初中科学教学中认知激发策略研究

摘"要：在课程改革背景下，教师教学要立足于发展学生的科学核心素养，培养学生初步的科学思维能力和探究实践能力。但在实际教学中，存在学生学习兴趣不足、教师教学方式和教学评价单一等问题，导致学生认知激发动力不足。文章基于科学核心素养内涵，以“通过多种方式促进学生认知激发，提高学生解决实际问题的能力”为目标，通过对教学设计、作业改革、实施评价三方面来驱动学生激发认知，使其综合素养得到全面、持续、稳定地提升，从“教师会教”转变为“学生会学”，从而落实对学生科学核心素养和跨学科能力的培养。关键词：初中科学；认知激发；核心素养《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《标准》）着重强调培养学生的核心素养、科学思维能力和问题解决能力。认知激发在初中科学教学中占据重要地位。教师深入探究有效的认知激发教学策略，有助于提高初中科学教学质量，使学生能够运用科学思维与方法分析并解决实际问题。一、问题提出1.教学反馈引发的思考在教学浙教版《义务教育教科书·科学》（以下统称“教材”）九年级上册“常见的碱”这节课时，教师设计在未变质和已变质的氢氧化钠溶液中分别滴入稀盐酸的演示实验，引发学生思考，再让学生设计、修改实验方案并动手操作，在此过程中学习氢氧化钠溶液变质的相关知识。但在判断“久置氢氧化钠溶液变质的程度”这一问题上，学生普遍表现一般，说明其解决实际问题的能力还存在不足。2.问卷、实证反馈的问题聚焦教学现状，分析其中存在的问题，为了更好地探索解决措施，笔者对所在学校九年级450名学生开展关于“对科学的学习兴趣”的问卷调查，调查结果如图1所示。其中，不喜欢和讨厌科学学科的学生占总人数的35％。结合七年级和八年级期末考试成绩数据（如图2和图3），七年级的科学标准分是478.5，八年级的科学标准分是480.1，不难看出科学标准分是所有学科中标准分最低的。通过对问卷调查结果和实证教研数据的深入分析，笔者总结初中科学教学中主要存在以下问题。（1）兴趣不足，认知动力不强。由于九年级教学任务较为繁重，为了加快教学进度，在实际教学中，教师可能会删减部分科学实验探究的内容，且布置的作业形式单一，使得学生的学习变得枯燥乏味，缺乏认知激发的动力。（2）方法单调，认知素养不高。在《标准》的引领下，教学方法已经发生了一定的变革，但为了更快、更好地落实教学目标，在实际教学中依然有部分教师以讲授法为主，使得学生的科学核心素养没有得到充分培养。（3）评价单一，认知观念缺失。相对于七年级和八年级来说，九年级教学内容的难度有所提升。为了落实教学目标，教师常常采用题海战术，并以考试分数为主要评价标准，较少采用其他评价方式，使得学生难以形成认知观念。二、概念界定和课程标准解读认知激发是指通过特定的方法或策略，获得知识并应用知识，培养创新思维，提高解决复杂问题的能力。《标准》指出，倡导设计学生喜闻乐见的科学活动，创设愉快的教学氛围，保护学生的好奇心，激发学生学习科学的内在动机；突出学生的主体地位，利用学校、家庭、社区的各种资源，创设良好的学习情境，设计适宜的探究问题，引发学生认知冲突，激发积极思维。为了践行《标准》提出的课程理念，落实立德树人根本任务，笔者探究了认知激发的教学策略。三、认知激发的策略1.通过教学设计激发学生认知（1）创编科学歌曲，激发认知动力。创编歌曲能激发学生的学习兴趣，提高学生的创造力。将科学知识创编成具有科学特色的歌曲，不仅会使科学知识变得更有趣，还能激发学生的认知动力。例如，在教学教材九年级上册“金属的活动性顺序”这节课时，教师可以这样处理。环节1：小组讨论用《两只老虎》的曲调创编一首“金属的活动性顺序”的歌曲。环节2：展示各个小组的歌词，小组讨论修改歌词；再次展示各个小组的歌词，完善歌词内容。环节3：歌曲练唱，利用课余时间练唱歌曲。环节4：歌曲展示，以小组为单位上台展示、评比。学生创作的歌词如下。钾钙钠啊，超级活泼，真活泼，真活泼，一遇见酸溶液，先会与水反应，真奇怪，真奇怪！镁铝锌铁，镁铝锌铁，制氢气，制氢气，氢前还有锡铅，也置换酸中氢，真奇怪，真奇怪！铜汞银铂金，铜汞银铂金，超稳定，超稳定，铜汞银铂金啊，不置换酸中氢，真奇怪，真奇怪！增设创编、赛唱具有科学特色歌曲的环节，能使学生在课余时间一起进行研究和创作，促进其自主学习和合作学习能力的提高，激发其学习科学的动力。（2）引入微项目教学，提升认知素养。微项目教学是根据教学要求和学生身心发展的特点，把教学对象分成若干个小组，将学科内容和知识设置成若干个项目，学生作为主体参与整个项目的教学。微项目教学可以让学生将科学知识运用于实际生活，进一步提高自主建构知识的能力，从而发展科学核心素养，培养科学实践操作能力和探究能力。例如，教材九年级上册“物质的酸碱性”这节课中的阅读材料展示了如何用植物的花、果、茎、叶自制酸碱指示剂。为此，教师可以让学生利用身边的物品，自行制作酸碱指示剂，具体步骤如下。步骤1：分别用不同植物的花自制酸碱指示剂，检验几种不同溶液的酸碱性。步骤2：分别用不同植物的叶自制酸碱指示剂，检验几种不同溶液的酸碱性。步骤3：分别用不同植物的根茎或果实自制酸碱指示剂，检验几种不同溶液的酸碱性。步骤4：查阅资料，了解中国古代染布的工艺流程、原理、染料制备等，购买或自制相应的材料。步骤5：在父母的帮助下，将白布染成喜欢的颜色并在班级中展示。以生活实验为载体的微项目，能够激发学生学习科学的兴趣，促使学生积极、主动参与实验，提升学生的认知素养和知识运用能力。（3）运用游戏式学习，形成认知观念。部分科学知识有一定难度，基础薄弱的学生很难跟上课堂上教师的节奏，难以发展科学思维和创新思维。为了培养学生的科学思维，帮助其形成认知观念，教师需要采取新颖的教学方法来激发学生从多维度思考，游戏式学习便是有效方法之一。例如，在教学元素符号、化学式、化学方程式相关内容时，教师可以通过打牌游戏帮助学生巩固知识，具体游戏规则如下。元素基础牌由红、黄、蓝、绿四种颜色组成，每种颜色的元素牌都由1～20号元素符号组成，共80张。元素功能牌共9张，如+，-，+1，-1，2+，2-，+2，+3，3+。游戏规则如下：元素牌的大小由元素原子序数的大小决定，原子序数越大，元素牌越大。按顺时针顺序抓牌，抓到红色H元素牌的学生先出牌，元素牌先出完的学生为赢家。上家出几张，下家也要出相同的张数。一纵列视为一个炸弹，且纵列数越多，炸弹越大。每种颜色的基础牌都有9张功能牌，功能牌与基础牌一起组成原子团。观察原子团由几个原子组成，原子个数越多牌越大；若原子个数相同，再观察原子所带电荷数的大小，带正电荷比带负电荷的牌大。上述游戏规则便于记忆1～20号元素，也能巩固原子团的相关知识。通过学习、记忆并运用化学式、化学方程式等知识，让学生制订游戏新规则，在不断尝试构建模型的过程中提高解决实际问题的能力。通过打牌游戏学习科学知识，学生之间会相互鼓励和督促，学习过程会更具趣味性和吸引力，能够激发学生的学习兴趣。同时，规则的设定和打牌的环节，能让学生主动将知识应用于实践，将抽象知识转化为具体模型，从低阶思维转向高阶思维，实现以游戏教学法发展学生的科学核心素养。2.通过作业改革激发学生认知（1）引入生活实验，促进主动探究。兴趣是最好的老师，浓厚的兴趣能让学生主动地参与课堂学习活动。同时，学生的好奇心也能有效激发其学习兴趣。为此，教师可以设计生活小实验，激发学生的好奇心和求知欲，从而使其对科学知识产生学习兴趣。例如，在教学教材九年级上册“机械能”这节课中的“重力势能大小的影响因素”时，学生可以利用身边的物品做实验。在安全条件下，学生将两个大小相似、质量相近的土豆分别从一楼、二楼、三楼落下，观察土豆的外观破损情况；将相同材质的3号篮球和7号篮球分别从一楼落下，录制视频来记录两个篮球弹起的高度。通过实验来验证重力势能的大小与物体的质量、下落的高度的关系。引入生活小实验能够提高学生的课堂参与度，激发其学习兴趣，学生还可以对实验材料进行优化、创新，使实验收到更好的效果。在此过程中，学生能够提高运用科学知识解决实际问题的能力。（2）学生录制微课，增强学习自信。微课具有简短精悍的特点，能够在5～10分钟内概括出知识点的特征、构建出解题模型等。学生需要反复深入研究，将知识理解透彻，才能录制出高质量的微课。例如，物质反应程度是教材九年级上册第1章的典型题，如果没有正确的解题思路和模型，学生很难准确作答。教师可以让学生录制“物质反应程度”的微课，要求时间控制在5～10分钟内，再在班级内组织比赛。将获胜的学生聘任为班级科学小老师，并向其他学生播放其录制的微课。学生通过录制和评选简短的微课，能够有效突破教学中的难点问题，不仅调动了自身的学习积极性，还减轻了教师的教学压力，逐渐增强学习自信，提升认知深度。（3）引进项目制作，驱动自主认知。在课余时间或假期，教师可以布置一些项目制作作业，既能激发学生的学习兴趣，又能提高学生的自主实践能力。学生可以利用课余时间参加制作杆秤、改进修剪树枝的剪刀、制作防下水道反味的装置等活动，在此过程中自主探究、自主制作相应的产品并对产品进行优化。实践表明，项目制作作业不仅能让学生主动用科学的方法来解决问题，还能让学生主动探索自然、获得科学知识、解决科学问题，从而提高科学探究能力、实践操作能力和自主学习能力。3.通过实施评价激发学生认知教学评价既是教学的基本环节，又是提高教学质量的重要手段。有效的评价不仅可以激发学生学习的内部动力，还可以提高其认知能力和实践能力。下文从三个方面对评价展开研究。（1）用独特激励语，驱动学生学习。清代教育家颜元曾说，教子十过，不如奖子一长。这说明了表扬的重要作用，适当的表扬和鼓励可以使学生在精神上得到满足，在行动上更加积极、主动，从而发展学生的科学核心素养。例如，使用科学用语表扬学生。笔者所在学校有位数学教师很受学生欢迎，其所教的班级成绩也遥遥领先。该教师曾说：“教师要抓住机会表扬学生，不要吝啬你的表扬。”如果表扬得独一无二且具有学科特色，那学生会在课堂上更加积极、主动。为此，教师可以尝试用物质的名称、性质等来表扬学生。对课堂上表现活跃、积极的学生，教师可以这样表扬“你是金属钠，活跃的态度很好”；对在考试中进步显著、超常发挥的学生，教师可以这样表扬“你是稀盐酸，发挥得很好”。学生在课堂上得到了教师多样、灵活、生动、丰富的评价，再加上适时的肯定和独特学科特色的表扬，不仅对知识有深刻的印象，还能保持浓厚的学习兴趣，持续激发学习内驱力。（2）以认可性评价，深化学生认知。教师可以围绕教学目标，通过观察学生在科学课堂上的参与度、听课的专注度、作业订正情况等方面，让学生进行自评和互评。教师可以先让学生对同桌一周的表现进行评价，再让小组长搜集评价反馈，最后由学生自己反思不足。学生之间的互评和反思，不仅能使其发现问题、寻找解决措施，还能增强其合作意识。这样，教师能清晰了解学生对知识的掌握程度，再据此调整教学进度，从而提高学生的认知水平和学习能力。（3）借量表式评价，推动认知突破。评价量表是提供有效反馈、促进学生学习的快捷教学评价工具，它不仅能为课堂教学增光添彩，更重要的是有助于培养学生的批判性思维、提高沟通交流能力、增强学习认知动机等。笔者利用评价量表的功效，把评价量表运用于项目活动中，让学生依据量表的具体内容为自己打分。例如，制作杆秤项目评价量表，具体如表1所示。[评价内容评价标准结构有挂钩、两个提绳，秤砣带挂绳（3分）有挂钩、一个提绳，秤砣带挂绳（2分）有一个提绳，秤砣不带挂绳（1分）刻度刻度与物体实际质量相符（3分）有刻度，但与实际质量不符（2分）有刻度，但刻度不均匀（1分）美观杆身直，杆轻、光滑（3分）杆身不直，杆重、不够光滑（2分）杆重，随意一根棒（1分）量程有两个量程，刻度均匀（3分）有两个量程，刻度不均匀（2分）有一个量程，刻度不均匀（1分）称量非常准确（3分）较准确（2分）不准确（1分）][表1"制作杆秤项目评价量表]评价量表的使用，不仅使科学项目活动开展更高效，且作业质量也明显提高，同时学生的认知能力、思维能力也会得到更进一步的发展。四、总结与反思1.总结经过以上教学实践，笔者再次对所在学校九年级450名学生开展问卷调查（如图4），调查结果反馈出不喜欢和讨厌科学学科的学生比例下降至20％。同时，分别对他们在七年级、八年级、九年级时的总分和科学学科期末标准分再次进行统计（如图5），数据反馈出九年级科学学科期末标准分比七年级和八年级时高出20多分，也超过九年级总分标准分近10分。在教学、作业、评价改革后开展的问卷调查和实证教研数据显示，不仅学习兴趣、科学成绩明显提升，更证实学生在认知激发、科学观念、科学素养方面有明显提升。笔者基于《标准》要求，从教学设计、作业改革、实施评价三方面对认知激发策略展开研究，构建了具有一定特色的认知激发教学策略体系，即通过教学设计让学生对认知动力、认知素养、认知观念有明显改善；通过对作业改革让学生的自主性、自信心、驱动性的认知激发有明显提升；通过对多元评价实施，让学生的学习能力和认知能力不断强化。2.反思（1）教学设计方面。笔者提及的教学设计并不适用所有教材。如果要更有