促进学生思维发展的科学探究教学如何有效开展？

科学探究是科学教学的重要组成部分。科学探究的核心是科学思维，探究的设计必须以思维发展为起点和归宿。本文中，义务教育科学课程标准修订组组长胡卫平教授及其团队以思维型教学理论为依据，提供了在科学探究教学中有效发展思维能力、落实核心素养的可行路径。

20世纪以来，科学探究一直是各国课程改革的核心主题。然而由于教育工作者对科学探究本质的理解不足，我国当前的科学探究教学仍囿于对学生操作能力的培养，忽视了思维的发展。为此，我们要把握科学探究的本质，基于其发展趋势提出教学模型，推进实践革新。

目前，关于科学探究的内涵理解可以归纳为三种：

观点一将科学探究作为一种教学方法，认为教师是教学的主体，要引导学生自主建构科学解释。

观点二则将其作为一种学习过程，强调学习者是科学探究的主体，要主动形成科学观念，理解科学本质。

观点三将其视为一种育人目标，强调培养学生的科学探究能力，加深学生对科学探究本质的理解。

▲小学科学课堂

无论哪种观点，都将科学思维作为核心，然而迄今为止，教学实践仍然仅聚焦于操作技能的训练，无法灵活的解决真实问题。而我们需要了解如何在科学探究的教学过程中激发学生的科学思维，发展学生核心素养。

通过分析不同的学习理论以及科学教育改革趋势，我们对当前科学教育的实践有了如下认识。

1.科学教育的核心目标是促进高阶思维能力的发展。

2.创设能够激发学生认知冲突的情境，促进学生主动学习。

3.强调自我监控，在学习过程中的关键作用，注重元认知能力的的培养。

4.强调合作问题解决能力对适应社会发展的必要性，重视合作学习过程中思维互动的核心作用。

5.建构思维能力的学习进阶模型，强调个体思维发展的连续性和递进性。

思维型科学探究的教学原则

解决当前科学探究教学中忽视学生思维发展的关键问题，具体的教学原则包括以下几点：

第一，以思维能力的培养为核心，引领核心素养的协调发展。思维是衔接不同维度素养的核心，多维素养的发展需要以思维的发展为基础。在教学过程中，应当以思维培养为核心目标，辐射到其他素养的发展目标，以此来整合多维素养的协同发展。

第二，创设能够引起学生认知冲突的教学情境，激发学生学习动机，引发学生积极思维。积极思维的前提条件是具有良好的思维环境。科学探究教学应注意创设问题情境，引发学生认知冲突，从而使学生明确教学活动的目标，并激发学生积极主动的思维。

▲老师带领学生测量太阳高度角

第三，灵活协同自主学习与合作学习，支撑探究过程中学生的自主建构。教师一方面需要基于学生已有的知识经验和认知水平，激发学生进行独立的高层次思维活动。另一方面，要创设有利于学生进行合作交流的社会文化环境，使学生能清晰地向他人阐述自己所构建的科学解释，对其他观点提出合理质疑；促使学生通过交流来建构社会意义。

第四，通过应用迁移加深学生对知识的理解，帮助学生培养良好的科学情感、态度与价值观。新旧知识的联系过程实际上也是旧知识的应用和迁移过程；学习的迁移过程是知识相互作用、逐渐整合的过程。

核心素养强调在真实情境中解决复杂的问题，教师要帮助学生学会如何将在科学探究过程中所学的知识、方法和态度应用迁移到其他情境领域中。

第五，以学生的思维进阶为理论依据，科学系统地促进学生的发展。学习进阶的理论模型对思维型科学探究教学过程可提供两个维度的支撑：

一方面，帮助教师了解学生对某个核心概念的理解如何由简单向复杂不断发展，明确如何在最近发展区内创设学习情境，从而有效合理地激发学生的认知冲突。

另一方面，学习进阶可为教师在教学过程中整合跨学科概念、协调多元能力的发展提供理论指导。

思维型科学探究教学

的基本模式

● 思维型科学探究的教学目标

在思维型科学探究的学习过程中，我们期望学生能够在开放民主的学习环境中，通过参与探究实践，学会使用科学语言与他人进行交流，感受到个人需求、兴趣、价值观和经验在探究实践的表达，从而能够主动建构、自主完成并理解科学探究的过程，进而实现核心素养的全面发展。

具体的培养目标包含四个方面：科学观念、科学思维、探究实践、态度责任。

1.科学观念：学生在科学探究过程中理解科学的本质，生成对客观事物的本质及规律等观点与见解；形成学科观念与跨学科观念并能够将其应用于科学现象的解释与实际问题的解决。

2.科学思维：学生掌握分析、综合、分类、比较、概括等抽象思维方法，空间认知、想象、联想等形象思维方法和发散、迁移、重组等创造性思维方法，将其合理应用于科学学习过程。

基于经验事实抽象概括出理想模型，发展模型建构能力；运用推理与论证提出问题、作出假设、提出解释，发展推理论证能力；批判看待不同观点和结论，通过不断检验和修正提出创造性见解，发展创新思维能力。

3.探究实践：学生能够形成科学探究的意识，理解科学探究的本质；具备制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价等科学探究能力；能够学会设定学习目标，计划、监控、并调整自己的学习过程，发展自主学习能力。

4.态度责任：学生能够对科学持有积极的态度，保有对自然世界的好奇心；以批判性的眼光看待权威知识，敢于质疑、勇于探究、善于创新、乐于合作、积极分享；形成热爱自然、珍惜生命、保护环境、节约资源的社会责任感；能综合考虑社会责任、伦理道德、公共规范与法律法规等，对社会性科学问题做出正确的价值判断。

四个素养相互依存，共同构成一个完整的体系。

科学观念作为科学本质属性的集中体现，是其他素养发展的基础。

科学思维作为科学探究过程中所需的关键能力与核心思维方式，是素养发展的核心。

探究实践不仅是学生通过科学探究所形成的关键能力与对科学探究的本质理解，同时也是其他素养发展的关键途径。

态度责任是在探究实践和科学思维支撑下科学观念的内化，是社会主义核心价值观的集中体现。

● 思维型科学探究实施的基本过程

在探究过程中，学生的主要任务在于从情境中产生并明确问题，围绕问题作出假设，制订调查计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价、应用迁移。教师要为学生创设一个学习情境，在探究过程中精选和设计学习材料，为学生搭建“脚手架”以引导学生达成学习目标，启发学生应用迁移。

▲教师指导制作火箭模型

1.情境创设与问题提出

情境创设应使学生联系已有的知识经验解决问题，鼓励学生独立思考、挑战权威、合作互动，从而形成一种学生主动学习、积极参与的生动活泼的教学氛围。情境创设应满足以下几点：

首先，情境应与学生的生活背景相关联，促使学生自主感知科学探究的意义，激发学生学习的内在动机。

其次，情境应该围绕教学内容进行创设，贴合学生的最近发展区。

最后，情境应当能够引起学生的认知冲突。

提出问题阶段，学生主要通过观察，将现象与概念进行联想以激活先验知识，结合对现象或环境中变量间关系的分析，在发散性思维的基础上从多个视角上提出不同的问题；比较和区分所提问题的可行性，进一步确定自己的研究问题，明晰学习目标。

概而论之，学生需要在观察、联想比较、类比、分析、发散等思维方式的基础上来抽取、识别和明确可探究的科学问题。

对中小学生，尤其是低年级的学生而言，独立提出、鉴别和区分科学问题存在一定困难，教师需要提供辅助材料来帮助学生感知到情境中的实际价值，建构学习的意义；关注学生如何提出问题，帮助他们对所提出问题进行聚焦和转化，进一步引导学生发现和归纳科学问题的特征。

2.作出假设并制订计划

学生需通过因果推理、类比推理、演绎推理等逻辑思维，在已具备的科学观念基础上，提出可验证的假设，通过不断的测试和修正假设来构建知识。

学生需要综合利用联想、发散、重组和辩证等多种思维方式制定调查计划。此时要考虑五个方面的基本内容：

明确自己的信息需求，确定所要进行的调查类型；

明确控制和操作变量；

设计具体的实验步骤；

选择合适的测量和数据记录方案；

明确使用何种元认知策略有计划地监控和评估自己的学习过程。

3.搜集证据与信息处理

在计划实施之初，学生使用不同的调查手段和工具，借助观察、发散、比较、分析、综合等思维方式收集证据。利用发散思维，从证据的类型、搜集的方式等多维视角考虑证据的收集；基于比较、分析、综合等思维方式，对证据的准确性和可靠性，及支持主张的切合性和充足性进行综合评估。

信息处理是信息的加工编码阶段，涉及使用分析、综合、推理等思维方式对信息进行选取与表征，协调和存储。具体而言，学生需要使用工具来理解数据，查找数据中隐含的关系；获取、协调和存储观察到的现象和数据。

在该阶段，教师需要引导学生进行有目的、有计划地观察，向他们介绍数据处理方式和策略，以便帮助他们学会对数据信息进行加工以建构意义。

4.得出结论与表达交流

学生需要在科学推理的基础上，从收集的信息中得出某现象如何发生或为什么发生的合理解释；通过比较和分析不同的理论与证据，进一步评估协调调查中形成的解释。

表达交流是一个合作学习的探究过程，包括明确地公开分享自己的证据和观点；通过交流和辩驳捍卫自己的观点。促进学生使用科学语言交流主要包括两方面的目的：

一是让学生将自己的探究结果进行抽象概括，简洁明了地使用科学语言向他人分享自己的观察和解释，明确地表达自己的主张，并阐明自己的证据如何支持自己的主张；

二是要求学习者基于批判性思维对他人的解释和主张进行提问、批判性地评估他人的证据、识别错误推理。

在该阶段，教师的角色是组织学生通过合作交流来构建对科学观念和科学探究的理解；引导学生辩证地从正反两个方面看待同伴的观点和意见，明白不同观点是个体对问题的生成的不同理解；帮助学生学会通过协作来找到最佳的问题解释或解决方案。

5.总结反思与应用迁移

在一个探究周期完成之后，从背景知识出发，联系学习目标，对探究过程进行批判性回顾；以分析、比较、概括等思维活动为基础，对探究过程进行反思和和自我评价，为新的探究循环提出新问题。通过总结反思，学生能获取对知识的深层次和概括性理解，免于将探究局限于执行步骤。

教师应该为学生创建一个新的相关情境，以便学生能够将原有探究过程中所形成的实践能力、科学观念、科学态度与价值观应用到新的情境中。教师在创建迁移情境的时候，需要明确链接新旧情境的相关内容，预估学生迁移的程度。

● 思维型科学探究的教学评价

教学评价要重视学生的关键能力和必备品格，全面考查学生的科学观念、科学思维、探究实践以及态度责任等核心素养的发展；充分发挥学校、教师、学生、家长等参与评价的主动性与积极性；综合利用诊断性评价、过程性评价和总结性评价，满足不同教学阶段的需求。

在教学开始之前，教师可通过诊断性评价了解学生的现有水平，由此创设良好的教学情境，激发学生学习兴趣。

教学过程中以过程性评价为主，其目的主要包括两方面：

一是帮助学生实时监控自己阶段性目标的完成情况，指导学生的下一步学习。

二是协助教师监控学生的学习表现，以便于教师及时为学生提供指导。

评估主体包含教师评估、同伴之间的互评以及学生自评。评估内容包括学生的表现，以及教师在教学过程中所提供的“脚手架”的有效性。

在教学结束后，可通过总结性评价，了解学生对总体学习目标的掌握程度，从而为教学实施的有效性和下一步改进提供依据。在总结性评估中应该从多个维度设计评价细目表，全面评价学生的素养发展等级。

（来源：“思维智汇”微信公众号，本文节选自《思维型科学探究教学的理论建构》，作者胡卫平、郭习佩、季鑫、严国红、张皖）

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原标题：《促进学生思维发展的科学探究教学如何有效开展？》

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