试述小学科学“双螺旋结构”课堂操作要点

【摘要】思维活动是科学探究教与学的核心。小学科学“双螺旋结构”课堂是以“探究实践”和“科学思维”两条螺旋为主线，通过“问题”和“证据”进行贯连，构成一个稳定的科学学习课堂。本文结合具体的教学案例，试述小学科学“双螺旋结构”课堂操作要点。在科学探究的过程中，学生要保持强烈的好奇心，通过思维活动进行数据分析和解释，完成完整的科学探究过程。同時，学生还要提升科学探究能力，而科学思维能促进科学探究能力的发展。例如，学生在分析证据时要进行科学推理、模型建构等思维活动，表达交流时要进行科学论证。因此，思维活动是科学探究教与学的核心。为此，探究实践与科学思维的紧密结合、共同发展就显得尤为重要。小学科学“双螺旋结构”课堂中的“探究实践”，是以实践为特征的科学探究活动，包括动手操作、实验模拟、信息搜集、观察考察等。“科学思维”是以心智为特征的各种思维活动，表现为演绎与归纳、分析与综合、分类与比较，以及概念、判断、推理等逻辑思维的过程和形式，用以感受、提取、理解、判断、选择、记忆、想象、假设、推理，并以此指导科学探究活动。两条螺旋主线在“问题”和“证据”的贯连中关联共生、螺旋发展。笔者将结合具体的教学案例，试述小学科学“双螺旋结构”课堂操作要点。一、创设隐含上位概念的学习情境——情境问题科学课程设置了13个学科核心概念，是学生应该掌握的科学课程的核心内容。依据学习动机理论、良好的情境，能有效地激发学习动机、引起认知冲突、启发思维等。因而，教师创设良好的学习情境，有利于帮助学生建构核心概念。学习情境若想要推进学生概念的建构，就必须要隐含着上位概念。同时，学生要能在情境中暴露前概念，而暴露前概念的方式通常是提问。指向核心概念的问题，能够引发学生思考，呈现学生的已有认知或下位概念。教师以此来设计相应的教学活动和策略，帮助学生建构核心概念。基于以上分析，小学科学“双螺旋结构”课堂需要创设隐含上位概念的学习情境，其关键操作就是围绕核心概念设计情境问题。例如苏教版小学科学二年级上册《形状改变了》一课，学科核心概念是“物质的运动与相互作用”，学习内容是“力是改变物体运动状态的原因”，内容要求是“知道力可以使物体的形状发生改变”。基于这样的核心概念和学习要求，教师创设的学习情境不仅要有趣，还要体现力与形状的关系。由此，教师创设的学习情境是：玩变脸游戏，要求用手把脸变成不同的样子。这个情境很好地激发了学生学习的热情。学生会兴高采烈地玩游戏，将脸变出多种多样的形状。此时，设计一个情境问题尤为重要。若情境问题仅仅是“你的脸变成了什么样子？”，学生就只会关注形状的变化，无法将力与形状产生联系，不利于建构核心概念。因此，教师需要围绕核心概念设计情境问题。既然学生需要认识力可以使物体的形状发生改变，那么在玩游戏的过程中，不仅要关注形状变化，还要关注如何用力。因而，可以将情境问题设计为：“你是怎么做的？你的脸发生了什么变化？”创设隐含上位概念的学习情境，需围绕核心概念设计情境问题，能有效暴露学生的前概念。教师可以以此来设计后续教学活动。这个过程能为探究实践与科学思维的螺旋发展奠定良好的基础，为小学科学“双螺旋结构”课堂提供较好的开端。二、贯连“探究实践”与“科学思维”螺旋上升的纽带——问题与证据学习进阶是对学生在一个时间跨度内学习和研究某一概念或主题时，连贯且逐渐深入的思维方式的描述。学习进阶理论认为，学生对某一主题或核心概念的理解不是一蹴而就的，而是不断积累和发展的过程。那么学习的路径也应该是一个逐渐积累、日臻完善的过程。教师应该设计“少而精”的学习内容，通过层层递进的探究活动来帮助学生进行深度学习和思维的纵深发展。建构主义学习理论认为学习是一个主动建构的过程。在探究活动中，教师可以通过适当的问题，激发学生的积极思维，让新旧知识发生作用，引导学生主动建构新的认知。小学科学“双螺旋结构”课堂中的“探究实践”和“科学思维”需要相互关联、螺旋上升。而贯连它们的纽带就是问题与证据。问题在探究实践中客观存在，能激发学生思考，推进探究的层层递进，促进学生探究能力的逐步提升。而在探究实践中获得的证据能为学生的思维提供支撑，促进学生思维能力的螺旋发展。具体操作要点如下：1.依据概念的建构设计环环相扣的关键问题。小学科学“双螺旋结构”课堂中的“问题”指的是围绕探究目标在探究活动中精心设计又指向明确的关键问题。这些具有一定逻辑关系的关键问题组成问题链，环环相扣，共同指向核心概念。也就是说，这些关键问题是在一个个层层递进的探究活动中产生的，是为达成探究目标而设定的。同时，这些问题又都指向同一个核心概念的建构。因此，在设计关键问题时，先要明确核心概念，依据概念的建构，定位好每一个活动的目标，再围绕活动目标设计关键问题。苏教版小学科学四年级上册《点亮小灯泡》一课，指向课标中“物质的运动与相互作用”的核心概念。其内容要求是知道构成电路的必要元件，说明形成电路的条件。基于以上分析，探究活动的目标为：经历点亮小灯泡的探究活动，通过分类、比较、分析等思维方法，对点亮小灯泡的连接方法进行归纳，了解电流的通路。依据概念的建构，从学生的前概念入手，依据活动目标设计环环相扣的关键问题。为了了解学生的前概念，设计关键问题：利用电池、灯泡和导线，你能想办法让小灯泡亮起来吗？为了引导学生根据观察结果进行有依据的预测，设计关键问题：仔细观察多种电池以及小灯泡的外部和内部结构，你现在认为哪些连接方法能让小灯泡亮起来？为了帮助学生进行分类、比较、分析、归纳等思维活动，并逐步建构科学概念，设计关键问题：根据实测的结果，归纳能点亮小灯泡的连接方法有什么共同点？不能点亮小灯泡的连接方法又有什么共同点？比较不亮的和亮的连接方法，有什么不同？以上环环相扣的关键问题，全部指向电流通路的概念建构。在探究活动中，学生不仅提升了探究能力，还在分类、比较、分析、归纳等思维活动中促进了思维的发展。2.围绕思维的发展提供具有内在逻辑的证据。小学科学“双螺旋结构”课堂中的“证据”指的是学生在科学探究活动中通过观察、实验、调查等多种途径来获得事实和证据，通过对证据的提取、整理、组合形成具有内在逻辑关系、能够证实（证伪）科学问题的证明链条。苏教版小学科学五年级下册《撬重物的窍门》，学生需要通过大量数据和思维活动，发现省力、费力和不省力也不费力的杠杆。在教学时，教师可以通过两次探究活动，让证据之间形成内在逻辑，以此促进学生思维的提升。例如，第一次活动，学生只用平衡尺探究：在什么情况下，轻的物体能把重的物体撬平衡？学生得到的证据都是支点左侧重右侧轻的数据。此时，学生只需要对证据经历比较、归纳的思维方法，得出初步的结论。第二次活动，学生完成挑战性的任务：如果在支点左侧10厘米处挂3个钩码，那么在右侧怎么挂才能平衡呢？面对这个问题，学生首先要進行猜测，而这个猜测的过程实际是利用上一个活动的结论进行推理。究竟推理的是否正确，学生要搜集第二次证据进行论证。对搜集到的新证据再次进行比较、分析和归纳，建立证据与解释之间的关系。学生的思维在具有逻辑关系的证据中，经历多次推理论证，得到不断发展。总之，设计螺旋递进的探究活动，需要依据核心概念的建构，定位好每一个活动的探究目标并设计关键问题。创设思维发展的有利条件，需要依据学习进阶，提供具有内在逻辑的证据。由此，小学科学“双螺旋结构”课堂通过问题与证据贯连探究实践与科学思维，并促进其螺旋发展。三、关注科学思维显性化的方法——转变话语方式小学科学“双螺旋结构”科学课堂通过问题与证据贯连探究实践与科学思维时，不仅需要关注学生的探究实践能力，还要关注其科学思维能力。探究实践是以实践为特征的科学探究活动，学生在动手操作、实验模拟、信息搜集、观察考察等过程中，探究实践能力很容易显现。但是，科学思维是以心智为特征的各种思维活动，很难显现出来。因此，科学思维的显性化就显得尤为重要。让科学思维显性化的方法有很多，小学科学“双螺旋结构”课堂更加突出话语方式的转变。在问题与证据中学生不断地进行科学思维活动。课堂中，学生需要充足的时间思考和充分的机会表达。因此，学生的话语方式应该转变为多学多说。相反，教师的主要任务不是教，而是引导学生的学，所以教师的话语方式应该转变为少教少说。课堂中的对话与互动是主体间的平等交流，在师生之间、生生之间的对话互动中，学生的科学思维得以显性化。具体的操作要点如下：1.改变对话的形式，呈现每个学生的思维。传统的科学课堂，最常见的师生互动是教师与学生之间的对话与交流，缺少学生与学生之间的有效互动。即使在小组讨论中，真正参与的学生也很少。这使得学生之间的互动流于形式。高效的生生互动可以调动来自不同学生、不同维度的学习资源，触发学生之间思维地碰撞，有利于激发学生的学习内驱力，促进每个学生探究实践能力与科学思维能力的发展。因此，当提出一个探究问题后，教师需要留给学生充足的时间独立思考。之后，让小组内的每个学生都发表见解，充分表达自己的想法，认真听取他人观点，在组内形成一致想法。最后，学生在组间进行交流，生生互动，分享和表达各自小组的想法。在这个过程中，学生多学多说，教师少教少说，让每一个学生的思维都得以显性化。2.借助对话的载体，展现思维的过程。在探究实践活动中，小组内的每个学生都要围绕探究的问题寻找有效的证据，并对证据进行思维加工。要使每个学生都参与到探究活动中，并将自己的思维显性化，就需要给他们展示和表达的机会。而小组的学习记录单就是很好的对话载体。常见的学习记录单是小组内的一位同学负责记录，这就会导致其余学生无法参与。教师可以对学习记录单做一些改变，使之能展现出每个学生的想法，给他们提供展示和交流的机会，让学生的独立思考与小组讨论相结合。例如，每个学生可以将自己的想法写在便利贴上，然后将便利贴粘到小组的记录单上，之后再与小组内的同学进行解释与交流；学生还可以将显性的文字或图画记录在大的展示板上，方便与全班进行展示交流。此外，学生在交流时，利用话语表达的框架也利于学生思维显性化。例如，让学生按照这样的语言进行表达：我们的观点是什么，我们的证据是什么，我们的结论是什么等。学生在用这样的话语框架表达时，就已经将思维过程展现出来了。四、创设利于迁移应用的新情境——新问题与新证据小学科学“双螺旋结构”课堂强调探究实践和科学思维的螺旋发展，课堂的结束并不是发展的结束，学生还需要对核心概念进行深化理解。思维需要迁移应用，以解决实际问题。所以，教师需要创设新的情境，此情境也必须是指向核心概念的。其关键操作与前文一致，仍然是围绕核心概念设计新的情境。而后经历与上文一样的过程，围绕核心概念、探究目标与思维发展，再次通过新问题与新证据将探究实践与科学思维关联共生、螺旋发展。苏教版小学科学四年级下册《热胀冷缩》一课，学生通过递进的探究活动，依据观察到的现象，通过分析、归纳等思维方法，发现大多数液体都具有热胀冷缩的现象。最后，老师创设新的情境问题：生活中瓶装的酱油、饮料、纯净水等，都没有灌满，而是留有一段空隙，这是为什么呢？这个问题指向了概念的应用。学生在思考这个问题时，需要将概念进行迁移应用并解释实际问题。除此之外，教师可以继续创设新的情境问题，帮助学生将本课学到的探究方法与思维方法进行迁移，去研究新的问题。例如：固体有没有热胀冷缩的现象呢？用我们这节课中学到的方