小学科学课程标准科学探究目标中科学思维分析

小学科学课程标准科学探究目标中科学思维分析

陈杰雨

天津市红桥区跃进里小学

摘要：以科学探究的学习方式培养学生的思维能力是共识。科学探究八个要素对应科学思维的特征、过程、方法。科学探究目标的达成与科学思维培养息息相关，是培养科学思维很好的切入点和机遇。

关键词：思维 科学思维 高阶思维 科学探究 科学素养

近年来，教育教学改革不断探索改革的方向与途径，在当今社会需求和教育改革发展背景下学生学习方式由接受性、积累性的学习转变为探索性、创造性的学习。这就要求学生掌握思维方法，提高思维能力，具备获取和处理信息的能力以及与他人合作交流的能力。学生发展核心素养的提出也对教育教学提出新的要求。核心素养强调批判性思维、创造性思维、问题解决能力、合作能力、沟通能力等。其中批判性思维、创造性思维、问题解决等能力是现代人才必备的高阶思维能力。具体到科学学科，世界各国的科学课程标准均围绕核心素养的培养进行更新和修订。我们必须不断反思与改进课程与教学，培养学生适应现代社会所必须的关键能力和必备品格。科学思维及科学思维方式、方法的培养在其中尤为凸显。

以科学探究的学习方式培养学生的思维能力是共识。思维能力的培养被融合进不同的教育理念、教学模式、教学方法、甚至教学评测中。科学探究八个要素对应科学思维的特征、过程、方法。科学探究目标的达成与科学思维培养息息相关，是培养科学思维很好的切入点和机遇。下面就将从小学科学课程标准科学探究目标入手，分析其中思维与科学思维的内涵，帮助我们在课堂教学实施科学探究活动中培育学生科学思维能力。

科学探究八个要素与科学思维的联系

一、提出问题要素与科学思维

课程标准中科学探究要素呈现为分层次、分阶段达成相关目标要求。这里以最终五、六年级要求作为终极目标配合中低年级目标进行分析阐述。

提出问题的目标指向“基于所学知识，从事物的结构功能，变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。”在中低年级中还有“能从具体现象与事物的观察比较中，提出感兴趣（可探究）问题。”这里我们对照科学思维过程中提出问题这一环节能够发现有两点值得关注。第一，观察、比较发现的问题是基于具体现象和事物，也是基于学生感性认识为基础的问题发现。不管这个问题是感兴趣的还是可探究的，都是从学生直观感受出发。观察不是思维方式，但是观察是思维的起点和基础。观察所得到大量的感性材料支撑着思维过程，也引发思维的开始。比较是思维方式，通过比较发现的问题与观察不同。观察指向直接观察事物、现象，发现直观、感性的问题。比较可以是直观感性认识的冲突，也可能是比较多种假说、信念的抽象理解差别。是对已有自己的科学理论质疑，提出新的问题。第二，从事物的结构、功能、变化和相互关系等角度去提出问题是科学研究的目的。在之前的分析中，我们理解科学思维的作用主要是进行科学研究，获得科学理论，找到事物的结构、功能、运动关系的规律。从这一点来看，提出问题这一要素与科学思维具有密切的联系。而且，思维的缘由就是遇到某种困惑和怀疑。思维不是凭空出现，遇到困难，去思考如何解决是思维的起点。提出问题能否符合学生最近发展区确定学生能否主动思考、积极思维，从起始决定了课堂教学的成败。

二、作出假设要素与科学思维

作出假设要素指向“能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设，并能说明假设的依据。”这一终极目标。中年级指向“在教师引导下，能基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设。”目标。对照科学思维过程，这一要素就是立论解释过程中第一步提出假说的环节。科学假说的提出必须遵循解释性、遇见性、可检验性、简洁性四项原则。同时科学假说的形成过程大致分为三个阶段。第一阶段，依据为数不多的实验事实和科学原理，通过分析综合等一系列思维加工，对未知的现象或过程的本质及其规律做出初步的假定；第二阶段，对第一阶段提出的假说雏形，从多方面多渠道进行多次观察，实验和理论证明，以不断充实修正出行的内容，形成初步的假说；第三阶段，对初步的假说进行直接或间接的多次实验检验，以及运用各种思维方法进行严密而充分的理论检验，使之在内容上更加丰富充实和完善，达到结构上的完整稳定，最终形成科学性较强的假说。对于小学科学而言，在这一思维过程中重点突出于第一阶段。学生依据主要是已有经验和已有知识，已有经验大多是感性经验，知识是抽象知识，而这相结合相互补充，建构新的认识，尝试解释遇到的问题。科学假说在科学发展中起了重大的作用，它不仅是科学理论发展的形式，又能提供进一步研究方向，从而为新的观察实验提供明确的指导思想。作出假设这一要素是科学思维的重要过程。

三、制定计划要素与科学思维

制定计划要素指向“能替你所学的知识，制定比较完整的探究计划，初步具备实验设计的能力和控制变量的意识，并能设计单一变量的实验方案。”这一终极目标。在明确解决问题方向的基础上，通过科学思维方式解决问题之前，需要搜集大量感性材料，通过观察、实验等方法收集证据。所观察到的感性材料能否帮助我们获取有利、有用的证据取决于制定计划是否合理，实验设计是否精准。制定计划的意义在于此处，它为科学思维使用与发展提供感性材料，提供素材基础。

四、搜集证据要素与科学思维

搜集证据要素指向“能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。”这一终极目标。这一探究要素与科学思维一般过程中寻求事实相呼应。其中描述的各种方法有两个层次，第一个层次是通过自己的观察、实验来获得理性思维的感性材料；另一个层次是在前人的基础上进行考察与调查，体现出科学由低级到高级的发展，前任研究成果为后人解决问题提供科学思维材料。两个层次的能力都重要，也都是科学思维材料获取的重要途径。

五、处理信息要素与科学思维

处理信息要素指向“能基于所学知识，用科学语言概念图、统计图表等方式记录整理信息，表述探究结果。”这一终极目标。其中使用处理信息的方法和工具从语言描述到各种图表直至最终的概念图、统计图表。无论是用哪种工具和方法，都是对感性材料的处理。过程中包含了分析、比较、分类等一系列的科学思维方法。在这个过程中去筛选有用信息，取出核心内容，是抽象思维的基础工作。过程中捕获有用的信息，为开展推理解释提供多种线索和支撑材料，能否解决对应的问题关键是能否抓住核心线索，把握有希望的线索，进而契而不舍、坚持到底，走向成功。

六、得出结论要素与科学思维

得出结论要素指向“能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。” 这一终极目标。其中分析、比较、推理、概括等方法就是科学思维的逻辑方法。

分析是把研究对象在思维中分解成为它的各个组成部分或要素，然后分别加以考察和研究，研究他们相互联系及相互制约的关系，研究他们的相互作用及在整体中的地位，考察他们对研究对象的状态及发展变化的影响，从而揭示事物的属性和本质的方法。从思维的角度看，科学分析方法的特点是从科学事物的整体深入到组成它的各个部分和要素，通过研究各个组成部分和要素来认识事物的整体和本质，也就是从整体到局部。这种思维方法大体上有以下几步。首先，将整体分解为组成它的各部分；其次，研究各部分间的相互联系、相互作用的情况，阐明他们各自所处的地位、所起的作用以及何种方式与其他部分发生作用的规律性。

有分析必然有综合，综合是在分析的基础上，把研究对象的各个组成部分或要素在思维中重新结合为一个整体，从而在整体上把握事物的本质和规律。也就是从局部到整体，由分离到统一。

比较是指确定对象之间的共同点和差异点的一种逻辑方法。比较在科学思维中具有很重要的作用。运用比较方法，可以对研究对象进行定性的鉴定和定量的分析；可以揭示不易直接观察的运动变化；可以追溯事物发展的历史渊源，并确定事物发展的历史顺序；可以对理论研究的结果与观察实验的事实是否一致作出判断；同时还是运用分类、模拟、分析等科学方法的基础和手段。

比较后会有分类，分类是以比较为基础，根据研究对象的共同点和差异点，把事物分门别类的思维方法。分类要遵循，必须按一定标准进行，要反映事物的层次和次序，要有穷尽性三个原则。

抽象与概括也是一种重要的科学思维方法。科学抽象思维过程是从感性认识中的具体上升到抽象过程，也是感性思维走向理性思维的过程。这一过程要有以下两步，第一，将对象的某种或某些属性同对象的其他属性分离，孤立地加以考察；第二，将这一属性同其他对象的同一属性加以比较，经过舍其义而求其同之后，便得到这一属性的一般形式。例如，为了确定某一种植物的种类，常常考察花的特征，舍弃其他属性，然后将有类似花型的植物加以比较，从中发现共同特征，这就是一个抽象的规定性。

为了探索和揭示事物的本质和规律，必须根据研究对象和问题的特点，从我们所考察的角度出发，撇开问题中个别的、非本质的因素，抽出主要的本质的因素加以考察研究，并把一类事物共同的本质的属性联合起来，从而建立起一个轮廓清晰、主题突出、易于研究的新形象新过程，或者形成新的概念，这种方法就是抽象与概括的方法。

科学推理是小学阶段最需要培养的科学思维方法。科学推理是根据一个判断或一些判断，得出另一个新判断的思维形式，根据思维进程的不同，可将科学推理分为归纳推理，演绎推理和类比推理三种。

归纳推理是由一些个别的、特殊的判断，推出一般的判断思维方式，也就是从个别的或者说只具有一定程度一般性的知识中，导出一般的或一般性更大的知识的推理，也就是从个别走向一般。归纳推理的具体步骤是：收集材料，通过观察实验得出大量的感性材料；整理材料，将材料归类并得出反应事物外部特征和条件的判断；抽象概括，经过分析、综合、比较等，排除无关的非本质的因素，抽象出各个本质因素，概括出一般性的规律。

简易推理是由一般性的判断，推出个别性的判断的推理，即从一般的原理结论出发，找出新的结论的一种思维形式，也就是从一般走向个别。科学演绎推理的基本过程是根据已知的一般规律，通过分析并限制条件，运用数学手段，得出个别性的规律。

类比推理是根据两个对象在某些属性上相似，而推出他们在另一个属性上也可能相似的一种推理形式，类比推理的具体过程是通过两个不同的对象进行比较，找出他们的相似点，然后以此为依据把其中一个对象的有关知识或结论推移到另一个对象中去。

以上是得出结论要素中的科学思维方法，得出结论的过程就是论证的过程，这一过程需要运用大量思维方式，这里只是根据课标提出文字进行分析，更多的思维方式也会在这个过程中展现和使用。

七、表达交流要素与科学思维

表达交流要素指向“能基于所学的知识采用不同的表述方式，如科学小论文、调查报告等方式，呈现探究的过程与结论；能基于证据质疑并评价别人的探究报告。”这一终极目标。

无论是最终的小论文、调查报告还是中低年级的语言描述，只要是交流自己的探究过程以及结论得出的过程都要对自己探究活动过程进行梳理。科学理论或者科学概念的得出具有很强的逻辑关系，因果关系，感性材料与支撑信息的联系，多角度信息材料的佐证作用和建构意义明显。这不但是重现科学思维过程，也是培养学生用证据证明，有依据得出结论的思维品质。区别于接受式思维，对他人不充分、缺少证据、逻辑推理不清的结论自然会质疑，并产生新的思考，从而提出新的问题，对这一结论进行新一轮的论证和探究。这样的思维品质和习惯有助于学生未来形成良好的学习习惯，有利于学生未来的生活和成长。

八、反思评价要素与科学思维

反思评价要素指向“能对探究活动进行过程性反思，及时调整，并对探究活动进行总结性评价，完善探究报告。”反思与评价并不是只存在于探究活动结尾，它是时时刻刻影响学生进行科学探究活动的能力与习惯。过程中时刻结合相应环节的科学思维能力和方法，这里不再重复赘述。

以上是对小学课程标准中科学探究目标中科学思维的分析，同时也对科学思维进行简单描述，希望我们能够在课堂教学中实施思维性探究实践，在科学探究活动中融入思维；融入科学思维；培养高阶思维能力。进一步更新我们课堂教学形式，培养学生科学素养。