高階思維在科學課堂的生長路徑

王明光

教學的核心是思維，學生的學習需要思考。在推進教學改革的過程中，加強對學生思維能力的培養，能有效促進核心素養的發展。高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，它在教學目標分類中主要表現為分析、綜合和評價等。隨著信息技術的發展，低階思維能力越來越不適應當代社會的發展，注重高階思維能力的培養是當前教育發展的必然趨勢?？茖W教師要通過長期不懈的精心教學和對學生潤物細無聲的習慣浸潤，助力學生的高階思維發展。

真實情境激活科學分析能力

兒童天生對周圍的物質世界充滿著強烈的好奇心和積極的探究欲，但是只有具備在真實情境中解決復雜問題的能力，才能具備核心素養。因此教師在新課導入環節，應該基于小學生的心理特點，創設一些適合他們的有趣、真實的情境，激發他們的探究興趣，激活他們的科學分析問題的能力，為新課學習奠定基礎。

教學片段一：“土壤”內容的導入

師：生活中，我們經常需要分離一些混合物，比如：廚房里，媽媽用漏勺把煮好的餃子從鍋中撈出;工地上，工人用篩子分離出沙中的小石子;谷場里，農民利用簸箕分離秕谷;大海邊，鹽田工人利用海水曬鹽等。今天，老師也帶來了一杯混合物，它是由鐵粉、木屑、砂礫、食鹽四種材料混合而成的，你們能大致分離出這四種物質嗎？

生：放在水里。

師：你準備分離出什么成分？

生：木屑。

生：如果分離鐵粉的話，可以拿塊磁鐵把鐵粉吸出來。

師：你是根據它的什么特性呢？

生：鐵可以被磁鐵吸引。

師：好的，給他掌聲鼓勵。還有幾樣東西呢？

生：把它放入水中攪拌，讓鹽溶解，再過濾、蒸發。

師：也就是說，根據食鹽的性質，我們可以把它放在水中攪拌、溶解、再蒸發，分離出食鹽，這依據的是食鹽不能被蒸發的特性。還有嗎？

生：砂礫、木屑都不溶于水，可以把它們放入水中攪拌，木屑漂在水面，撈出，把上部的水倒出，下部就是砂礫，再把水過濾蒸發。

師：攪拌后，撈出漂浮物——木屑;將水倒出，分離出沉淀物——砂礫;再把倒出的水蒸發，就分離出食鹽了。

同學們非常棒，剛才依據這四種物質的特性，結合以前學過的知識，運用各種方法，我們依次分離出了這四種成分。今天老師給你們提供了一種大家非常熟悉的物質：土壤，它也是一種混合物。

教學設計要以學生為主體，適宜的情境設置可以激起學生的好奇心。在這個導入環節中，教師首先展示生活中常見的簡單易操作的分離實例作為鋪墊，然后出示一杯由鐵粉、木屑、砂礫、食鹽組成的混合物，請學生分析如何將它們大致分離，這樣可以喚起學生的前概念。學生通過交流認識到：根據物質的性質來設計合適的方案就可以將它們一一分離開來。這樣的教學情境很好地激活了學生分析問題的能力，同時引出活動——進一步探究土壤的成分。

科學觀察培養科學推理能力

小學科學是以實驗探究為核心的學科，而觀察在實驗探究中占有非常重要的地位?？茖W始于好奇，發現始于觀察，分析促進推理。在教學中，教師應該讓學生有目的地進行觀察，并整理、分類觀察后獲得的信息，分析數據內在的聯系，從而培養他們的科學推理能力。

教學片段二：觀察蒼耳的傳播方式

師：（課件展示房頂上的蒼耳植株圖片）蒼耳這種植物的種子能傳播到這兒嗎？

生：會。

生：一些兔子從旁邊經過的時候，蒼耳就會粘在兔子身上，被兔子帶到其他地方去。

師：蒼耳的什么特點讓你們想到它會被兔子帶走？

生：蒼耳種子的刺上有倒鉤。

師：也就是說，你是觀察到蒼耳上有帶刺的小倒鉤這個特點，于是想到會有動物把它帶走。

生：我認為人也能把它帶走，我去年冬天爬寶石山時發現蒼耳粘在我的毛衣上。

師：它的什么特點會讓它粘在你的毛衣上呢？

生：我認為是它的小刺。

師：看來同學們都注意到了蒼耳是長有帶鉤的小刺的，所以說它是靠動物傳播的，真的是這樣嗎？想不想看看真實的蒼耳？

（教師分發蒼耳，提醒學生觀察蒼耳是不是真的有帶鉤的小刺。）

師：有沒有帶鉤的小刺？

生：有。

師：能不能粘在衣服上？

生：（一邊嘗試一邊回答）能。

師：蒼耳只有帶鉤小刺這一個特點嗎？請觀察、討論一下，它還有什么特點。

生：它很小，橢圓形的，棕色。

生：因為是橢圓形的，所以它可以滾動。

生：蒼耳兩端有比較長的大刺。

生：很輕，很容易被風吹走。

師：同學們推測一下蒼耳還有哪些特點使它們很容易被傳播出去？這些特點，還使得它適合以哪種方式傳播？

生：橢圓形能滾動，可以通過自己來傳播。

師：你能解釋一下嗎？

生：它如果生長在一個斜坡上，就可以從一個地方滾到另一個地方。

師：非常棒，分析得很好。

生：又小又輕，適合風力傳播。

生：大刺扎在動物身上，適合動物傳播。

生：棕色有可能被一些棕色的動物忽略。

師：非常棒，因為是棕色的，粘在某些動物身上容易被忽略，因為又小又輕，粘在身上也不容易被發現。通過觀察，我們發現：蒼耳不止一種傳播方式，每一種傳播方式都與它的結構特點相適應。結合蒼耳所有的外部特征，你認為哪種方式最適合蒼耳傳播出去？

生：風力傳播和動物傳播。

師：你們用嘴巴吹吹看，看風能不能把種子傳播得更遠呢？風能不能一直吹呢？你們認為蒼耳最顯著的傳播特點是什么。

生：（異口同聲地回答）動物傳播。

四年級的學生已經具備一定的觀察、推理能力，由于受到時空限制，學生無法在課堂上直接觀察真實世界中的種子傳播過程，因此需要尋找有充足說服力的證據來證明種子的傳播方式，這是一個包含了假設、尋找證據、反復辨析的科學過程。以生活中常見的蒼耳為例，根據以往經驗可知它可以傳播到遠處。學生通過觀察蒼耳的特征，分析與每種特征可能匹配的傳播方式，并在此基礎上進行層層推理，初步體會到了蒼耳種子的結構和功能相適應這一結論。

科學辯論促進科學評價能力

俗話說“理不辯不清，事不辯不明”，在課堂教學中，科學教師要善于應用研討和辯論。在研討思辨的過程中，通過不同觀點的碰撞，學生對客觀對象進行判斷、分析后形成自己的見解和結論。在教學過程中，教師要善于發現有爭論的知識點，并以適當的專題展現給學生討論?？茖W辯論不僅有利于增強對知識點的理解和掌握，還有利于學生思辨能力和邏輯思維能力的培養，從而促進他們科學評價能力的提升。

教學片段三：對云進行分類

師：這張記錄單能看懂嗎？

（課件展示記錄溫度和海拔關系的記錄單。）

師：氣象學家在對云進行觀察描述時，通常將它們分成三類，請閱讀書本《對云進行分類》。模仿書本的圖片，在記錄單上畫出不同類型的云在天空中的大致位置，并在云朵旁邊標出它們可能的狀態。

（請一位學生展示他的記錄單并匯報。）

師：有同學對他的記錄單有不同意見嗎？為什么？

生：我有不同意見，我認為夏天天空中的云都是由小水珠組成的。

生：我不同意，請看記錄單，天空越高，溫度越低，我認為低空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。

師：誰還有不同意見？

生：我有不同意見，因為夏天都是下雨的，冬天下雪，所以夏天的云是小水珠，冬天的云是小冰晶。

師：還有沒有不同見解？

生：我認為冬天的地面溫度很低，天空的溫度更低，天空中的云是小冰晶，天空中的云落回地面，形成雪。

師：夏天的云呢？

生：我有補充，夏天我坐飛機，看飛機顯示屏顯示飛機外的溫度有零下三十多攝氏度，飛機外的云朵肯定是小冰晶。

師：（用手比畫記錄單）一年四季，高空的溫度變化不大，明顯變化的是近地的溫度，天空中的云朵越來越大，逐漸下降，在不同的季節落回地面，會怎么樣呢？

生：夏天地面溫度高，小冰晶在下降的過程中，溫度上升，慢慢融化成小水珠落回地面，形成降雨。

師：掌聲送給所有的小伙伴，我們可否這樣理解，按照記錄單中的信息，地面溫度為20攝氏度時，低空、中空的云是小水珠，高空的云是小冰晶。高空的小冰晶下落過程中所經歷的變化還與近地溫度有關，如果低空溫度較高（春、夏、秋季高于0攝氏度），小冰晶下降過程中會融化成小水珠落回地面，形成雨;如果低空溫度較低（冬季低于0攝氏度），小冰晶下降過程中繼續保持固態特征落回地面，形成雪。

在這個教學片段中，云的組成是有爭論的知識點。教師引導學生分析天空中云的組成受不同海拔高度溫度的不同以及近地溫度隨著季節的不同的影響，以及云落回地面發生的變化來展開科學辯論。這樣一次次的否定，層層推進的科學辯論不僅有利于增強學生對知識點的理解和掌握，還有利于培養學生思辨能力和邏輯思維能力，提升科學評價能力。

建模拓展提升科學綜合能力

建模是小學科學教學的一種有效方法，它有利于促進學生對科學知識的理解，提升學生的科學綜合能力。模型建構的過程能夠培養學生觀察分析、提出問題、解決問題、動手制作、抽象思維等能力。在使用建模法來驗證猜想的活動中，教師要善于利用身邊簡單、易得、成本低、好操作的材料。

教學片段四：不同環境下的動物

師：植物的形態結構和生活環境相關聯，那么動物呢？（課件展示鴿子的圖片及介紹資料）你能從中找出鴿子的哪些特征利于它們在空中飛行嗎？

生：鴿子骨骼中空、消化道短。

生：有翅膀。

生：鴿子的身體呈紡錘形，有利于減少空氣阻力。

師：還有嗎？

生：羽毛可以保溫，還可以讓外形更流暢。

師：怎樣才能知道我們的推測是否正確？

生：做實驗。

師：能否用老師提供的A4紙設計實驗，驗證紡錘形的外形特征及體重輕（骨骼中空、消化道短）是否有利于鴿子在空中飛行？大家能否用建模的方式，來驗證你們的猜想？誰能分享下自己的方法？

生：由于鴿子是在空中飛行的，我想折紙飛機來模擬。用A4紙折出尖頭、鈍頭、平頭紙飛機探究外形對飛行的影響的實驗。

師：誰還有補充？

生：用同樣的A4紙，可以保證重量相同。

生：用相同大小的力來投擲紙飛機。

師：還有沒有？

生：我想模擬重量對飛行的影響。用一張A4紙和兩張合在一起的A4紙分別折出兩個外觀相同的紙飛機，用來模擬體重對飛行的影響。

師：太棒了，掌聲送給所有的同學。

在該教學片段中，教師聚焦問題：鴿子的哪些特征利于其在空中飛行？建立原型和模型的聯系。學生根據鴿子運動的特點及提供材料的性能，不斷提出新建議加以修正，從而建立起簡單易操作且能反映科學本質的模型——紙飛機。接著又以鴿子為例，推廣到鳥類的結構特征與它所生活的環境相適應這一核心本質。學生在觀察分析的基礎上，從具體的問題抽象出模型，并選擇合適的材料制作，根據自制的模型驗證猜測。在這個過程中，學生的觀察分析、提出問題、解決問題、動手制作、抽象思維等綜合能力都得到了提升。

總之，在小學科學課程中培養學生的高階思維非常重要。在科學教學中，教師應給予足夠的重視，緊扣核心，基于學生的認知特點，不斷探索、運用各種教學策略來組織教學，使學生高階思維的培養達到更好的效果。

浙江省杭州市文海實驗學校（310018）