基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維可視化的實(shí)踐研究

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基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維可視化的實(shí)踐研究

林玉環(huán)

【摘要】隨著教育信息化的發(fā)展和基礎(chǔ)教育新課程改革的不斷深入，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為學(xué)科課程提供了有效可行的教學(xué)平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)課程資源的開發(fā)和利用正深入到科學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中。本文立足課題"小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維可視化的研究",結(jié)合多媒體教學(xué)實(shí)踐對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維可視化在具體教學(xué)實(shí)踐中的具體做法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)實(shí)驗(yàn)；高年級(jí)高階思維；可視化；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G622.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-0568（2022）S1-0017-04

簡(jiǎn)介：林玉環(huán)，廣東省廣州市蘆荻西小學(xué)教師。

一、引言

通過對(duì)"小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化的研究",在小學(xué)高年級(jí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中通過個(gè)人探究、小組合作等載體讓學(xué)生運(yùn)用擅長(zhǎng)的簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作等多種手段、界面直觀、深入淺出地表現(xiàn)自己高階思維的過程。希望能夠在小學(xué)高年級(jí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教育教學(xué)中，既做理論探討，又做實(shí)踐研究，還有對(duì)實(shí)踐操作的引導(dǎo)，從而為小學(xué)高年級(jí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教育教學(xué)理論和開發(fā)實(shí)施體系做出一定的貢獻(xiàn)。

二、核心概念界定

1.高階思維的內(nèi)涵

布魯姆教育目標(biāo)分類理論把人的認(rèn)知思維過程從低級(jí)到高級(jí)分為六個(gè)層次（記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造）。所謂高階思維，其實(shí)也就是高級(jí)思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動(dòng)或認(rèn)知能力。它在教學(xué)目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、綜合、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造。高階思維超越了簡(jiǎn)單的記憶和信息檢索，是一種以高層次認(rèn)知水平為主的綜合性能力，關(guān)注學(xué)生系列能力的發(fā)展，如批判性地評(píng)價(jià)信息、自主學(xué)習(xí)（自我調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)）、問題解決能力、創(chuàng)造性思維能力、批判性思維能力、信息素養(yǎng)及協(xié)作能力。高階思維能力的結(jié)果則表現(xiàn)為問題解決、決策、批判性思維和創(chuàng)造性思維等。

2.小學(xué)科學(xué)高階思維可視化的內(nèi)涵

就小學(xué)科學(xué)而言，高階思維可視化就是通過一定的載體（媒介物體）如個(gè)人探究、科學(xué)探究小組活動(dòng)等，讓學(xué)生運(yùn)用擅長(zhǎng)的簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作、視頻、聲頻等多種手段，界面直觀、深入淺出地呈現(xiàn)自己決策（思考）、問題解決、批判性思維和創(chuàng)造性思維等的過程。而小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化是指：在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中通過獨(dú)自探究、科學(xué)探究小組活動(dòng)等載體讓學(xué)生善于運(yùn)用簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作、視頻、聲頻等多種手段、界面直觀、深入淺出地表現(xiàn)自己?jiǎn)栴}解決、決策、批判性思維和創(chuàng)造性思維等的過程，讓學(xué)生之間、師生之間更好地交流、發(fā)展的過程。

三、實(shí)踐探索

《義務(wù)教育科學(xué)（3~6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：科學(xué)課程改革是培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，積極倡導(dǎo)讓學(xué)生親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)。科學(xué)探究涉及提出問題、猜想結(jié)果、制定計(jì)劃、觀察、實(shí)驗(yàn)、制作、收集證據(jù)、進(jìn)行解釋、表達(dá)和交流等活動(dòng)。根據(jù)科學(xué)的課程目標(biāo)，教師應(yīng)在以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程中，通過教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)小學(xué)生（尤其是高年級(jí)的小學(xué)生）的思維由具體形象思維過渡到抽象邏輯思維，讓他們初步形成以抽象、分析、綜合、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造、比較、分類、判斷、推理等為特征的高階思維能力。那么，在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，怎樣才能讓高年級(jí)學(xué)生的高階思維可視化呢？

課題研究離不開科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)。在小學(xué)高年級(jí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，課題組嘗試構(gòu)建以獨(dú)自探究或小組合作探究讓高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化的教學(xué)策略："預(yù)設(shè)猜想中形象化——自行設(shè)計(jì)中個(gè)性化——交流討論中完善化——探究記錄中具體化——匯報(bào)整理中軌跡化——?jiǎng)邮种谱髦袑?shí)物化".下面以《抵抗彎曲》為例加以詳細(xì)闡述。

1.預(yù)設(shè)猜想中形象化

首先，出示一張紙，以高年級(jí)學(xué)生的已知和須知為基礎(chǔ)，進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)："猜想一下，在上面能放多少個(gè)1元硬幣而不彎曲？"并請(qǐng)學(xué)生示范實(shí)驗(yàn)，就實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)："怎樣做可以增強(qiáng)它的抗彎曲能力？"引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)中選擇最感興趣的探究主題（問題）。在明確自己的探究主題（問題）基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)或主觀認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)和邏輯推理，對(duì)自己要探究的主題（問題）進(jìn)行推測(cè)、判斷，以形象化的手段展現(xiàn)出來，以到達(dá)高階思維可視化的目的。

2.自行設(shè)計(jì)中個(gè)性化

接著，讓學(xué)生以小組為單位猜想、討論，利用平板電腦設(shè)計(jì)活動(dòng)（方案）。以科學(xué)探究小組為主要形式進(jìn)行探究，是學(xué)生確定建構(gòu)知識(shí)的最有效途徑，引導(dǎo)他們進(jìn)行分析與創(chuàng)新，讓他們通過自行設(shè)計(jì)途徑來自己解決問題；讓學(xué)生利用平板電腦自行設(shè)計(jì)（活動(dòng)方案），目的在于讓他們能更好地探究自己想要解決的主題（問題）。讓他們運(yùn)用自己喜愛的方式（簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、視頻、聲頻等）將他們的高階思維可視化。

3.交流討論中完善化

在學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后，為了判斷他們的思維過程是否有誤、是否合理、是否科學(xué)，筆者以交流討論的形式，讓學(xué)生將自己小組的活動(dòng)方案說出來，引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)不同的探究問題和活動(dòng)方案進(jìn)行追問，和學(xué)生展開充分的對(duì)話，深度了解學(xué)生思維的過程中的問題。進(jìn)一步落實(shí)"明確怎樣做？實(shí)驗(yàn)變量是什么？不變量又是什么？如：①怎樣比較它的抗彎曲能力？②硬幣應(yīng)該放什么位置？怎樣放？③怎樣計(jì)算硬幣個(gè)數(shù)（以怎樣的彎曲程度為準(zhǔn)）？

讓學(xué)生帶著自己的觀點(diǎn)參與探究學(xué)習(xí)，對(duì)自身的觀點(diǎn)或看法進(jìn)行批判性的'分析，并根據(jù)沖突的觀點(diǎn)（或看法）和思考，修正有關(guān)科學(xué)概念。這樣，以出聲思維把各個(gè)探究小組的深層想法外顯出來，使得學(xué)生間、小組間、師生間不斷進(jìn)行思維碰撞，也使活動(dòng)方案的設(shè)計(jì)更加科學(xué)、合理、完善，將他們擬解決問題的高階思維可視化。

4.探究記錄中具體化

觀察和記錄是科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的中心環(huán)節(jié)。觀察什么，怎樣觀察？目的要明確，記錄要準(zhǔn)確且盡可能詳盡，要準(zhǔn)確把實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象細(xì)致地記錄下來。所以，在實(shí)驗(yàn)過程中要以學(xué)生為中心，要求每個(gè)成員積極參與小組協(xié)作探究學(xué)習(xí)，引導(dǎo)他們科學(xué)處理各種信息和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用多種手段完成探究記錄，將他們問題解決、決策、批判性思維和創(chuàng)造性思維以簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作、視頻、聲頻的形式可視化。

例如在《抵抗彎曲》時(shí)，筆者讓學(xué)生邊動(dòng)手，邊利用平板電腦把具體的做法拍錄下來，邊觀察，邊運(yùn)用自己喜歡的方式如：簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作、視頻、聲頻等多種手段進(jìn)行探究數(shù)據(jù)記錄。

①簡(jiǎn)筆畫、示意圖

第一小組的關(guān)于改變A4紙形狀的示意圖如圖1.

在這圖文并茂的實(shí)驗(yàn)記錄中，學(xué)生的分析、綜合、判斷等高階思維能力凸顯出來了。

5.匯報(bào)整理中軌跡化

科學(xué)探究活動(dòng)后的匯報(bào)整理中，教師常常引導(dǎo)學(xué)生采用錄制下來的具體做法進(jìn)行展示，或?qū)嶒?yàn)展示，或用簡(jiǎn)單圖文與語言相結(jié)合的方式進(jìn)行交流匯報(bào)：通過小組實(shí)驗(yàn)和得出的數(shù)據(jù)，你們有什么新發(fā)現(xiàn)？這些作品（視頻、圖示、表格、數(shù)據(jù)、實(shí)物、聲頻）展示了學(xué)生的高階思維軌跡。在這過程中，以圖示、表格、數(shù)據(jù)、實(shí)物、聲頻等形式讓他們的高階思維更好地可視化了。

6.動(dòng)手制作中實(shí)物化

延伸到課外開展小發(fā)明、小制作活動(dòng)，讓學(xué)生高階思維進(jìn)一步可視化。學(xué)習(xí)了本課后，可以讓學(xué)生提出進(jìn)一步的思維目標(biāo)——發(fā)散性思維目標(biāo)"你能利用3張A4紙或一張報(bào)紙為主要材料制作一座跨度為15CM,高為5CM,能承受至少一支重550ML礦泉水而不塌的橋嗎？"引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)到的知識(shí)設(shè)計(jì)制作，將自己的想法用模型的形式（實(shí)物）表現(xiàn)出來，鼓勵(lì)他們多想、敢想、會(huì)想，先將頭腦中閃現(xiàn)的靈感用畫、寫的形式及時(shí)記錄，再多次修改方案、然后再將自己的想法用模型的形式（實(shí)物）表現(xiàn)出來，也就進(jìn)一步讓他們的高階思維可視化了。

四、成效與反思

1.技術(shù)運(yùn)用有利于學(xué)生科學(xué)探究學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生高階思維的發(fā)展

在學(xué)習(xí)過程中，借助了技術(shù)支持科學(xué)課堂教學(xué)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)班五年級(jí)（4）班學(xué)生就技術(shù)運(yùn)用幫助其科學(xué)探究學(xué)習(xí)的情況進(jìn)行了問卷調(diào)查。其中就"地球表面及其變化"單元學(xué)習(xí)的調(diào)查結(jié)果如圖5、6:

從圖5、6的柱狀圖可以看出，學(xué)生普遍認(rèn)為不同形式（如視頻、iPad等）的技術(shù)運(yùn)用在科學(xué)課堂上對(duì)他們?cè)?地球表面及其變化"的科學(xué)探究活動(dòng)非常有幫助。

從圖7統(tǒng)計(jì)出來的數(shù)據(jù)，92.9%的學(xué)生認(rèn)為"在科學(xué)課堂上，我喜歡自己上網(wǎng)搜集資料，用信息技術(shù)手段（如電腦、iPad）并進(jìn)行閱讀。"57.1%的學(xué)生認(rèn)為"在科學(xué)課堂上，我喜歡運(yùn)用概念圖等技術(shù)梳理所學(xué)的知識(shí)。"67.9%的學(xué)生認(rèn)為"信息技術(shù)的動(dòng)態(tài)化將原來平面的知識(shí)動(dòng)起來，形象、直觀，我很喜歡。"82.1%的學(xué)生認(rèn)為"概念圖的使用，思維導(dǎo)圖的使用，梳理了單元知識(shí)，讓所有的知識(shí)點(diǎn)更加清晰，更加系統(tǒng)化。"從這些調(diào)查數(shù)據(jù)，也可以看到孩子們覺得運(yùn)用技術(shù)跟科學(xué)探究學(xué)習(xí)聯(lián)系密切，有利于他們各種思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展。

2.初步構(gòu)建小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化實(shí)踐基本框架

研究初步回答了構(gòu)建高階思維可視化的一些基本理論問題。通過實(shí)踐研究，初步總結(jié)歸納出具有較強(qiáng)的可操作性的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化實(shí)踐模式：以獨(dú)自探究或小組合作探究"預(yù)設(shè)猜想中形象化——自行設(shè)計(jì)中個(gè)性化——交流討論中完善化——探究記錄中具體化——匯報(bào)整理中軌跡化——?jiǎng)邮种谱髦袑?shí)物化"讓高年級(jí)學(xué)生高階思維可視化的教學(xué)策略。多元化評(píng)價(jià)學(xué)生的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，深入課程改革，促進(jìn)高年級(jí)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

3.促進(jìn)高年級(jí)小學(xué)生動(dòng)手操作技能和探究能力的發(fā)展

操作技能主要包括精細(xì)性、巧妙性、實(shí)用性，重點(diǎn)是動(dòng)手操作的設(shè)計(jì)能力。在學(xué)習(xí)《抵抗彎曲》中，實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班在探究記錄時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)處理表現(xiàn)形式的比較（兩個(gè)班都有8個(gè)探究小組，見表4）：

從表4可以看出對(duì)照班對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和表現(xiàn)手法較為單一，而實(shí)驗(yàn)班則能運(yùn)用多種表現(xiàn)形式處理探究數(shù)據(jù)如：簡(jiǎn)筆畫、示意圖、文字、數(shù)字符號(hào)、動(dòng)作、視頻、聲頻等都用上了，富于創(chuàng)意、形象，使他們分析、綜合、判斷、推測(cè)等高階思維，軌跡清晰，外顯可見。兩個(gè)班在后續(xù)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)中，也表現(xiàn)出不同的效果，如表5所示，實(shí)驗(yàn)班的創(chuàng)造性思維的外顯也在"完成承重能力強(qiáng)的紙橋制作"和"利用思維導(dǎo)圖學(xué)習(xí)"等學(xué)習(xí)探究環(huán)節(jié)中比對(duì)照班突出，明顯優(yōu)于對(duì)照班。

小學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)本身也是一種創(chuàng)造性活動(dòng)，絕不是被動(dòng)地接受過程。小學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的提高，創(chuàng)造性人格的優(yōu)化與培養(yǎng)，必然會(huì)促進(jìn)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高。

可見，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，高年級(jí)學(xué)生的高階思維能力在探究過程"預(yù)設(shè)猜想、自行設(shè)計(jì)、交流討論、探究記錄、匯報(bào)整理、活動(dòng)延伸（動(dòng)手制作）"會(huì)留下清晰的痕跡。怎樣使小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維更好可視化？尤其是技術(shù)支持下小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中高年級(jí)高階思維怎樣更好地可視化，還