科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，科學(xué)思維是落實(shí)核心素養(yǎng)的核心和關(guān)鍵，探究實(shí)踐是科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的主要途徑?？茖W(xué)思維只有在需要思維的學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)中才能自主發(fā)生，我結(jié)合三次試教《制作鐘擺》這一課，嘗試在教學(xué)中注重學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力。

《制作鐘擺》是五年級(jí)“計(jì)量時(shí)間”單元的第6課，與前面的兩節(jié)課組合成擺的研究，屬于一個(gè)連續(xù)的研究版塊。通過前幾節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道單擺具有等時(shí)性，也清楚擺的擺動(dòng)快慢與擺繩長短有關(guān)：擺繩越長，擺動(dòng)越慢；擺繩越短，擺動(dòng)越快。在本課的研究中，學(xué)生用調(diào)節(jié)擺繩長度的方法來調(diào)節(jié)擺的快慢，最終制作一個(gè)1分鐘擺動(dòng)60次的擺，也就是機(jī)械擺鐘的鐘擺。

一般情況下，本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)會(huì)落在調(diào)試擺線長短的活動(dòng)中，操作多于思考。為了加強(qiáng)學(xué)生的思考空間，促進(jìn)動(dòng)腦與動(dòng)手結(jié)合，提升學(xué)生的思維發(fā)展，我對(duì)本課進(jìn)行了多次改進(jìn)。

一、挑戰(zhàn)性任務(wù)，為思考確定難度

經(jīng)過對(duì)教材和學(xué)生的分析，我制訂了本課的教學(xué)目標(biāo)：根據(jù)已知擺繩長度與擺動(dòng)快慢間的關(guān)系，熟練應(yīng)用“擺繩越長擺動(dòng)越慢，擺繩越短擺動(dòng)越快”這一規(guī)律，制訂調(diào)試方案并根據(jù)測得擺動(dòng)快慢變化的數(shù)據(jù)，自主調(diào)試完成1分鐘擺60次的擺；在實(shí)踐探究中，學(xué)習(xí)細(xì)心觀察、準(zhǔn)確測量、有據(jù)推理、嚴(yán)謹(jǐn)求證，能對(duì)新問題的研究保持積極的探究欲望?；诖?，我確定了本課的挑戰(zhàn)任務(wù)——15分鐘制作一個(gè)1分鐘擺動(dòng)60次的擺。

該挑戰(zhàn)任務(wù)是基于對(duì)學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平進(jìn)行綜合評(píng)估，確立的符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)并能讓他們自主解決的任務(wù)。要在15分鐘完成挑戰(zhàn)任務(wù)，就意味著學(xué)生必須放棄1厘米1厘米改變擺繩長度的機(jī)械操作的想法，而是要運(yùn)用已知的規(guī)律，思考怎樣才能在最短時(shí)間內(nèi)、用更少的調(diào)試次數(shù)準(zhǔn)確地完成任務(wù)。同時(shí)，這一任務(wù)還體現(xiàn)了分層的特點(diǎn)：“準(zhǔn)確”是普適性要求，“高效”則是對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生提出的更高要求，在“跳一跳可以摘到桃子”的刺激下，讓學(xué)生自主思考，學(xué)以致用，解決問題。

二、鋪墊性的數(shù)據(jù)，為思考提供素材

在第一次試教時(shí)，我只是回顧了擺繩在長、中、短情況下擺動(dòng)快慢的變化規(guī)律，并沒有相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)，然后引導(dǎo)學(xué)生思考“如何制作1分鐘擺動(dòng)60次的擺”，他們比較茫然。教師如果不引導(dǎo)學(xué)生明確方案，會(huì)導(dǎo)致他們的思維無法得到有效發(fā)展。

怎樣才能讓學(xué)生有理有據(jù)地設(shè)計(jì)方案，在自主思考實(shí)踐中，有效調(diào)整擺繩長度完成1分鐘擺動(dòng)60次的擺呢？我對(duì)出示任務(wù)前的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，在回顧“擺繩越長，擺動(dòng)越慢；擺繩越短，擺動(dòng)越快”這一規(guī)律之外，還提供了一組相應(yīng)的數(shù)據(jù)（見表1），通過展示不同擺繩長度和30秒擺動(dòng)次數(shù)的具體數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生將“長、短，快、慢”概念性的描述與具體數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)，并基于此引導(dǎo)他們推測自己組的擺1分鐘擺動(dòng)的次數(shù)。

師：同學(xué)們看看自己小組這個(gè)擺的擺繩長度，預(yù)測它1分鐘大概會(huì)擺動(dòng)幾次？

生：我們組擺繩長32厘米，我估計(jì)大概會(huì)擺動(dòng)52次。

師：這樣預(yù)測的理由是什么？

生：因?yàn)樯厦姹砀窭飻[繩長36厘米的擺，30秒大概擺動(dòng)25次，我覺得我們組的擺應(yīng)該比這個(gè)多。

（有了這個(gè)預(yù)測，教師順勢提出測試數(shù)據(jù)的任務(wù)。）

師：這樣的預(yù)測到底對(duì)不對(duì)呢？請(qǐng)同學(xué)們測量出自己小組的擺1分鐘的擺動(dòng)次數(shù)，總共3分鐘，可以重復(fù)測試，選擇最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，寫到匯總表里（見表2）。

兩組鋪墊性的數(shù)據(jù)，不僅將描述性的規(guī)律轉(zhuǎn)換成具體數(shù)據(jù)，與本節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容建立聯(lián)系，而且學(xué)生通過估計(jì)、測量各組原始的擺動(dòng)次數(shù)，匯總形成一張統(tǒng)計(jì)表。學(xué)生觀察統(tǒng)計(jì)表發(fā)現(xiàn)規(guī)律，思考1分鐘擺動(dòng)60次的擺，擺繩長短大概處在哪個(gè)區(qū)間，為后續(xù)解決問題作鋪墊。

三、思考性記錄單，幫助開展實(shí)證研究

對(duì)高年段學(xué)生來說，這節(jié)課如果先動(dòng)手操作再反思改進(jìn)，對(duì)他們的思維要求不高，容易導(dǎo)致他們形成思維惰性、不動(dòng)腦就動(dòng)手的習(xí)慣。因此，我們提供方案設(shè)計(jì)單、指導(dǎo)錦囊（如圖1、圖2）和活動(dòng)記錄單，給學(xué)生搭建完成挑戰(zhàn)任務(wù)的支架，幫助他們邊合作、邊實(shí)驗(yàn)、邊記錄、邊思考。

方案設(shè)計(jì)單中“擺的現(xiàn)狀及分析”，主要是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)擺原有擺動(dòng)次數(shù)的分析，確定擺動(dòng)快慢的現(xiàn)狀，各組可以基于現(xiàn)狀分析交流確定調(diào)試方案，待初步方案明確領(lǐng)取記錄單后才能動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?！爸笇?dǎo)錦囊”供有需要的小組學(xué)習(xí)和使用。在確定方案的過程中，學(xué)生不僅討論怎么調(diào)的方法，還會(huì)思考為什么要這樣調(diào)試，長此以往，就可以培養(yǎng)他們養(yǎng)成先思考方法再動(dòng)手實(shí)踐的習(xí)慣。

本次教學(xué)的記錄單與教材中也有不同（見表3），它不僅僅呈現(xiàn)每次調(diào)試的結(jié)果，還包含了怎么想和怎么做的調(diào)試過程。記錄單的“次數(shù)”一欄與任務(wù)要求“用最短的時(shí)間、更少的次數(shù)”相呼應(yīng)；“改進(jìn)方法”一欄主要是引導(dǎo)學(xué)生每次調(diào)試都是基于擺的現(xiàn)狀，主動(dòng)運(yùn)用影響擺動(dòng)快慢因素的規(guī)律分析下一步調(diào)試的方法；“擺繩長度”“擺動(dòng)次數(shù)”“是否達(dá)成目標(biāo)”和“分析”這四欄主要指向的是調(diào)試結(jié)果，這也是下一次調(diào)試方法選擇的重要依據(jù)。通過這四欄信息的記錄與分析，學(xué)生很清楚地知道每次調(diào)試后與任務(wù)要求“1分鐘擺動(dòng)60次”之間還有多少差距，幫助他們反思調(diào)試的方法是否合理，思考改進(jìn)調(diào)試策略。

有的小組因?yàn)閿[的原始擺繩長30厘米、1分鐘擺動(dòng)50次，狀態(tài)偏慢，所以第一次就將擺繩長從30厘米縮短至25厘米，然后慢慢調(diào)試。有的小組分析比較班級(jí)匯總表和自己小組的原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)小組擺繩長16厘米擺動(dòng)67次，自己小組擺繩長30厘米擺動(dòng)51次，所以判斷1分鐘擺動(dòng)60次的擺繩長度范圍應(yīng)該在16～30厘米之間，因此確定第一次先試20厘米，然后根據(jù)調(diào)試結(jié)果調(diào)整，最后通過兩次調(diào)試就完成了任務(wù)（如圖3）。

有的小組發(fā)現(xiàn)第一次調(diào)到25厘米，擺動(dòng)偏慢，就將擺繩長度縮短至15厘米，發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)偏快了，又把擺繩長度增長為17厘米，結(jié)果還是偏快，所以就多增加一點(diǎn)長度，把擺繩調(diào)到22厘米，最終成功（如圖4）。有的小組第一次增長了4厘米，發(fā)現(xiàn)跟目標(biāo)比較接近了，有意識(shí)地縮小下一次繩長調(diào)整的長度，慢慢接近成功的結(jié)果。

學(xué)生不斷運(yùn)用已知規(guī)律，靈活思考改變調(diào)試方法，在解決問題的過程中對(duì)標(biāo)具有探究精神、合作精神的實(shí)踐者慢慢成長。

四、基于證據(jù)的研討，提升思維的準(zhǔn)確性

沒有研討或者把得出簡單結(jié)論作為研討的探究活動(dòng)，是無法真正促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展、提升核心素養(yǎng)的，充分的互動(dòng)研討是學(xué)生思維火花綻放的重要保障。學(xué)生只有積極思考交流，對(duì)中介材料進(jìn)行加工、改造、創(chuàng)造，有理有據(jù)地表達(dá)，有質(zhì)疑、有辯論、有辨析，才能最終實(shí)現(xiàn)思維深度發(fā)展。

本節(jié)課設(shè)計(jì)了兩個(gè)研討問題：我們是怎樣完成任務(wù)的？1分鐘擺動(dòng)60次的擺，擺繩長短有什么特點(diǎn)？其中“怎樣完成任務(wù)”這一問題，是為了更好地反饋幫助教師“掌握”學(xué)生思維的發(fā)展，同時(shí)開闊他們的思路，促進(jìn)他們創(chuàng)新思維和方法上的迭代。課堂上，不同小組解決問題的方法各不相同，有的小組在完成制作1分鐘擺動(dòng)60次的擺之后，仍重復(fù)驗(yàn)證（如圖5-a）；有的小組在完成任務(wù)后改變長度進(jìn)行反證，最大程度追求結(jié)果的準(zhǔn)確性；有的小組為了追求高效，調(diào)試每10秒鐘擺動(dòng)的次數(shù)（如圖5-b），也有測20秒和30秒的，并在此基礎(chǔ)上繼續(xù)重復(fù)測試60秒擺動(dòng)幾次。學(xué)生能如此自主地進(jìn)行驗(yàn)證性測量，不僅僅體現(xiàn)了思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，也體現(xiàn)了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

有了上述的探究過程，關(guān)于“1分鐘擺動(dòng)60次的擺，擺繩長短有什么特點(diǎn)”這一問題，每個(gè)小組都有了自己的答案。課的最后，我沒有明確到具體的數(shù)值，而是引導(dǎo)學(xué)生基于各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行思辨，最終將答案確定在21～24厘米這一區(qū)間。公開研究所得的數(shù)據(jù)，以證據(jù)為基礎(chǔ)，開展交流研討，可以鼓勵(lì)學(xué)生客觀準(zhǔn)確地表述結(jié)果，幫助他們建立“科學(xué)知識(shí)是可以隨著新證據(jù)的增加不斷被完善和深入，甚至?xí)兓钡目茖W(xué)觀念，進(jìn)而提升他們思維的準(zhǔn)確性。