科学情境学习中高阶思维的早期渗透

【摘 要】高阶思维是一系列认知成分协同作用的复杂思维过程。在小学科学教学中，教师应有意识地凭借情境整合学习任务，铺设思维进阶之梯；引导儿童在情境中探究、反思；引领儿童通过操作、想象参与模型建构。这可促进学生的思维由低阶向高阶逐步演进。

【关键词】科学情境学习；高阶思维；探究实践

【中图分类号】G623.6  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2023）09-0068-03

【作者简介】王亦晴，江苏情境教育研究所（江苏南通，226001）所长助理，一级教师。

高阶思维作为一种较高认知水平的心智活动，极大地影响着人们解决复杂问题以及创造、决策的能力。当前，对创新型人才的需求，也使得科学教育领域愈发重视学生高阶思维的培养。但思维发展是一个连续的过程，高阶思维的形成必有其基础。笔者认为，在小学阶段儿童思维发展的早期，教师凭借情境有意识地提高学生科学学习中思维的“含金量”，渗透高阶思维的必要成分，对日后提升儿童的高阶思维能力大有裨益。

一、学习任务整合，铺设思维进阶之梯

高阶思维是一系列认知成分协同作用的复杂思维过程。小学生对复杂问题的拆解能力较弱，往往会无从下手，陷入迷茫。而将一组学习任务有梯度地整合起来，从低阶开始一步步“复杂化”，就可以帮助、引导学龄初期儿童实现思维进阶。

以苏教版二上《晒太阳》一课为例，学生通过之前的学习知道了一天中太阳位置的变化。教材也提供了通过太阳位置辨别方向的基础口诀“早晨，面对太阳，前面是东，后面是西，左边是北，右边是南”。学生若仅仅识记这些知识，其思维活动还处于低阶层次。教材紧接着安排了“根据平面图标出方向”的小练习。图上时间是早晨8点，太阳的方向与口诀完全一致。学生通过简单比对，进入了理解（消化）口诀的层次，此时才算是站在了高阶思维的起点上。

依据“最近发展区”理论，笔者又设计了另一张与口诀完全相反的“傍晚时分平面图”。学生迅速发现：画面上儿童面朝的方向是西，所以“左面是北”在新的情境中就变成了“右面是北”。这种反向运用，培养了学生的逆向思维，而转换思维的角度，恰是高阶思维中“创造”的重要一环。

即便如此，反转平面图的设计还是停留在“语言和概念”的层面。因此，笔者又设计了更高一个层次的真实情境，在上午第三节课带领学生来到校园，引导其尝试综合运用所学知识解决实际問题。

师：谁知道现在太阳在哪个方向？

生：中午太阳在南方。

师：请大家面朝太阳站立，接下来我们可以确定哪个方向呢？

生：后面是北。

师：大家向后转，朝北站立。我们刚刚背的口诀是，面朝东时，左边是北。现在我们已经找到了北面，谁能想办法找出东面？

（有几位学生想出了转动身体，使北面变到自己左手边的方法。）

师：这个方法真不错，这么一转就又变成左面是北了。

生（全体学生转身，高兴地叫）：前面是东。

要解决这个情境中的问题，学生需要根据实际情况，结合之前所学的两个知识点，有顺序地进行分析、判断。而分析和判断已属于高阶思维，有一定难度。笔者适时找出思考的切入点，为学生搭建“脚手架”。最终在教师、学生的协作中，学生通过转动身体找到了解决问题的方法。其间的“探索性对话、建构式互动、引导式参与”，都是影响个体高阶思维发展的因素。

综观整个学习过程，儿童不再是掌握一个一个孤立的知识点，真实的生活情境将知识有机融合起来，学生在运用中体会到了知识之间的相互联系，体会到了所学知识的意义。这正是李吉林老师所主张的“学用结合、链接生活”。而几个学习任务的整合，也不只是形式上的整合，还有认知和思维层面的整合，这有助于儿童从低阶思维向高阶思维逐步跃迁。

二、探究反思融合，具身置换“朴素概念”

科学教学中经常会面临“科学概念”与儿童头脑中已有的“朴素概念”相矛盾的问题。所谓“朴素概念”，是指幼儿对于直面的事物所拥有的某种知识与思考。例如，在前面《晒太阳》的课例中，学生普遍习惯性地认为自己面朝讲台，黑板所在的方向是东，教室门所朝的方向是南。但经过在校园中的实地探究以及之后小组凭借指南针测量，学生发现指针比预想的角度偏离了15度。其实这次“发现”是在意料之中的，因为学校的建筑方位是正南偏西，这恰恰可以生成学习的资源，让学生通过实践、验证，以实事求是的科学态度反思自己的已有认知，从而有效地置换其朴素概念，学会用更加科学的眼光看待事物。

教学“用简易望远镜观察”这一内容时，笔者同样设计了引导儿童反思、探究的问题。学生用简易望远镜观察物体后，笔者提问：你们通过望远镜看到的物体是正立的还是倒立的？学生表示图像是正立的。笔者进一步追问，那课本上为什么画着小男孩通过望远镜看到的图像是倒立的呢？学生根据头脑中的朴素概念随即回答：他把望远镜拿反了。此时笔者并没有立刻否认学生的判断，更没有直接抛出科学概念，而是让学生尝试动手实践，验证自己的猜想，学生试着把望远镜反过来，观察物体。学生有的旋转望远镜不同的面来看（实验器材中简易望远镜的形状是长方体），有的把望远镜的“物镜”当成“目镜”来观察，结果发现不管怎么“反着看”，观察到的图像都是正立的。笔者在此基础上总结：看来事实不是我们想的那样，有时候我们以为的、习惯性的判断是不科学的，要通过实践来验证。此时再揭示其中凹凸两种透镜的奥秘，就水到渠成了。

具身经验使学生的朴素概念更容易被科学概念所置换。李吉林老师之所以倡导“以思为核心，以儿童活动为途径”，正是因为儿童的思维很大程度上建立在直观感受的基础上，脱离真实体验的科学概念是很难真正被儿童接纳的。实证研究也表明，学习是根植于身体的。即便是抽象概念的学习，也是以身体经验为基础的，复杂高阶的认知和学习活动也是具身性的。

三、操作想象结合，渗透模型建构意识

《义务教育科学课程标准（2022年版）》中明确要求学生“掌握基本的思维方法”，这包括“抽象与概括、联想与想象”等，并提出学生应“具有初步的模型理解和模型建构能力”。二年级学生在教师的指导下参与简单操作，可以凭借模型更直观地理解较为复杂的科学概念，进而在早期养成模型建构的意识。

例如，在二上《看月亮》一课的教学中，学生通过观察“月相盒”，看到了盒子里不同形状的月亮，觉得很神奇。基于此，笔者让他们打开盒盖，看看里面都有些什么。学生发现了中间的小球。笔者提问：这就是刚刚藏在盒子里的“月亮”，那么，谁知道盒子里的“太阳”在哪儿？学生通过观察与联想，找到了小灯泡是“太阳”。

接着，笔者用一个深蓝色的皮球模拟“月亮”，用聚光电筒模拟“太阳光”，请一个学生持手电筒当“太阳”，照射“月球”，让几个学生担当“地球上的观测者”，笔者再围绕观测的学生移动皮球。学生清楚地看到“月球”上亮区的变化，整个过程其实是用类比和简化的方式模拟“太阳照射月球，地球居民观测月球，月球绕地球公转”的天体运行模式。

在这个模拟的情境中，学生不是旁观者，而是作为学习主体積极参与到情境的建构中，形成一种“有我之境”。学生借助观察和想象，初步在头脑中建立起了立体的、运动的模型结构。

观察结束后，笔者总结：太阳和月亮虽然离我们十分遥远，但通过简单的模拟运动，同学们也能了解月相变化的原因，这可是一种了不起的学习方法，它叫作“建立模型”。科学家们也常用这种方法来解释问题，突破难点。

对学生来说，虽然凭借“模型”去思维的意识还是初步的、模糊的，但在今后的学习中，随着应用模型学习频次的增加、经验的积累，其会逐渐习得这种思维方法，在潜移默化中提升科学思维能力。

综上所述，情境使儿童的科学学习更形象、更直观、更真实、更具体。因此，教师应充分发挥情境“整合、启智、激励、熏陶”的作用，有意识地瞄准情境设计中的思维目标，通过提问引导、探究实践、反省验证等方法，促进儿童的思维由低阶向高阶逐步演进。

【参考文献】

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