科学思维能力的框架模型及教学意义 作者：许春良 来源：《教育研究与评论（小学教育教学）》2018年第02期 摘要：以 “科学探究能力”立体模型为参考，结合小学阶段科学探究活动的特点，再根据科学思维所特有的证据性、逻辑性和发展性等品质，可得到科学思维能力的框架模型。这个框架模型可以引发对科学思维品质的关注和落实；实现科学思维的显性化；推动科学教学评价的多元性。 关键词：科学思维能力 框架模型 多元评价 科学思维指的是具有意识的人脑对科学事物（包括科学对象、科学过程、科学现象、科学事实等）本质属性、内在规律及事物间的联系和相互关系的间接的和概括的反映。这决定了其必须基于事实证据和科学推理，必须通过科学课程的学习和浸润才能有效获得，因此具有鲜明的学科特征。本文尝试建构一种科学思维能力的测评框架，以期对小学科学课程的实施产生积极的教学意义。 一、科学思维能力的框架模型 思维可以被视作是在问题空间上进行的搜索过程，科学探究一般也的确是从提出问题开始到解决问题结束，这样就构成了一个完整的科学思维过程。以李春密等的“科学探究能力”立体模型（由探究内容、探究过程和能力品质三个维度组成）为参考，结合小学阶段科学探究活动的特点，再根据科学思维所特有的证据性、逻辑性和发展性等品质，可得到科学思维能力的框架模型（如图1）。 下面以模型中的“提出问题”为例对科学思维能力的测评加以说明。科学学习始于问题的提出，而任何一个科学问题的提出都需要以已有的知识背景作基础，因此这项能力的测评应重点关注学生能否在特定的教学情境中根据已有的知识经验和现实条件提出具有研究价值和研究可行性的科学问题，特别是要看学生所提出的问题和现象之间有无本质的联系。因此，在“提出问题”这一维度上就可以对学生的科学思维水平进行由低到高的区分。比如在研究物体沉浮的秘密时，教师先让学生把多种不同的物体放入水中后观察发生的沉浮现象，然后让学生针对这一活动提出一个课堂研究的问题。较低层次提问水平的学生提出的问题往往与现象、科学主题无关，如乒乓球为什么在水面上漂来漂去，粉笔扔到水里为什么会有气泡等；一般提问水平的学生则能够透过现象表层直接提出问题，但思维水平仅限于复述观察到的现象，并不触及现象背后的科学原理，如为什么乒乓球会是浮的，而橡皮泥是沉的；高级提问水平的学生能够对观察到的各种现象进行分析比较，在此基础上提出切中要害的科学问题，如为什么回形针比木块轻反而会沉在水里等。 二、科学思维能力框架模型的教学意义 （一）引发对科学思维品质的关注和落实 从培养科学思维品质入手，能够探索出学生科学思维能力发展的一些特点。学生思维能力的发展需要在教学中架设“思维支点”支撑，特别是在学生认识迷惑、思想徘徊、情感起伏的时候，用关键的“支点性”问题进行扶持指导，化解思维障碍，从而厘清学生头脑中混沌的思维。科学思维品质发展水平还是区分学生科学思维能力高低的重要标志。比如面对一个集气瓶，小学低年级的学生判断为“这是个空瓶，什么都没有”，中年级的学生鉴定为“充满空气的瓶子，空气占据着瓶内的空间”，而高年级的学生则会思考“瓶内会存在哪些气体呢，我可以用什么方法鉴定呢”。 研究科学思维品质的发展与培养，有利于进一步挖掘学生科学思维的潜力。比如在“认识光的直线行进”时，由于光的特性（波粒二象性、速度极快），学生无法像研究普通材料一样进行直观的实验探究。为此，教师要提供有结构的材料支持，用实证主义法指导学生进行思维能力的有效推进。首先，学生根据经验判断“光是沿直线行进的”，但不能解释原因，这属于思维的经验事实阶段。于是，教师出示一根不透明软管，让光照射管道并通过。学生通过实验很快就会发现，软管拉直后光束才能通过，软管有弧度光束就不能通过。这一层次的认知，学生会进行归纳概括，但是仅通过一次探究就得出结论，显然是不符合演绎推理思维的。这时，教师依次出示带孔黑屏，学生进行深层次的推理：光可以穿过一块屏上的小孔，这说明光可以行进。在此基础上学生做出了相对理性的假说——增加一块带孔黑屏（与第一块屏平行且处于同一高度），光能从两个孔连续通过就能再次证明光是沿直线行进的。这时，教师出示第三块带孔黑屏进行 “思维暗示”，学生就会进一步确认“三个小孔在一条直线上时，光就能穿过三块屏、四块屏、五块屏……” （二）实现科学思维的显性化 借助科学思维能力的框架模型，可运用概念调查、课堂观察、习作图示和动作表情分析等方法，收集学生在科学探究或科学论证活动中的思维表现痕迹，把本来不可视的思考方法和思考路径显现出来，使其清晰可见、可感，以此推测学生在科学学习中的思维进程和状态，进而探索学生科学思维品质的表现特征和形成规律。在具体问题或探究环节上，教师可观察并记录学生理解、表达、推理、概括、抽象、判断、论证、比较、分析、综合等方面的表现。以“电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关”学生实验记录单的分析为例，给出的因素有：铁芯的粗细、铁芯的长短、电池的多少、线圈的多少等。“如果让你来研究，你会选哪几种情况来研究”指向学生的判断思维，思维能力强的学生会想到磁性与电有关，而与电相关的材料有电池和线圈，进而会认准电池、线圈这两个关键因素；“缠绕导线的时候该怎么做”指向学生的综合思维，学生会关注具体的操作方法，开始绕的一端留下一段导线，两端需要打结固定；“在前后两次吸大头针的时候，要注意什么”指向学生的比较思维，让学生注意到“电磁铁和大头针接触的部位要相同”；“实验结果怎样”指向学生的判断思维与概括思维。 （三）推动科学教学评价的多元性 科学学科教学的本质特征是探究性，但绝大多数教师在学生能力测评时仍然采用传统的笔试方式，这与缺乏科学思维能力測评框架模型的理论支持不无关系。其实，即使由于测评技术、所需时间及投入成本等原因而不得不采取笔试，也可以依据科学思维能力的内容框架进行有针对性的测评。在这方面可以借鉴PISA科学素养纸笔测试的情境化和评价指标的等级化做法。为了评估学生在科学知识、科学能力和科学态度三个方面的水平，PISA将广泛的、与科学相关的各种科学情境纳入评价框架，这些情境包括个人、社会和全球三类，涉及“健康、自然资源、环境、危险、科技前沿”等多个主题。情境化的测评模式下，课程标准甚至是教科书中所要求掌握的知识点不再作为唯一的测评内容，要求教师更多地关注学生是如何从真实的生活情境中进行科学学习和运用自己的科学素养的，比如从报纸上的一小段文字、一张统计表、一张新闻图片等查找信息，用自己已有的科学知识来解释信息，甚至是运用某种科学方法对这些信息进行判断，从而得出有可能异于现有结论的个人论断，这些同样能够真实地反映出学生科学思维的品质和水平。 参考文献： [1] 胡卫平，林崇德.青少年的科学思维能力研究[J].教育研究，2003（12）. [2] 李春密，梁洁，蔡美洁.中学生科学探究能力结构模型初探[J].课程·教材·教法，2004（6）. [3] 许春良.一道PISA测试题的分析及启示[J].湖北教育（科学课），2016（5）. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/75ad16f34328915f804d2b160b4e767f5acf8098.html