以《探索地球》為例用探究穿成一條“科學(xué)故事線”

〔摘" "要〕" 如何用科學(xué)探究穿成一條“科學(xué)故事線”？本文以青島版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)《探索地球》為例，從探究地球的形狀入手，引導(dǎo)學(xué)生用古人的視角，通過觀察現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)地球的形狀，經(jīng)歷古人對(duì)地球形狀的探索過程，從中學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法，經(jīng)歷完整的探究過程。環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)突出“層次線”，問題設(shè)計(jì)突出“邏輯線”，思維培養(yǎng)突出“遞進(jìn)線”，最終形成“科學(xué)故事線”?！翱茖W(xué)故事線”的形成有助于培養(yǎng)學(xué)生有條理的、清晰的思維活動(dòng)，引發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)地認(rèn)知變化。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；“科學(xué)故事線”；思維培養(yǎng)；層次線；邏輯線；遞進(jìn)線

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0034-03

一、“科學(xué)故事線”的由來

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》首次將“科學(xué)思維”作為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵詞?？茖W(xué)思維是從科學(xué)的角度對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，簡(jiǎn)而言之，科學(xué)思維就是科學(xué)家分析問題、解決問題的方法，是科學(xué)家認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象時(shí)用到的方法，他們重視觀察到的現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究、邏輯推理，通過一系列的觀察、實(shí)驗(yàn)、推理、總結(jié)建立觀點(diǎn)和理論。其中探究活動(dòng)是特別重要的一環(huán)。

為科學(xué)思維而教的科學(xué)課堂，應(yīng)該是什么樣子的？著名的科學(xué)教育專家馬冠中博士在《像科學(xué)家一樣思考》一書中給了我們很好的解釋。學(xué)生從經(jīng)歷的現(xiàn)象中提出問題，為了回答這個(gè)問題而探究，獲得知識(shí)回答問題之后，又產(chǎn)生了新的問題，再進(jìn)行探究來回答問題……整個(gè)過程就是一個(gè)解謎的過程。學(xué)生就像在一個(gè)故事里學(xué)習(xí)科學(xué)，參與的各項(xiàng)活動(dòng)穿成一條線，叫作“科學(xué)故事線”?！翱茖W(xué)故事線”的構(gòu)建有利于學(xué)生形成對(duì)探究活動(dòng)的整體認(rèn)識(shí)，學(xué)生在此過程中學(xué)習(xí)科學(xué)家的思考策略，更好地提出問題、做出假設(shè)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、提出疑問、深入實(shí)驗(yàn)、總結(jié)提升，更好地認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象。

二、《探索地球》課例描述

本節(jié)課例是章丘區(qū)教育教學(xué)研究中心蘇明霞老師所授的一節(jié)優(yōu)課。整節(jié)課，蘇老師帶領(lǐng)學(xué)生完成對(duì)地球形狀的認(rèn)識(shí)，環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)，探究過程步步深入，學(xué)生經(jīng)歷了人類認(rèn)識(shí)地球是一個(gè)不規(guī)則球體的完整過程，整個(gè)“科學(xué)故事線”條理清晰。課例描述如下。

（一）導(dǎo)入

教師呈現(xiàn)古詩(shī)《題西林壁》。詩(shī)詞中“不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中”是什么意思呢？借此引發(fā)學(xué)生思考：我們生活的大地是什么形狀的？單憑肉眼觀察，你能看到大地是球形的嗎？人類經(jīng)歷了怎樣的過程才認(rèn)識(shí)到地球是一個(gè)球體的呢？從而帶領(lǐng)學(xué)生重走認(rèn)識(shí)地球的旅程。

（二）探究

直覺：地平說。

問題：古人用什么方法認(rèn)識(shí)地球的形狀？談話：觀察是古人認(rèn)識(shí)世界的一種方法，將觀察到的現(xiàn)象作為猜想的證據(jù)。出示古人觀察到的大地圖片。出示古代中國(guó)、古印度、古巴比倫對(duì)大地形狀的猜測(cè)，分析他們觀點(diǎn)的相同點(diǎn)是什么？體會(huì)“地平說”這一觀點(diǎn)。質(zhì)疑：古人又觀察到其他的現(xiàn)象，對(duì)“地平說”的觀點(diǎn)提出疑問。

推測(cè)：地圓說。

推測(cè)一，帆船進(jìn)港。

古人觀察到帆船進(jìn)港有什么現(xiàn)象？由此，古人會(huì)對(duì)大地的形狀做出什么猜想？模擬實(shí)驗(yàn)：用球模擬不平的大地，用桌面模擬平的大地。討論：分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，古人可以得出什么猜想？質(zhì)疑：這種現(xiàn)象一定能證明大地是球形的嗎？引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論要嚴(yán)謹(jǐn)。

推測(cè)二，月食現(xiàn)象。

播放月食現(xiàn)象視頻后出示月全食過程示意圖。分析：月球被遮擋部分的形狀有什么特點(diǎn)？由此，古人會(huì)對(duì)地球的形狀做出什么猜想？演示實(shí)驗(yàn)：用黑白圓紙片和半圓形黑紙片模擬球形和半球形地球影子投射在月球上，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析哪種情況和現(xiàn)實(shí)中看到的情景更相似？質(zhì)疑：如果你是生活在那個(gè)時(shí)代的人，對(duì)地球是球形的觀點(diǎn)還有沒有質(zhì)疑？

實(shí)踐：地球是個(gè)球體。

模擬麥哲倫環(huán)球航行路線，講解麥哲倫環(huán)球航行故事。演示實(shí)驗(yàn)：將軟塑料棒在大小不同的球上彎折，引導(dǎo)學(xué)生觀察塑料棒的形狀有什么不同，并思考能得到什么啟示。理解古人對(duì)地球形狀錯(cuò)誤猜想的原因。

證實(shí)：地球是個(gè)不規(guī)則的球體。

播放人類探索太空，跳出地球，在太空中拍攝地球照片的視頻。介紹我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展，激發(fā)民族自豪感。

三、探究過程如何穿成“科學(xué)故事線”

“科學(xué)故事線”的形成有助于培養(yǎng)學(xué)生有條理的、清晰的思維活動(dòng)，引發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)地認(rèn)知變化。那應(yīng)該如何將探究過程穿成“科學(xué)故事線”呢？

（一）環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)：形成“層次線”

環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)要做到符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的前概念，通過層次鮮明的環(huán)節(jié)，逐步引導(dǎo)學(xué)生積極參與其中，認(rèn)真思考，真正形成環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的“層次線”。課例中就有一條清晰的層次線，值得認(rèn)真研究、學(xué)習(xí)。

1.創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生前概念

情境是學(xué)生認(rèn)知的基礎(chǔ)，要設(shè)計(jì)與學(xué)生相關(guān)的情境。結(jié)合生活中的實(shí)用工具、科學(xué)現(xiàn)象、有趣玩具等引出“科學(xué)現(xiàn)象”，極大地調(diào)動(dòng)其內(nèi)在潛力，促使他們積極地投入學(xué)習(xí)之中。同時(shí)情境的設(shè)計(jì)要有問題意識(shí)。在情境中提出有一定啟發(fā)性的問題，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，可以讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問題，產(chǎn)生矛盾，引起認(rèn)知沖突，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)需求。課例中教師借助學(xué)生耳熟能詳?shù)脑?shī)句，引出對(duì)于廬山面貌的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而發(fā)散思維聯(lián)想到我們生存的地球，我們身處其中，如何了解地球的形狀呢？由現(xiàn)象到問題，引發(fā)學(xué)生思考。

2.制造矛盾，引發(fā)概念爭(zhēng)論

矛盾情境是學(xué)生形成認(rèn)知沖突的基礎(chǔ)。教學(xué)時(shí)，教師要善于利用學(xué)生的前概念與現(xiàn)實(shí)的差別，利用這種差別制造矛盾，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生爭(zhēng)論、思考，深入學(xué)習(xí)。課例中，教師利用帆船進(jìn)港先看到桅桿后看到船身這一現(xiàn)實(shí)現(xiàn)象，與古人的前概念——地球是平的，引發(fā)沖突，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，修正認(rèn)識(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，解除認(rèn)識(shí)誤區(qū)。實(shí)驗(yàn)是最好的用于解決認(rèn)知沖突的手段。小學(xué)階段最常用的兩種實(shí)驗(yàn)類型是模擬實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)要做好實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)，如實(shí)驗(yàn)的操作、實(shí)驗(yàn)的觀察、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)等，有條理地引領(lǐng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，通過現(xiàn)象解除自己的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)時(shí)要鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)現(xiàn)象、結(jié)論進(jìn)行大膽質(zhì)疑，促進(jìn)學(xué)生思維的深度發(fā)展。課例中，教師引領(lǐng)學(xué)生做了帆船進(jìn)港的模擬實(shí)驗(yàn)，同時(shí)又與平的桌面模擬進(jìn)港進(jìn)行了對(duì)比，從而解除了地球是平的這一認(rèn)識(shí)誤區(qū)，同時(shí)大膽質(zhì)疑，這樣是不是就說明地球是球形的呢？引發(fā)學(xué)生深入思考。

4.添加證據(jù)，加深概念認(rèn)識(shí)

怎樣才能實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)進(jìn)階呢？設(shè)計(jì)層次強(qiáng)的遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)是不錯(cuò)的選擇。一個(gè)或一次實(shí)驗(yàn)有時(shí)并不能完全解釋現(xiàn)象或得出結(jié)論，這時(shí)要設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)。這樣既是對(duì)前實(shí)驗(yàn)新認(rèn)知的鞏固，又是對(duì)形成的新認(rèn)知的加深，有利于形成更為完整的、準(zhǔn)確的新概念。課例中針對(duì)第一個(gè)實(shí)驗(yàn)留下的質(zhì)疑——地球一定是球形的嗎？會(huì)不會(huì)是弧形？展開新的層次遞進(jìn)實(shí)驗(yàn)，通過模擬月食的形成，分析現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)月食形成的形狀剛好是地球留下的，是一個(gè)球形，并不是簡(jiǎn)單的弧線。然后通過麥哲倫環(huán)球航行一周回到原地，進(jìn)一步給地球是球形提供證據(jù)，最后借助先進(jìn)的科技手段，飛出地球，從太空觀察地球，真正確定地球形狀——不規(guī)則球體。這樣層層遞進(jìn)的方式，逐步完善學(xué)生對(duì)于概念的認(rèn)識(shí)。

5.強(qiáng)化思辨，深究概念理解

人們常常因?yàn)橐恍┎豢梢姷氖聦?shí)或者受到一些局限性而使自己的思維受到束縛，這時(shí)可以以實(shí)驗(yàn)為引，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行有力的思辨，用理性說服感知覺，才能在分析事物的聯(lián)系、變化中自然理解概念。課例中古人對(duì)地球的認(rèn)識(shí)很有局限性，只能依托于看到的現(xiàn)象感受地球的形狀，蘇老師巧妙地利用實(shí)驗(yàn)，將軟塑料棒在大小不同的球上彎折，引導(dǎo)學(xué)生觀察塑料棒的形狀有什么不同，并思考能得到什么啟示。進(jìn)而理解古人對(duì)地球形狀錯(cuò)誤猜想的原因。

（二）問題設(shè)計(jì)：形成“邏輯線”

問題的設(shè)計(jì)需要邏輯性，把握幾個(gè)設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵點(diǎn)，大膽質(zhì)疑，將問題真正形成“邏輯線”。

關(guān)鍵點(diǎn)一：在現(xiàn)實(shí)情境中或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象中觀察到新現(xiàn)象，不知道如何解釋時(shí)。課例中古人一直認(rèn)為地球是平的，并且這種認(rèn)識(shí)持續(xù)了很長(zhǎng)的時(shí)間，直到發(fā)現(xiàn)帆船進(jìn)港，先看見桅桿后看到船身這一現(xiàn)象時(shí)，用地球是平的無法解釋，進(jìn)而提出問題。

關(guān)鍵點(diǎn)二：得出結(jié)論后，結(jié)論本身又需要進(jìn)一步解釋時(shí)。課例中由帆船進(jìn)港得出結(jié)論，地球不是平的，可能是球形的。這里就需要進(jìn)一步解釋，怎么將可能變成肯定呢？這就提出了問題，需要進(jìn)一步的事實(shí)依據(jù)。

關(guān)鍵點(diǎn)三：得出結(jié)論又遇到新的情況，現(xiàn)有的知識(shí)解決不了時(shí)。課例中在通過帆船進(jìn)港、月食現(xiàn)象得出地球是球形的結(jié)論后，教師又有了新的問題：僅僅靠這兩個(gè)現(xiàn)象是不是就能夠給地球的形狀下結(jié)論呢？還有沒有更加直觀的證據(jù)呢？進(jìn)而引出麥哲倫環(huán)球航行，跳出地球，在太空中拍攝地球照片的證據(jù)，用事實(shí)充分說明地球的形狀。

（三）思維培養(yǎng)：形成“遞進(jìn)線”

學(xué)生思維的培養(yǎng)要從易到難、由簡(jiǎn)到繁，本著層層深入、循序漸進(jìn)的原則設(shè)計(jì)有梯度的問題，保證可以指導(dǎo)學(xué)生開展有效思考活動(dòng)，這樣可以有效促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展，學(xué)生不但掌握了知識(shí)，而且從中養(yǎng)成了思維方法，學(xué)會(huì)分析與綜合、比較與分析、抽象與概括、歸納與演繹等思維方法，探究精神和合作態(tài)度也得到培養(yǎng)。

1.從單維度思考向多維度思考轉(zhuǎn)變

學(xué)生對(duì)科學(xué)課堂中自然現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，往往會(huì)局限于“是真的嗎？”“能說明這個(gè)結(jié)論嗎？”等單維度的思考，缺少了“這種情況，說明了什么？還有沒有其他可能？”這種多維度的思考。比如，在以上課例中，在通過帆船進(jìn)港這一實(shí)驗(yàn)論證后，我們往往會(huì)進(jìn)行單維度的思考：這是不是說明地球不是平的，而是球形的呢？于是就得出了結(jié)論。而課例中只是得出地球可能是球形，并且對(duì)現(xiàn)象提出疑問，還有可能是什么原因，并進(jìn)而引發(fā)學(xué)生思考，并重新尋找證據(jù)，這樣學(xué)生的思維就變成了多維度的思考。

2.具象思維向抽象思維過渡，提高思維的深度

小學(xué)階段學(xué)生的思考仍舊需要具體事物的支持，他們?nèi)菀讖木唧w的事物、現(xiàn)象中發(fā)掘信息，進(jìn)行思考，這就是我們所說的具象思維，而對(duì)于抽象邏輯思維能力則要欠缺一些。讓思維進(jìn)行有效的過渡，可以提高學(xué)生思維的深度和廣度。課例中用到了大量的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景讓學(xué)生直觀感受地球形狀，這就是具象思維，而從帆船進(jìn)港開始，學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下開始由具體的帆船進(jìn)港這一現(xiàn)象，推理出地球不是平的，可能是球形的，這里已經(jīng)有了初步的抽象思維培養(yǎng)，再到后來月食現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，猜測(cè)成因，就是真正地在進(jìn)行抽象邏輯思維能力的培養(yǎng)。當(dāng)然，在這一過程中，為了降低難度，教師用黑白圓紙片和半圓形黑紙片模擬球形和半球形地球影子投射在月球上，將問題具象化，方便學(xué)生理解。

小學(xué)科學(xué)課程要求我們要立足學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，一節(jié)課、一個(gè)單元，如果我們都能設(shè)計(jì)一條或幾條貫穿其中的“科學(xué)故事線”，我們就能高效地帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷完整的探究過程，經(jīng)歷像科學(xué)家一樣思考、研究過程，這樣，學(xué)生科學(xué)觀念的形成、科學(xué)思維的發(fā)展、探究實(shí)踐能力的加強(qiáng)、責(zé)任態(tài)度的樹立都能得到巨大的提升。

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