搭設探究教學支架，破除科學教學藩籬

徐瑩瑩

【摘 要】《義務教育科學課程標準（2022年版）》的落地推動了小學科學課堂教學在范式層面的變革。本研究通過對小學科學教師的訪談調查以及對小學生的問卷調查，發現小學科學課程實施面臨探究教學組織困難、探究學習過程困難、科學作業實施困難。在探究支架設計時，應做到分難易、分層次、分階段，要基于學習者的已有認知和探究問題，要根據探究情境的需要，以指向發展學生高階思維能力和高通路遷移能力為主，最終實現科學素養的落地。

【關鍵詞】探究支架 課程實施 科學素養

隨著《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的落地，小學科學教育強烈呼喚指向核心素養的課堂教學。目前，科學教學正在經歷著一場范式層面的變革，致力于改變以往教學的訓練機械、片面學習事實性知識和碎片化技能現象；同時，教學設計理念要定位于指向建構科學大概念的學習，教學設計內容要利于學生把握科學本質及思想方法，促進學生在理解的基礎上實現高通路遷移，即不斷形成“具體與抽象”及“抽象與抽象”交錯的復雜認知結構，為將來能夠解決較復雜而綜合的問題奠定認知基礎。

一、小學科學課程實施的難點

（一）探究教學組織困難

新課標強調，小學科學是一門體現科學本質的基礎性課程，因此，從課程計劃上看，科學與語文、數學等科目處于同等地位，現在本應從小學一年級開始設置相應課時。然而，這就導致更多教師不得不在低年級兼職教科學，再加上課程的“實踐性”強調了探究活動這一學習科學的重要方式，這就給低年級教學帶來更多的困難。

從教師訪談中了解到，受學校教師總體編制數量的限制，專職科學教師配備不足，而兼職科學教師很難根據教材內容帶領學生進行科學探究，更是難以落實低年級的課程實施思想和學業要求。課堂上，不少學校為了方便教師教學，購買了配套的教學資源，包括活動材料、多媒體課件等，但教師仍然不知道如何合理利用這些教學資源，無法有效地支持學生在探究中發展思維能力、建構理解，只是教“表面活動”，讓學生記住“表層知識”，甚至強迫學生遵守探究活動要求。在教學組織上，低年級學生比較活潑好動，科學探究習慣還在養成階段，教師組織有序探究活動比較困難。

（二）探究學習過程困難

新課程實施以來，通過調查、課堂觀察以及訪談發現，學生的自主探究水平不高，在提出問題、猜想假設、操作實驗、交流論證等探究環節，學習上還很大程度停留在淺層。筆者分別對某市低年級與中、高年級學生進行問卷調查，收回有效問卷800份。統計發現，小學生探究學習的困難如下：

在提出問題環節，教師習慣自己給出問題情境或一個明確的聚焦問題，如圖1顯示，低年級中能明確探究問題的學生占62.5%，有32%的學生不是很明確甚至完全不知道，中、高年級分別約有49.3%和41.5%的學生在課前知道或大部分課上知道要探究的問題，但也有少數學生少部分課或者幾乎不知道需要探究的問題?？梢?，低年級學生受邏輯思維水平和認知能力的限制，有相當一部分學生并不知道課堂探究的目標，更無法深度參與其中；中、高年級也有近十分之一的學生不明確探究目的。根據訪談發現，在猜想假設環節，學生大多是根據教師的問題做出假設，而且不論這個假設是否有“依據”，教師大多都沒有追問其背后的依據，這樣就很難達到培養學生的邏輯推理能力的要求。

在探究操作環節，探究過程受到教師的控制較多，學生習慣在教師的具體要求下，按部就班地去實施，較少能夠自主思考實驗設計或較多參與設計過程。如圖2顯示，當調查兩個最影響探究實驗不能完成的原因時，低年級學生完不成探究實驗的原因除了實驗材料不足外，主要是沒有明白實驗如何操作和沒有跟同學交流想法，在進一步訪談中發現，學生想與同伴交流還是因為在操作中有困難；圖3顯示，中、高年級學生則主要因為沒有聽明白實驗操作方法或忘記實驗步驟，而且這兩個原因都占調查人數的一半左右。出乎教師意料的是，近四分之一的低年級學生希望教師能在實驗中進行一對一的指導，但只有很少的中、高年級學生需要教師在實驗中一對一的指導，他們更渴望能自主完成實驗。

對于實驗記錄，圖4顯示，低年級學生明顯存在困難，主要是不知道如何用畫圖或文字來表現；圖5顯示，中、高年級學生在實驗記錄方面的困難，則主要是因為沒有觀察清楚實驗現象，這個原因約占55%，另外，有超過四分之一的中、高年級學生不知道如何記錄。這就說明，學生記錄的困難點在于如何用符號或圖的方式將觀察到的實驗現象表征出來，這也是支持學生建立科學觀念、發展科學思維的關鍵環節。

在交流論證環節，如圖6顯示，有近一半的低年級學生認為，在實驗后表達想法比較困難，甚至有10.1%的學生無法表達自己的想法。如圖7顯示，有約30.9%的低年級學生對問題本身不明白，需要教師解釋問題；有約25.4%的學生需要教師給出一定的提示后，才能夠回答問題；有約34.9%的學生需要跟伙伴交流討論后才能回答，自己無法獨立完成。

調查探究過程中最困難的環節，調查顯示，低年級中有高達55.3%的學生認為“匯報、討論、形成結論的過程”是最困難的；有43.4%的學生認為記錄數據的環節比較困難，與“記錄困難點”調查相聯系，主要是因為學生不明白如何表征實驗現象；有34%的學生認為實驗操作環節比較困難，比學習實驗方法的比例要高，說明不少學生認為自己學會了操作方法，但在操作環節仍有困難。調查顯示，中、高年級將近一半的學生同樣認為，探究后根據現象表達自己的想法最為困難；其次是實驗操作及得出實驗結論比較困難。

中、高年級學生在交流論證環節存在的困難，調查顯示，約48.2%的學生是因為“害怕說錯，不敢表達自己的想法”，約26.6%的學生表示“時間不足，來不及思考問題”，還有約五分之一的學生是因為不明白要探究的問題。

（三）科學作業實施困難

“雙減”政策背景下，作業總量得到了很好的控制，設計與科學學習相匹配的實踐作業勢在必行。當前調查發現，多數科學教師只就課堂學習的知識以習題的方式布置給學生，練習題類的書面作業多為教材內容的變式復述，沒有結合學生具體的學習困難點及必要性，布置有層次、多樣化的作業，以至于無法幫助學生查漏補缺、不斷完善和進步。在調查中、高年級學生對科學實踐活動類型的傾向性發現，分別有54.26%和50.67%的學生會在課后開展一些小發明活動或做一些家庭小實驗，29.68%的學生經常利用課堂所學解決生活中的問題，22.58%的學生傾向于參觀、參加社會調查等活動，當然也有少數學生愿意參與一些科普劇的表演性活動和科學故事閱讀活動。

二、實施科學探究學習的啟示

（一）對探究前教學實施的啟示

教師要引導學生在探究前明確探究目的，針對低年級學生的認知特點，可以提供利于聚焦問題的視頻、情境故事等，不輕易采用文字閱讀等較為抽象的方式，但可以為中、高年級學生提供現場的實驗觀察、圖文材料閱讀，這些支架有利于學生發現并聚焦問題。此外，在條件允許的情況下，可以在本單元學習前通過調查問卷了解學生掌握的前概念，或讓學生完成難度不大的前置任務。這兩種支架有利于喚醒學生的已有經驗，將其置身于單元學習情境中，為探究活動實施做準備。

（二）對探究中教學實施的啟示

科學探究需要小組成員的合作，這對低年級學生來說是個挑戰。因此，教學要根據探究活動內容，為學生安排小組合作的分工、方法和步驟。

實驗操作的成功與否會直接影響到探究的學習效果，換言之，學生如果不能完成實驗任務，就無法根據實驗信息獲得可靠證據，更難以建構理解。為了指導學生在課堂的有限時間內完成實驗操作，教師首先要為探究小組提供足夠的實驗材料，避免因“人為爭搶”或數量不足而導致的“完不成實驗”；要根據操作的難易、繁簡程度提供不同的操作支架，如指導實驗的微課視頻、圖文并茂的操作指南、課堂操作演示、板書提示操作要點等。此外，教師要為探究中的小組內生生交流討論等提供一定的支架，如探究記錄單、思考提示語等。

不論低年級還是中、高年級的學生，他們都對實驗記錄的表征方式感到困難，即如何將真實現象轉換為抽象的符號記錄下來。根據不同年級學生的思維水平和探究能力，教師要為理解和表征記錄提供適當的文化支架。一般來說，要在課堂上為低年級學生提供一定的記錄范例，且盡量減少文字表現，多用畫圖來表達；鼓勵高年級學生用圖文并茂或數據的方式表征記錄，還可以在記錄單上呈現提示語，幫助學生理解需要記錄的內容。

隨著學生抽象思維能力和認知水平的提高，指導實驗的視頻、以圖為主的操作指南、記錄單上的圖例、提示語等都可以逐漸不用，或變換成更為符號化表達的支架。

（三）對探究后教學實施的啟示

不論是低年級還是中、高年級，實驗后的交流表達以及集體論證都是難點，甚至很多學生不知道如何根據實驗現象表達自己的想法。因此，搭設的探究支架不僅要幫助學生認識實驗現象并將其轉換為證據，還要有助于學生利用證據表達觀點、形成結論性語言。教師要為學生提供實驗信息或數據的梳理匯總表、科學詞匯、言語表達句式、邏輯問題鏈等，還可以根據教學需要，將實驗信息再次呈現，這些支架同樣適用于整個探究過程。此外，在交流環節，教師還應向學生明確主要問題，利用板書動態生成并呈現關鍵的詞句。同時，評價是伴隨科學探究過程的，有的是對個人或他人參與探究活動的能力評價，有的是對探究后的制品使用效果的評價，這些都需要教師為學生提供一個評價探究的基本框架或指引。

為了深化探究，助力學生將所學知識遷移應用，甚至能用所學知識解決現實生活中的問題，教學不能止步于探究活動本身，教師應思考并設計探究后置作業支架。調查顯示，除了傳統的與“知識與能力”相關的書面作業有利于鞏固應用探究所得外，低年級學生傾向性于用“跟同學交流”的方式或書面練習來鞏固知識，對課后實踐性的作業則需要教師相應的指導。因此，教師要提供指導實踐的視頻、圖文并茂的操作指南、親子實踐指引等；中、高年級學生則需要開展更加豐富的實踐活動，如家庭實驗、小發明活動、參觀調查活動等，這些活動需要更多的高階思維參與。因此，一方面教師要指導學生分工合作、制訂計劃、實施辦法、檢驗方法甚至進行效果評估等；另一方面要為學生提供交流發布活動成果的支架，如活動海報、匯報框架、實踐報告提綱等。

三、教學中探究支架的搭設

新課標強調，要在教學中促進學生科學思維的發展，要能支持學生認識客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系，其中，主要包括模型建構能力、推理論證能力和創新思維能力。在探究學習中，教學方法應支持學生明確探究問題、開發和使用模型、設計方案和構造解釋、分析和解釋數據、交流信息和獲取證據等，而且不同類型、不同年級的探究學習所需的支持辦法是不同的。因此，精心設計助力學生探究學習的“支架”是突破探究難點的必然之途。

（一）探究支架的設計內涵

“支架”本指建筑行業中的腳手架，也就是在建筑或修葺房屋時，建筑工人所使用的能夠為他們和建筑物提供支持的架子、平臺等。如果將其沿用至教育領域，就是指在學生學習過程中，用來幫助他們逐步達成預期的學習目標。同時，該學習支架有助于發展學生的關鍵能力，像專家那樣，把自己領域內的要素變換成他們自己的自然范疇，當學生的能力達到可以獨立解決問題時，就可以將支架從當前學習中逐步撤出，但在此過程中可能會運用到新的支架。文中探究支架的釋義：通過提供一定的支持，為探究中遇到困難的學生提供有效的辦法，從而引領他們學習與周圍世界有關的科學知識、思維方式和探究技能，引導他們了解科學、技術與社會的關系，形成足夠為后繼的科學學習、為其他學科的學習以及為終身學習的科學素養。

探究支架具有三個特征：一是靈活性，探究支架需要根據不同的學習情境和學生個體認知特點搭建，針對某探究環節較困難之處，教師需要提供相對較全面、較具體、較多步驟的支架。二是暫時性，提供探究支架的前提是學生在學習中遇到了困難，暫時無法獨立解決，但如果隨著學生的認知能力發展，其已經能夠獨立解決問題時，該支架就不需要被提供。三是分步性，探究支架并不是一次性全部撤除，而是要根據學生的學習力來定；可能同一學生面對較容易的探究活動，就不需要支架，但如果面對較難的探究活動，就需要該支架，因此，撤除的支架也會重新被使用。

（二）探究支架的設計框架

探究支架的設計應分難易、分層次、分階段，要以學習者原有的認知能力和產生的探究問題為基礎，根據不同的探究情境需要，指向發展學生高階思維能力，以實現在不同情境中能夠高通路遷移的目標。

首先從時間維度上，探究支架應從探究準備、探究操作和論證、探究后遷移實踐三個階段考慮。其次，學習科學應特別關注三個素養維度：操作素養，包括使用工具、程序的能力和熟練運用書面語言的技巧；文化素養，被認為是理解實踐意義的系統能力；批判素養，是指如何運用文本表達自己和他人情況的能力。文章從素養角度來設計學習支架，可以分為文化支架、操作支架和觀點表達支架。其中，文化支架關注的是學生能否運用已有認知理解當前的探究問題、實踐內容、探究方法等；操作支架關注的是學生能否明確實驗方法、現象或數據的記錄等；觀點表達支架關注的是學生能否將實驗現象與自身觀點聯系起來，根據探究情況發表觀點，形成指向大概念的概念性理解。這三種支架的搭建，更有利于學生從事實性知識、程序性知識的學習轉向概念性知識和反思性知識的學習。

（三）探究支架的應用案例

以中年級“點亮小燈泡”一課為例，學生在“電路的實物模型與紙面符號模型”之間的轉換、認識比較困難，教學從三個不同時間段設計了探究支架。探究前，通過第1課時“電和我們的生活”的學習，喚醒了學生對身邊有關電現象的關注，從課堂訪談中了解到，學生比較熟悉常見的“亮燈”現象和基本的電路元件，由此形成了文化支架；教學時教師提出了“一只小燈泡能亮嗎”“如何讓這只小燈泡亮起來”的聚焦問題，引導學生“低門檻”進入思維狀態，有利于所有學生大膽參與“各種電路元件及其作用”的交流活動。同時，教師在黑板上用相應的符號來代表各種電路元件，這都是為學生提供觀點表達支架。在探究過程中，為了幫助學生從認識典型的實體電路到理解抽象的電路模型，教師提供了介于實物模型與符號模型之間的電路元件卡（如圖8）。這種電路元件卡可以在操作面板上移動，用“畫線”的方式表達電路的連接，學生通過操作提出不同的連接方式后，再根據這些“電路連接”模型來推測是否為通路，這是對電流在電路中流通并形成閉合回路的認識，像這樣的電路元件卡便是為學生提供了文化支架、操作支架及觀點表達支架。學生認識并熟悉基本電路后，就可以在后續的探究學習中撤除這個支架。在記錄單上呈現典型的連接方式、提示性思考問題等，都為學生提供了理解實踐的文化支架和操作支架。此外，教師還利用了“電流在電路中流動”的多媒體資源為學生提供了觀點表達支架。探究后，為了幫助學生開展集體論證，教師引導各小組學生共同制作了“班級實驗現象匯總表”，即觀點表達支架。學生從匯總表中，不僅可以明顯看到自己的預設和實驗結果，還可以看到各小組“或相同或不同”的實驗結果，引發班級各小組之間開展交流論證，特別是出現不同實驗結果且無法評判時，更是引發了學生的自主反思、觀點修正以及深度理解。

在低年級的探究學習中，板書和記錄單都為學生提供了有效的探究支架。如圖9所示，在二年級的“通過感官來發現”一課中，教師呈現了形象、有趣的板書，且該板書是隨著教學的推進而動態生成的，這就大大降低了學生理解探究內容和表達觀點的難度，即提供了文化支架和觀點表達支架。

學生在探究中會面臨許多挑戰，包括探究問題的明確、科學實驗的操作、對實驗現象的理解、證據的收集和梳理以及有依據的開展論證等，這些都需要高階思維的參與。因此，學生應從自身的原有經驗上升出發，綜合利用解決實際問題的科學觀念，運用已有認知或思維方式將新知“同化”入已有知識結構中，以便后續學習中能達到高通路遷移的目的。

【參考文獻】

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注：本文系廣東省規劃課題“小學科學課程有效實施的探究支架設計及應用研究”（編號：2022YQJK102）。