實施單元整體教學　提升科學思維品質

郭曼曼

【摘 要】以“計量時間”單元為載體，談談在單元整體教學視域下如何培養學生的思維品質。本文利用思維型教學理論組織教學，用大項目啟動單元整體教學，提高科學思維的系統性；在課堂實踐中形成認知沖突并自我建構，提高科學思維的嚴密性；在創造評價中進行知識的應用，提高科學思維的遷移性。

【關鍵詞】思維品質 單元整體教學 逆向設計

教科版科學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，每一節課學生在“玩中學”的過程中習得一些科學概念，最后一步步推進到達單元的大概念。編者在編排教材內容時，充分考慮了內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容進行深度的思考和分析，只是停留在與學生進行碎片化探究的層面，那么大單元設計的價值就無法呈現出來?；诖?，筆者在大概念的引領下進行單元整體教學，以“計量時間”單元為例，分析如何用逆向設計方法讓單元知識之間不僅擁有連貫性和綜合性，還具備關聯性、邏輯性等，在有結構的教學內容中，提升學生的科學思維品質。

一、實施單元整體教學，提高科學思維的系統性

單元整體教學，指教師通過對教學內容的深度發掘和分析，打亂原有內容結構進行整合，以單元為單位進行教學，使教學內容更加整體化、綜合化。在單元整體教學的視角下，本單元通過實施逆向教學設計和植入時間軸，讓碎片化的知識變成整體。

（一）逆向設計讓整個單元化為一體，提高科學思維的系統性

在逆向設計理念的指導下，筆者對教學內容做了進一步的調整，添加了單元起始課，在起始課中跟學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。項目的驅動激發了學生的學習動機。在學生明確要求后，筆者給予他們足夠的時間進行項目設計。課后，筆者把學生的設計作品分類整理出燃燒鐘類、水鐘類、擺鐘類和其他鐘類等。這些設計稿將成為往后每一節課的學習起點，學生將在深入學習后進一步改進設計。這樣的逆向設計以終為始，通過項目驅動將7節課捆綁在一起，變成一個整體的學習事件，有利于培養學生科學思維的系統性。

（二）時間軸讓整個單元化為一體，提高科學思維的系統性

從古到今，從燃燒鐘、水鐘、擺鐘到石英鐘，關于這些計時工具的一步步迭代，筆者希望能清晰出現在學生的腦海中，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，讓學生看到計時工具由粗略計時到精細計時的發展過程，也讓學生用批判的眼光去評價每個時代的計時工具，還讓學生看到各時代的人在需求的驅動下一次次地改良計時工具，這樣也驅動著學生一次次思考并改進自己的設計。課堂給予學生的是有結構、有邏輯的學習素材，有利于培養學生科學思維的系統性。

二、課堂教學實踐，提高科學思維的嚴密性

在單元整體教學理念下，教師在單課的教學實踐中，通過運用結構化的材料、遞進式實驗活動、實驗記錄單和集體論證等途徑，讓學生經歷從認知沖突，到完成自我建構、提高科學思維的嚴密性的過程。

（一）運用結構化的材料，提高科學思維的嚴密性

材料的選擇、合理組合和適時呈現，能夠建立層次性和針對性較強的結構化材料。結構化的材料能引導學生思考和激發學生的探究欲望，在這個過程中也能夠促進學生思維的發展。

在“時間在流逝”這一課中，教師從學生耳熟能詳的“一炷香”這個詞語入手，提出“如何設計實驗方案證明一炷香可以用于計時”。學生能設計出對比實驗方案，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中。這時，教師提供了課本實驗方案，讓學生了解到可以把燃香變成四等份，引導學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？”繼而引導學生思考要留出點火段，在學生達成共識后再提供實驗材料，讓學生做實驗。這樣結構化的材料引發了學生由表及里的思考，延伸了思考的深度和廣度，提高了學生科學思維的嚴密性。

（二）運用遞進式實驗活動，提高科學思維的嚴密性

科學課堂，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系、有遞進，并且以學生能理解的方式呈現。筆者以“用水計量時間”一課為例，談談在實踐中如何利用遞進式實驗活動，發展學生的思維。

聚焦本節課的問題“你認為水鐘的流速均勻嗎？”，在學生猜測后，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？” 教師使用微課向學生展示如何合作，接著，學生在實驗記錄單的引領下開始了實驗。在實驗中，學生發現這種裝置的流速越來越慢，這顯然不適合制作水鐘。這就形成了認知沖突，怎么辦呢？教師向學生展示古代水鐘的裝置。學生從古人的改進中得到啟發：保持水位不變，可以使流速均勻。于是，學生開啟了第二輪實驗進行驗證。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，學生發現“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。這種遞進式的實驗活動設計可以促進學生的邏輯思維循序漸進地發展，從感性認識上升到理性認識，對學生邏輯思維的培養起著不可估量的作用。

（三）運用實驗記錄單，提高科學思維的嚴密性

單元整體教學需要一份份有效的實驗記錄單作為教師指導學生的工具，讓探究活動有效落地。有效的實驗記錄單能發揮學習支架的作用，幫助學生準確地處理數據；幫助學生找出數據背后的聯系；還給學生自主權，是學生自主探究的階梯。這些效用的背后是學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，全班統一使用一個擺鐘，并讓每個小組重復三次測量出這個擺鐘的鐘擺一分鐘擺動的次數，從而得出擺的等時性?？上攵?，每個組的答案都是一樣的，這樣的實驗沒有培養學生自主思考的能力。但是，讓學生自主設計實驗，從實踐的結果可以看出，學生有固定擺的次數算時間的方法，也有固定時間段數擺的個數的實驗方法，固定的時間段也是各種各樣的。這樣的實驗記錄單給足學生思考的空間，使學生對實驗有了自主權，他們的思維也被調動起來了。

在“用水計量時間”這一課中，教師采用折線圖表示數據，讓學生對數據不僅僅停留在獲取層面，而是通過數據圖像化發現數據之間的聯系。進入信息化時代，大數據需要合適的處理、架構，使數據直觀地呈現顯得日益重要。讓學生學會揭示數據掩藏的規律及其本質，既培養了學生的數據處理能力，也提升了學生的理性思維能力。

在“時間在流逝”一課中，在進行燃香實驗時，教師利用教材提供的實驗記錄單，在實踐中發現由于單位的不統一，有的學生計時用“分”表示，有的學生則以“秒”為單位，導致數據處理出現錯誤。另外，教材提供的數據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，這也不夠嚴謹。針對這兩個問題，筆者改進了實驗記錄單，對所用的時間統一單位為“秒”，實驗是持續燃燒和計時，并讀出燃燒到每一截所需要的時間，實驗結束后，再算出燃燒每一截香所消耗的時間。在實驗后，筆者組織學生對兩份實驗記錄單展開討論，不僅引導學生發現記錄單設計嚴密的重要性，而且培養了學生的嚴密思維。

（四）運用集體論證，提高科學思維的嚴密性

集體論證是多人對某一主題就多個觀點進行基于證據的互動交流，最后達成可接受的結論的過程。

根據兒童的年齡特點，教師在集體論證中會對數據做進一步的加工處理。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據，幫助學生在繁雜的數據中提取有價值的信息。這樣，學生在集體論證時基于“證據”的相互討論中逐步建立起科學概念，有利于批判性思維的培養和發展。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生不僅關注自己的數據，還關注全班的數據，再把數據轉化為觀點。觀點的表述我們稱之為“出聲的思維”，通過集體論證，學生完成自我建構。例如，“時間在流逝”這一節課中，教師把四個班的數據累加起來。當大量的數據集中在一起時，學生可以發現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”這個科學概念。由此可見，集體論證也是培養學生嚴密思維的有效途徑。

三、創造評價，提高科學思維的遷移性

在這一單元中，學生經歷以下學習過程：以“設計并制作計時工具”的項目來啟動教學，進行實驗原理的學習、制作作品、評價，從而反思改進作品。

在起始課中，學生明確了項目要求后，進行了設計。設計稿成為每一節課的學習起點。學生學習了水鐘“同水位，等時性”的原理之后，開啟了制作水鐘的項目。當教師調出學生設計的作品時，學生表示還需要進一步改進他們的設計，改進設計稿之后，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準，為每個作品打分，并且評選出小組最優的作品。通過“游園活動”，學生欣賞了優秀的作品，進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知。這時，學生對自己的作品產生了更多的想法，并改進自己的作品。這讓學生經歷了一個完整的閉環學習過程。這種創造性評價的過程，讓學生從理論層面走向操作層面，提高了科學思維的遷移性。

本單元在重構之后，用大項目驅動激發了學生的學習動機；在實施單元教學中引發了認知沖突，并幫助學生完成自我建構；在項目制作中進行了遷移。以單元整體教學為途徑、用思維型理論組織教學，提升了學生科學的思維品質。

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