郭曼曼

【摘 要】以“計量時間”單元為載體，談?wù)勗趩卧w教學(xué)視域下如何培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。本文利用思維型教學(xué)理論組織教學(xué)，用大項目啟動單元整體教學(xué)，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性；在課堂實踐中形成認(rèn)知沖突并自我建構(gòu)，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性；在創(chuàng)造評價中進(jìn)行知識的應(yīng)用，提高科學(xué)思維的遷移性。

【關(guān)鍵詞】思維品質(zhì) 單元整體教學(xué) 逆向設(shè)計

教科版科學(xué)教材是以大單元為組織形式，整個單元圍繞一個主題由淺入深地探究，每一節(jié)課學(xué)生在“玩中學(xué)”的過程中習(xí)得一些科學(xué)概念，最后一步步推進(jìn)到達(dá)單元的大概念。編者在編排教材內(nèi)容時，充分考慮了內(nèi)容的連貫性和綜合性。但是在實踐中，如果教師沒有對教材的內(nèi)容進(jìn)行深度的思考和分析，只是停留在與學(xué)生進(jìn)行碎片化探究的層面，那么大單元設(shè)計的價值就無法呈現(xiàn)出來?；诖?，筆者在大概念的引領(lǐng)下進(jìn)行單元整體教學(xué)，以“計量時間”單元為例，分析如何用逆向設(shè)計方法讓單元知識之間不僅擁有連貫性和綜合性，還具備關(guān)聯(lián)性、邏輯性等，在有結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容中，提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

一、實施單元整體教學(xué)，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

單元整體教學(xué)，指教師通過對教學(xué)內(nèi)容的深度發(fā)掘和分析，打亂原有內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，以單元為單位進(jìn)行教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更加整體化、綜合化。在單元整體教學(xué)的視角下，本單元通過實施逆向教學(xué)設(shè)計和植入時間軸，讓碎片化的知識變成整體。

（一）逆向設(shè)計讓整個單元化為一體，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

在逆向設(shè)計理念的指導(dǎo)下，筆者對教學(xué)內(nèi)容做了進(jìn)一步的調(diào)整，添加了單元起始課，在起始課中跟學(xué)生交流古人是怎樣計量時間的，隨著生活水平的提高，人們對時間的計量需求越來越迫切。在這樣的情境下，筆者提出為古人制作能夠計時1～5分鐘的工具的任務(wù)。項目的驅(qū)動激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。在學(xué)生明確要求后，筆者給予他們足夠的時間進(jìn)行項目設(shè)計。課后，筆者把學(xué)生的設(shè)計作品分類整理出燃燒鐘類、水鐘類、擺鐘類和其他鐘類等。這些設(shè)計稿將成為往后每一節(jié)課的學(xué)習(xí)起點，學(xué)生將在深入學(xué)習(xí)后進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計。這樣的逆向設(shè)計以終為始，通過項目驅(qū)動將7節(jié)課捆綁在一起，變成一個整體的學(xué)習(xí)事件，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的系統(tǒng)性。

（二）時間軸讓整個單元化為一體，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

從古到今，從燃燒鐘、水鐘、擺鐘到石英鐘，關(guān)于這些計時工具的一步步迭代，筆者希望能清晰出現(xiàn)在學(xué)生的腦海中，于是以時間軸為載體，把各個時代的計時工具添加上去，使之形成一個整體，讓學(xué)生看到計時工具由粗略計時到精細(xì)計時的發(fā)展過程，也讓學(xué)生用批判的眼光去評價每個時代的計時工具，還讓學(xué)生看到各時代的人在需求的驅(qū)動下一次次地改良計時工具，這樣也驅(qū)動著學(xué)生一次次思考并改進(jìn)自己的設(shè)計。課堂給予學(xué)生的是有結(jié)構(gòu)、有邏輯的學(xué)習(xí)素材，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的系統(tǒng)性。

二、課堂教學(xué)實踐，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

在單元整體教學(xué)理念下，教師在單課的教學(xué)實踐中，通過運用結(jié)構(gòu)化的材料、遞進(jìn)式實驗活動、實驗記錄單和集體論證等途徑，讓學(xué)生經(jīng)歷從認(rèn)知沖突，到完成自我建構(gòu)、提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性的過程。

（一）運用結(jié)構(gòu)化的材料，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

材料的選擇、合理組合和適時呈現(xiàn)，能夠建立層次性和針對性較強的結(jié)構(gòu)化材料。結(jié)構(gòu)化的材料能引導(dǎo)學(xué)生思考和激發(fā)學(xué)生的探究欲望，在這個過程中也能夠促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

在“時間在流逝”這一課中，教師從學(xué)生耳熟能詳?shù)摹耙混南恪边@個詞語入手，提出“如何設(shè)計實驗方案證明一炷香可以用于計時”。學(xué)生能設(shè)計出對比實驗方案，但是同時燃燒一炷香需要的時間過長，這顯然不適合用在課堂教學(xué)中。這時，教師提供了課本實驗方案，讓學(xué)生了解到可以把燃香變成四等份，引導(dǎo)學(xué)生借鑒四等份這一思路想到每1厘米為一截，一共燃燒四截，比較出每一截的燃燒時間。教師又提供第二份材料——微課，并提出問題：“視頻中點火后立刻計時是否合理？”繼而引導(dǎo)學(xué)生思考要留出點火段，在學(xué)生達(dá)成共識后再提供實驗材料，讓學(xué)生做實驗。這樣結(jié)構(gòu)化的材料引發(fā)了學(xué)生由表及里的思考，延伸了思考的深度和廣度，提高了學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)密性。

（二）運用遞進(jìn)式實驗活動，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

科學(xué)課堂，每一課時是由若干個實驗活動組成的，教師需要厘清實驗活動之間是否有聯(lián)系、有遞進(jìn)，并且以學(xué)生能理解的方式呈現(xiàn)。筆者以“用水計量時間”一課為例，談?wù)勗趯嵺`中如何利用遞進(jìn)式實驗活動，發(fā)展學(xué)生的思維。

聚焦本節(jié)課的問題“你認(rèn)為水鐘的流速均勻嗎？”，在學(xué)生猜測后，教師組織他們討論出了實驗方案：“在容器中裝150毫升水，計量流出50毫升、100毫升和150毫升水時，分別需要多長時間？” 教師使用微課向?qū)W生展示如何合作，接著，學(xué)生在實驗記錄單的引領(lǐng)下開始了實驗。在實驗中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種裝置的流速越來越慢，這顯然不適合制作水鐘。這就形成了認(rèn)知沖突，怎么辦呢？教師向?qū)W生展示古代水鐘的裝置。學(xué)生從古人的改進(jìn)中得到啟發(fā)：保持水位不變，可以使流速均勻。于是，學(xué)生開啟了第二輪實驗進(jìn)行驗證。在容器中裝150毫升水，計量流出50毫升水所需要的時間，并補足150毫升水，第二次測出流出50毫升水所需要的時間，以此類推測出第三次流出50毫升水所需要的時間。從這一輪實驗中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“初始水位一樣，流出等量的水用時基本相同”，也就是保持水位相等的水鐘可用于計時。這種遞進(jìn)式的實驗活動設(shè)計可以促進(jìn)學(xué)生的邏輯思維循序漸進(jìn)地發(fā)展，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，對學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)起著不可估量的作用。

（三）運用實驗記錄單，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

單元整體教學(xué)需要一份份有效的實驗記錄單作為教師指導(dǎo)學(xué)生的工具，讓探究活動有效落地。有效的實驗記錄單能發(fā)揮學(xué)習(xí)支架的作用，幫助學(xué)生準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)；幫助學(xué)生找出數(shù)據(jù)背后的聯(lián)系；還給學(xué)生自主權(quán)，是學(xué)生自主探究的階梯。這些效用的背后是學(xué)生的思維能力得到提升。

在“機械擺鐘”這一課中，教材的實驗記錄單中，全班統(tǒng)一使用一個擺鐘，并讓每個小組重復(fù)三次測量出這個擺鐘的鐘擺一分鐘擺動的次數(shù)，從而得出擺的等時性。可想而知，每個組的答案都是一樣的，這樣的實驗沒有培養(yǎng)學(xué)生自主思考的能力。但是，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，從實踐的結(jié)果可以看出，學(xué)生有固定擺的次數(shù)算時間的方法，也有固定時間段數(shù)擺的個數(shù)的實驗方法，固定的時間段也是各種各樣的。這樣的實驗記錄單給足學(xué)生思考的空間，使學(xué)生對實驗有了自主權(quán)，他們的思維也被調(diào)動起來了。

在“用水計量時間”這一課中，教師采用折線圖表示數(shù)據(jù)，讓學(xué)生對數(shù)據(jù)不僅僅停留在獲取層面，而是通過數(shù)據(jù)圖像化發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。進(jìn)入信息化時代，大數(shù)據(jù)需要合適的處理、架構(gòu)，使數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)顯得日益重要。讓學(xué)生學(xué)會揭示數(shù)據(jù)掩藏的規(guī)律及其本質(zhì)，既培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，也提升了學(xué)生的理性思維能力。

在“時間在流逝”一課中，在進(jìn)行燃香實驗時，教師利用教材提供的實驗記錄單，在實踐中發(fā)現(xiàn)由于單位的不統(tǒng)一，有的學(xué)生計時用“分”表示，有的學(xué)生則以“秒”為單位，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)錯誤。另外，教材提供的數(shù)據(jù)表要求是每一截一計時，在暫停和開始時，需要消耗時間，而香并沒有熄滅，這也不夠嚴(yán)謹(jǐn)。針對這兩個問題，筆者改進(jìn)了實驗記錄單，對所用的時間統(tǒng)一單位為“秒”，實驗是持續(xù)燃燒和計時，并讀出燃燒到每一截所需要的時間，實驗結(jié)束后，再算出燃燒每一截香所消耗的時間。在實驗后，筆者組織學(xué)生對兩份實驗記錄單展開討論，不僅引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)記錄單設(shè)計嚴(yán)密的重要性，而且培養(yǎng)了學(xué)生的嚴(yán)密思維。

（四）運用集體論證，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

集體論證是多人對某一主題就多個觀點進(jìn)行基于證據(jù)的互動交流，最后達(dá)成可接受的結(jié)論的過程。

根據(jù)兒童的年齡特點，教師在集體論證中會對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的加工處理。例如，“機械擺鐘”這一課的集體論證，教師通過取值的方式，提取出具有代表性的數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生在繁雜的數(shù)據(jù)中提取有價值的信息。這樣，學(xué)生在集體論證時基于“證據(jù)”的相互討論中逐步建立起科學(xué)概念，有利于批判性思維的培養(yǎng)和發(fā)展。有時，教師還采用可視化的集體論證方法，這樣能最大限度地刺激學(xué)生不僅關(guān)注自己的數(shù)據(jù)，還關(guān)注全班的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為觀點。觀點的表述我們稱之為“出聲的思維”，通過集體論證，學(xué)生完成自我建構(gòu)。例如，“時間在流逝”這一節(jié)課中，教師把四個班的數(shù)據(jù)累加起來。當(dāng)大量的數(shù)據(jù)集中在一起時，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)燃燒每一截香的時間大致在60～70秒。在集體論證中兒童多次得到“香燃燒的速度大致相等，可用于計時”這個科學(xué)概念。由此可見，集體論證也是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密思維的有效途徑。

三、創(chuàng)造評價，提高科學(xué)思維的遷移性

在這一單元中，學(xué)生經(jīng)歷以下學(xué)習(xí)過程：以“設(shè)計并制作計時工具”的項目來啟動教學(xué)，進(jìn)行實驗原理的學(xué)習(xí)、制作作品、評價，從而反思改進(jìn)作品。

在起始課中，學(xué)生明確了項目要求后，進(jìn)行了設(shè)計。設(shè)計稿成為每一節(jié)課的學(xué)習(xí)起點。學(xué)生學(xué)習(xí)了水鐘“同水位，等時性”的原理之后，開啟了制作水鐘的項目。當(dāng)教師調(diào)出學(xué)生設(shè)計的作品時，學(xué)生表示還需要進(jìn)一步改進(jìn)他們的設(shè)計，改進(jìn)設(shè)計稿之后，他們就開始制作作品。作品制作出來后，每個小組按評價的標(biāo)準(zhǔn)，為每個作品打分，并且評選出小組最優(yōu)的作品。通過“游園活動”，學(xué)生欣賞了優(yōu)秀的作品，進(jìn)一步強化了在實踐層面對如何真正做到使水流的流速均勻的認(rèn)知。這時，學(xué)生對自己的作品產(chǎn)生了更多的想法，并改進(jìn)自己的作品。這讓學(xué)生經(jīng)歷了一個完整的閉環(huán)學(xué)習(xí)過程。這種創(chuàng)造性評價的過程，讓學(xué)生從理論層面走向操作層面，提高了科學(xué)思維的遷移性。

本單元在重構(gòu)之后，用大項目驅(qū)動激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機；在實施單元教學(xué)中引發(fā)了認(rèn)知沖突，并幫助學(xué)生完成自我建構(gòu)；在項目制作中進(jìn)行了遷移。以單元整體教學(xué)為途徑、用思維型理論組織教學(xué)，提升了學(xué)生科學(xué)的思維品質(zhì)。

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