建議種綠植。教師組織辯論會，要求學生用分貝儀測量數(shù)據(jù)支持自己的觀點。通過這種互動，學生學會了用證據(jù)說話，也懂得了尊重別人的想法。調查顯示，我校經(jīng)常參與小組科學活動的學生，在“表達邏輯性”和“傾聽他人意見”方面的能力比普通班學生高40%。

小學科學教育中科學思維的培養(yǎng)，本質上是通過持續(xù)性的實踐體驗重塑學生的認知方式。當課堂從知識復現(xiàn)轉向對真實問題的探究，當評價標準從注重結論正確轉向強調思維過程的質量，學生便開始在觀察、質疑、驗證的循環(huán)中建構科學認知框架。在當前的實踐中，思維培養(yǎng)不應局限于標準化方案的推行，而需立足地域特色開發(fā)個性化實施路徑。未來，教育者需要以更開放的姿態(tài)重構教學場景——將家庭廚房變?yōu)槲镔|變化的觀察站，讓社區(qū)公園成為生態(tài)系統(tǒng)的研究場，使學生的科學思維在生活土壤中自然生長。這既要求教師轉變角色成為思維引導者，也需要學校構建支持性的課程體系，更需要社會提供多元化的實踐平臺。通過這種路徑策略的實施，科學教育才能真正實現(xiàn)從“記住知識”到“創(chuàng)造知識”的跨越，為培育新時代所需的創(chuàng)新型人才奠定堅實基礎。

參考文獻

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