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基于網絡環境下小學科學實驗中高年級高階思維可視化的實踐研究
基于網絡環境下小學科學實驗中高年級高階思維可視化的實踐研究
林玉環
【摘要】隨著教育信息化的發展和基礎教育新課程改革的不斷深入，網絡技術為學科課程提供了有效可行的教學平臺，網絡課程資源的開發和利用正深入到科學教學領域中。本文立足課題"小學科學實驗中高年級高階思維可視化的研究",結合多媒體教學實踐對網絡環境下小學科學實驗中高年級高階思維可視化在具體教學實踐中的具體做法進行了詳細的闡述。
【關鍵詞】科學實驗；高年級高階思維；可視化；教學研究
中圖分類號：G622.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568 （2016） S1-0017-04
作者簡介：林玉環，廣東省廣州市蘆荻西小學教師。
一、引言
通過對"小學科學實驗中高年級學生高階思維可視化的研究",在小學高年級科學實驗中通過個人探究、小組合作等載體讓學生運用擅長的簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作等多種手段、界面直觀、深入淺出地表現自己高階思維的過程。希望能夠在小學高年級科學實驗教育教學中，既做理論探討，又做實踐研究，還有對實踐操作的引導，從而為小學高年級科學實驗課程教育教學理論和開發實施體系做出一定的貢獻。
二、核心概念界定
1. 高階思維的內涵
布魯姆教育目標分類理論把人的認知思維過程從低級到高級分為六個層次（記憶、理解、應用、分析、評價和創造）。所謂高階思維，其實也就是高級思維，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。它在教學目標分類中表現為分析、綜合、評價和創造。高階思維超越了簡單的記憶和信息檢索，是一種以高層次認知水平為主的綜合性能力，關注學生系列能力的發展，如批判性地評價信息、自主學習（自我調節學習）、問題解決能力、創造性思維能力、批判性思維能力、信息素養及協作能力。高階思維能力的結果則表現為問題解決、決策、批判性思維和創造性思維等。
2. 小學科學高階思維可視化的內涵
就小學科學而言，高階思維可視化就是通過一定的載體（媒介物體） 如個人探究、科學探究小組活動等，讓學生運用擅長的簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作、視頻、聲頻等多種手段，界面直觀、深入淺出地呈現自己決策（思考）、問題解決、批判性思維和創造性思維等的過程。而小學科學實驗中高年級學生高階思維可視化是指：在小學科學實驗中通過獨自探究、科學探究小組活動等載體讓學生善于運用簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作、視頻、聲頻等多種手段、界面直觀、深入淺出地表現自己問題解決、決策、批判性思維和創造性思維等的過程，讓學生之間、師生之間更好地交流、發展的過程。
三、實踐探索
《義務教育科學（3~6年級） 課程標準》明確指出：科學課程改革是培養小學生科學素養為宗旨，積極倡導讓學生親身經歷以探究為主的學習活動。科學探究涉及提出問題、猜想結果、制定計劃、觀察、實驗、制作、收集證據、進行解釋、表達和交流等活動。根據科學的課程目標，教師應在以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程中，通過教學活動，培養小學生（尤其是高年級的小學生） 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、評價、創造、比較、分類、判斷、推理等為特征的高階思維能力。那么，在具體實驗教學實踐中，怎樣才能讓高年級學生的高階思維可視化呢？
課題研究離不開科學實驗課堂教學。在小學高年級科學實驗教學實踐中，課題組嘗試構建以獨自探究或小組合作探究讓高年級學生高階思維可視化的教學策略："預設猜想中形象化——自行設計中個性化——交流討論中完善化——探究記錄中具體化——匯報整理中軌跡化——動手制作中實物化".下面以《抵抗彎曲》為例加以詳細闡述。
1. 預設猜想中形象化
首先，出示一張紙，以高年級學生的已知和須知為基礎，進行任務驅動："猜想一下，在上面能放多少個1元硬幣而不彎曲？"并請學生示范實驗，就實驗結果再次進行任務驅動："怎樣做可以增強它的抗彎曲能力？"引導鼓勵學生從實驗目標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） 基礎上，引導學生利用已有的知識或主觀認識經驗和邏輯推理，對自己要探究的主題（問題） 進行推測、判斷，以形象化的手段展現出來，以到達高階思維可視化的目的。
2. 自行設計中個性化
接著，讓學生以小組為單位猜想、討論，利用平板電腦設計活動方案。以科學探究小組為主要形式進行探究，是學生確定建構知識的最有效途徑，引導他們進行分析與創新，讓他們通過自行設計途徑來自己解決問題；讓學生利用平板電腦自行設計活動方案，目的在于讓他們能更好地探究自己想要解決的主題（問題）。讓他們運用自己喜愛的方式（簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、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
在學生自行設計實驗方案后，為了判斷他們的思維過程是否有誤、是否合理、是否科學，筆者以交流討論的形式，讓學生將自己小組的活動方案說出來，引導學生針對不同的探究問題和活動方案進行追問，和學生展開充分的對話，深度了解學生思維的過程中的問題。進一步落實"明確怎樣做？實驗變量是什么？不變量又是什么？如：①怎樣比較它的抗彎曲能力？②硬幣應該放什么位置？怎樣放？③怎樣計算硬幣個數（以怎樣的彎曲程度為準）？
讓學生帶著自己的觀點參與探究學習，對自身的觀點或看法進行批判性的分析，并根據沖突的觀點（或看法）和思考，修正有關科學概念。這樣，以出聲思維把各個探究小組的深層想法外顯出來，使得學生間、小組間、師生間不斷進行思維碰撞，也使活動方案的設計更加科學、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
觀察和記錄是科學實驗探究的中心環節。觀察什么，怎樣觀察？目的要明確，記錄要準確且盡可能詳盡，要準確把實驗過程中出現的現象細致地記錄下來。所以，在實驗過程中要以學生為中心，要求每個成員積極參與小組協作探究學習，引導他們科學處理各種信息和實驗數據，運用多種手段完成探究記錄，將他們問題解決、決策、批判性思維和創造性思維以簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作、視頻、聲頻的形式可視化。
例如在《抵抗彎曲》時，筆者讓學生邊動手，邊利用平板電腦把具體的做法拍錄下來，邊觀察，邊運用自己喜歡的方式如：簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作、視頻、聲頻等多種手段進行探究數據記錄。
①簡筆畫、示意圖
第一小組的關于改變A4紙形狀的示意圖如圖1.
在這圖文并茂的實驗記錄中，學生的分析、綜合、判斷等高階思維能力凸顯出來了。
5. 匯報整理中軌跡化
科學探究活動后的匯報整理中，教師常常引導學生采用錄制下來的具體做法進行展示，或實驗展示，或用簡單圖文與語言相結合的方式進行交流匯報：通過小組實驗和得出的數據，你們有什么新發現？這些作品（視頻、圖示、表格、數據、實物、聲頻） 展示了學生的高階思維軌跡。在這過程中，以圖示、表格、數據、實物、聲頻等形式讓他們的高階思維更好地可視化了。
6. 動手制作中實物化
延伸到課外開展小發明、小制作活動，讓學生高階思維進一步可視化。學習了本課后，可以讓學生提出進一步的思維目標——發散性思維目標"你能利用3張A4紙或一張報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？"引導學生利用學到的知識設計制作，將自己的想法用模型的形式（實物） 表現出來，鼓勵他們多想、敢想、會想，先將頭腦中閃現的靈感用畫、寫的形式及時記錄，再多次修改方案、然后再將自己的想法用模型的形式（實物） 表現出來，也就進一步讓他們的高階思維可視化了。
四、成效與反思
1. 技術運用有利于學生科學探究學習，有利于學生高階思維的發展
在學習過程中，借助了技術支持科學課堂教學，并對實驗班五年級（4） 班學生就技術運用幫助其科學探究學習的情況進行了問卷調查。其中就"地球表面及其變化"單元學習的調查結果如圖5、6:
從圖5、6的柱狀圖可以看出，學生普遍認為不同形式（如視頻、iPad等） 的技術運用在科學課堂上對他們在"地球表面及其變化"的科學探究活動非常有幫助。
從圖7統計出來的數據， 92.9%的學生認為"在科學課堂上，我喜歡自己上網搜集資料，用信息技術手段（如電腦、iPad） 并進行閱讀。"57.1%的學生認為"在科學課堂上，我喜歡運用概念圖等技術梳理所學的知識。"67.9%的學生認為"信息技術的動態化將原來平面的知識動起來，形象、直觀，我很喜歡。"82.1%的學生認為"概念圖的使用，思維導圖的使用，梳理了單元知識，讓所有的知識點更加清晰，更加系統化。"從這些調查數據，也可以看到孩子們覺得運用技術跟科學探究學習聯系密切，有利于他們各種思維能力的培養和發展。
2. 初步構建小學科學實驗中高年級學生高階思維可視化實踐基本框架
研究初步回答了構建高階思維可視化的一些基本理論問題。通過實踐研究，初步總結歸納出具有較強的可操作性的小學科學實驗中高年級學生高階思維可視化實踐模式： 以獨自探究或小組合作探究" 預設猜想中形象化——自行設計中個性化——交流討論中完善化——探究記錄中具體化——匯報整理中軌跡化——動手制作中實物化"讓高年級學生高階思維可視化的教學策略。多元化評價學生的小學科學實驗，深入課程改革，促進高年級小學生科學素養的發展。
3. 促進高年級小學生動手操作技能和探究能力的發展
操作技能主要包括精細性、巧妙性、實用性，重點是動手操作的設計能力。在學習《抵抗彎曲》中，實驗班與對照班在探究記錄時，對數據處理表現形式的比較（兩個班都有8個探究小組，見表4）：
從表4可以看出對照班對實驗數據的處理和表現手法較為單一，而實驗班則能運用多種表現形式處理探究數據如：簡筆畫、示意圖、文字、數字符號、動作、視頻、聲頻等都用上了，富于創意、形象，使他們分析、綜合、判斷、推測等高階思維，軌跡清晰，外顯可見。兩個班在后續的科學探究學習中，也表現出不同的效果，如表5 所示，實驗班的創造性思維的外顯也在"完成承重能力強的紙橋制作"和"利用思維導圖學習"等學習探究環節中比對照班突出，明顯優于對照班。
小學生的科學實驗本身也是一種創造性活動，絕不是被動地接受過程。小學生創造性思維能力的提高，創造性人格的優化與培養，必然會促進小學生的科學素養和綜合素質的提高。
可見，小學科學實驗教學中，高年級學生的高階思維能力在探究過程"預設猜想、自行設計、交流討論、探究記錄、匯報整理、活動延伸（動手制作） "會留下清晰的痕跡。怎樣使小學科學實驗中高年級高階思維更好可視化？尤其是技術支持下小學科學實驗中高年級高階思維怎樣更好地可視化，還有待課題組加強科研理論學習和教學實踐，繼續探索。
參考文獻：
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