【文章学习】基于科学论证开展高阶认知能力培养的实践研究——以... [复制链接]

壹   关于高阶认知能力与科学论证的理论
阐述高阶认知能力是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力依据布鲁姆对教学目标分类的划分，把分析、评价、创造等认知称为高阶认知，而把识记、理解和应用等认知称为低阶认知。

科学论证的过程本身是一种探究实践活动。它旨在引导学生围绕要解决的问题，基于自己的观点，寻找合理的证据，开展基于证据的推理过程，建立证据与观点的联系，从而对问题作出科学解释。问题、观点、证据和推理是科学论证过程的核心要素。

《探究引桥省力》一课尝试基于科学论证的过程开展高阶认知学习活动。这过程教师要实施哪些教学策略? 如何评价这节课是否达成了预期目标?下面针对这节课的研究实践做阐述与分析。

贰   基于科学论证过程的教学实施
（一）提出真问题
一个基于现象且来源于学生生活中的真问题，是他们开展科学论证的起点。这节课在开始环节便呈现了学生上下学经过的街道照片，孩子们立刻联系起平时拥堵的街面场景。怎样解决街面拥堵问题呢？大家想到城市里处处可见的过街天桥，认为它能实现人车分流。于是，教师引导学生关注引桥的结构总是一长一短，从而提出这节课的核心问题：为什么过街天桥的引桥要这样设计？这个平时司空见惯的现象，一旦认真思考起来就变得有吸引力了。

（二）形成初步的观点
观点是指学生基于要解释的问题给出最初的回答。他们要基于个体的经验和已有的认知，经历个体内部的论证和集体论证。课上，有的同学提出，长短不同的引桥会有不同的用途。比如老人走台阶困难，就可以走长引桥。

长引桥还可以帮助那些骑自行车的人过桥……为什么作出这样的选择就方便呢？他们根据自己平时走天桥的经验以及对坡度的了解，比较集中的观点落在了省力上。至此，大家初步达成了一致：过街天桥一长一短，主要考虑了省力的问题。现阶段的观点科学吗？怎样证实？教师让学生带着问题走向科学论证的寻找证据阶段。

（三）寻找可靠的证据
1.设计可行的实验方案
使用证据是科学研究的本质之一。作为证据的数据可以是定性的，也可以是定量的。一般情况下，学生倾向于使用数据作为证据。

课上，为了得到可靠的证据证实自己的观点，他们想到了制作过街天桥的模型，通过模拟实验收集相关数据作为支持观点的证据。为了加强学生的动手实践，本节课教师为学生提供了面向居民楼一侧的过街天桥模型。每个模型的高度一致，都是10厘米，引桥的长度各不相同。这将为他们找到更多的证据奠定基础。

与以往的课不同，这节课没有让学生使用制作好的表格式记录单，而是为每个学生提供了一张空白纸张，由他们根据自身对数据的需求设计记录方式。

2.在实验过程中收集科学数据
每个小组根据实验方案，利用自行设计的记录单收集科学数据。由于本节课作为单元学习内容的一部分，数据记录和处理的方法在前面的学习中已经有过相关积累，教师在巡视过程中根据不同组的情况，给予必要的指导。同学们收集的数据至少满足两个条件。首先，数据要准确。实验前，学生已经注意到使用测力计拉动重物时的方法要科学，如匀速且与引桥面平行等；为保证数据的有效性，至少测试三次左右。其次，数据要全面，即：尽可能收集到与观点相关的多类数据，如引桥长度及与地面形成的角度等。

（四）基于证据开展推理
1.分析数据形成证据
从数据到证据要经历分析的过程。课上，学生经常会从收集的数据中直接得出结论。因此，教师要精心设计问题引导学生经历数据分析的过程，使数据成为证据支持观点。数据分析的过程也不是一蹴而就的。首先进行个体的数据分析，再进入小组内分享协调，最后全班研讨质疑获得更可靠的证据。

2.基于推理建立证据与观点的联系
在科学研究中，能运用证据证明自己的观点，接受他人的质疑，或者听取他人的意见，利用他人的证据或评价来反思与修正自己的理解是非常重要的。课上，引导并鼓励学生反思自己的证据为什么能支持当初的观点。这将引发学生对概念的深入理解。

他们要经历演绎推理的逻辑思维过程：拉动重物用的力小就省力。当测量的数据小，就说明省力。针对学生在本节课忽略推理而直接形成结论的事实，教师应根据学生情况进行必要的引导。最终，学生基于实验获得的证据，证实自己最初认为“引桥省力，其中长引桥比短引桥更省力”的观点是正确的。

（五）作出科学解释，提出新问题
基于科学论证的课堂，学生经历的是一个有逻辑的学习过程。当学生从实验中找到证据并与最初的观点建立联系时，教师要引导学生对最初基于现象的问题，即过街天桥的引桥结构设计作出科学解释。

有的同学解释道：“过街天桥的两个引桥一长一短，其中长引桥更省力，因为它与地面的倾斜角度小。这样方便了拿重物或推自行车的人，或行动不方便的老人过街。短引桥与地面的倾斜角度大，费力，但可以节省时间，我们上下学赶时间就可以走短引桥。”据此，教师又引发学生寻找与节省时间相关的问题，使本节课的研究问题及方法的指向更开放、更多元。相关新问题的产生将引领学生延伸学习，发展学习成果，这应该是课堂教学追求的目标，也必然是高阶思维的体现。

叁  形成高阶认知目标的教学策略

（一）提供空白记录单——为不断发展的思维提供空间

本节课尽管采用分组实验，但要求人人记录，且提供了一张空白记录单。通常情况下，教师代替学生做得越多，学生学习的空间就越小；教师代替学生做得越少，学生参与学习的空间就越大；这就是教学中“少即是多”的原则。

课上，教师给学生提供空白记录单，相比已经做好表格处理的记录单，给学生的少，但学生要做的却更多。他们在记录前需要分析将要收集的数据会有什么特点？用什么样的形式呈现更适合自己寻找证据的需求。

经过反复思考，他们会与已有经验和面对的实际作出设计，因此课上没有一张相同的记录单，从形式到具体内容的呈现截然不同。有的是表格与图形结合。有的没有表格，但能看出表格的影子。有的是思维导图的形式。大部分同学为了呈现引桥的结构和角度之间的关系，会选择图形和数字结合的记录形式。

试想，如果我们限定在已做好表格上记录的方式，学生呈现的结果就只剩下了数据，没有丰富的思考可视化。反之，没有了限定，当学生在小组和全班做研讨交流时，才能对要解决的问题深入下去。因此，设计记录单本身也是一种创造。给学生不断发展的思维提供空间，让高阶认知真正发生。

（二）设计提问——引导学生形成和评价

证据问题是科学论证课堂重要的组成部分。除了核心问题外，还要设计与学生研究相关的问题，这些问题带给学生好奇的同时也让他们感到迷茫。基于这样的感受会推动研究的进程，让他们因为新的发现而享受研究的惊喜。本节课有两个环节对问题的引导很关键。

一是在学生收集完数据进行汇报时的引导性问题。具体的问题是：你们在前面的实验中收集到了很多数据，那么，这些数据能不能成为证据证实你的观点？然后，教师请学生在小组内梳理并由组长协调完成组内分享，为全班汇报做准备。经测量得出的数据不一定就是证据，要让学生先自己分析，再经历小组内的分析、评价过程，才能初步形成证据。紧接着，教师请全班同学对汇报小组的数据做多角度分析、评价或提出质疑，以期最终达成一致。

二是在学生确定这些数据成为证据时，教师要进一步追问：为什么你认为这些数据能成为证据证明你的观点？让学生重新审视这些数据，进行推理。这也是科学论证比较难的部分。尽管各组数据不同，教师基于问题引发思考，是学生形成证据的有效策略。

（三）呈现板书——推进全班数据的分析与处理

板书作为传统的教学工具，在数据处理过程中是师生、生生互动分析数据的有效手段。它呈现了全班同学阶段性的数据及其分析过程与结果。

教师鼓励学生做记录单的设计，其自身也在做示范，通过板书给学生新的启发。课上请不同组的同学对数据进行分享，并利用过街天桥的结构设计了记录数据的方式，便于学生对数据进行观察、比较、分析，归纳概括得出结论。教师在课上要花时间让学生看到这种记录方式的产生过程。学生很容易从中意识到教师将同学们使用的表格与图形有效结合起来，更巧妙简洁。不刻意留痕的学习过程让教学更自然而然。

当所有数据及其发展趋势呈现在黑板上时，让学生进行归纳概括的环节就变得水到渠成，学生也能由此得出结论。同时还有利于学生对学习作出反思，提升自主学习能力。因此，板书在数据处理过程中会推动全班同学经历从数据—证据—结论的全过程。最终，本节课实现了设计之初要达成的概念目标。

（四）及时指导——把问题或错误变成学习的资源

学生的真实学习过程往往不是一帆风顺的，会出现各种各样的问题。倘若教学实施过程无比顺畅，就要思考学生的进步究竟发生在哪里？教师应该认识到学生出现的错误或引发的新疑问在学习过程中的重要价值。

因此，教师在教学前要预设学生的学习困难，或在教学过程中善于发现学生存在的问题。面对困难或问题要及时进行引导或指导，让困难或问题成为大家学习的资源。确切地说，我们有时候要感谢那些学习存在困难或出现错误的同学，他们遇到的难题将促使课堂的分析变得深入。

本节课学生表现出来两个突出问题：一是收集数据的意识很强，但对收集完的数据不能有效地分析处理。如，关于引桥与地面形成的角度等数据，有的组只做了收集并没有为解决问题发挥作用。二是学生忽略分析数据的环节，直接从数据进入结论部分。针对这两个典型问题，教师要把控教学节奏，把时间多分配给这两个地方，让全班同学共同参与解决。看似解决一组同学的问题，实则是共同学习的过程。

针对第一个问题，教师首先肯定了分享组在数据方面做到了全面收集数据。然后，针对记录单上呈现的角度数据提出质疑：你们还测量了引桥与地面形成的角度，这些角度对证实自己的观点有什么作用？当这组同学无法作出合理解释时，教师请其他组同学尝试完成。这样做会因同学之间的交流互动而降低问题解决的难度。

针对第二个问题，教师在学生直接给出结论后，提示他们再次观看板书，聚焦引桥部分：你们之所以得出这个结论，是因为看到了这些数据小，所以省力，而另外一些数据大，所以费力。这样学生会更明确自己得到的结论源自数据的分析与推理。基于科学论证的课堂，学生形成结论的过程是新概念的意义建构过程。重视学生遇到的问题能有效帮助学生构建概念，是对核心问题进行科学解释的关键。

肆   指向高阶认知的多维度教学评价
（一）结合认知目标维度开展评价
依据布鲁姆认知目标的二维表（见表1）分析本节课的教学目标，使其成为衡量学生高阶认知活动参与的评价工具。2022年版课标为了使核心素养落地，将课程目标设置为四个方面：科学观念、科学思维、探究实践及态度责任。因此本节课目标的制订基于这四个方面进行设计。

表1 布鲁姆认知目标的二维表

科学观念：
学生在研究引桥的活动中建构概念：斜面省力；斜面倾斜角度越小越省力。基于概念形成对引桥省力问题的科学解释。

科学思维：
学生分析实物图片和生活场景逆向推理形成引桥省力的初步观点，并通过收集、分析实验数据形成证据，进一步推理，建立观点与证据之间的联系（评价），从而证实自己的观点，对本节课的问题作出科学解释（创造）。

探究实践：
学生基于初始观点，设计实验计划（创造），使用模型实验多维度测量，根据需求设计记录表，收集数据，通过分析、评价数据获取证据，得出引桥省力的结论，最终建构了简单机械斜面省力的概念。

态度责任：
学生积极参与整个研究过程并不断调用生活经验进行思考与实践。为了突出分析、评价和创造等高阶认知在目标中的体现，做了突出显示或在具体部分加括号标明。

针对科学观念维度，本节课确定为概念性知识。概念性知识是指在一个更大体系内共同产生作用的基本要素之间的关联。学生要建构斜面及其省力的概念属于原理类知识。让学生达成概念的过程不是从概念到概念，而是他们经历高阶思维活动建构才完成的。这一点可以通过科学思维和探究实践目标的描述看出来。分析、评价、创造等关键词在目标中很容易找到。其中产生新观点、设计实验计划、作出科学解释等环节属于创造。

这里涉及的关键词可以从布鲁姆对六个认知过程的解释中找到依据，即：创造是指将要素组成内在一致的整体或功能性整体；将要素重新组织成新的模型或体系。如产生、计划或生成等。整体看，这节课从目标的设定上就已经指向了高阶认知目标。

（二）结合科学论证的过程进行评价
事实上，科学论证过程必然是高阶认知参与的学习活动。结合学生在课堂上的表现还可以进一步找到证据。那么，如何评价本节课学生是否经历了科学论证的过程？我们可以再次回顾整节课学生的学习过程寻找证据。

学生在提出问题环节，是基于真实的生活情境开展的。真实情境中的真问题能引发学生的深度思考。因此，从问题开始到最终作出科学解释的整个过程，学生是主动参与学习、接受挑战的过程。主动学习能为学生高阶认知的发生节省时间，提升效率。其中推理是科学论证最有挑战的环节。

本节课学生要完成的推理过程即回答“为什么证据支持观点？”。他们要经历的思考过程是：拉动重物用的力小就省力。当测量的数据小，就说明省力。学生的这一思考过程是演绎推理的过程，按照布鲁姆的认知分类目标，属于评价维度，即依据大前提判断小前提，从而得出结论。

根据布鲁姆对评价认知过程的解释：评价是基于准则和标准作出判断。检查和评论等都属于评价的范畴。因此，判断属于评价维度的又一种表达。当然，学生学习过程的认知表现，不是独立的过程，而是分析、评价、创造等认知共同伴随或者连续推进的过程。因此这节课学生实现了科学论证的学习过程，也必然达成了高阶认知参与学习活动的目标。

伍   走向全学段的高阶认知研究实践
科学论证本身体现了科学研究的本质。《探究引桥省力》这节课仅是研究中的一个缩影。在近5年的时间，笔者结合低、中、高学段学生特点，循序渐进培养学生的科学论证思维能力，即开展了全学段的系统教学研究实践。

低年级学生的探究活动多以感官观察为主，因此课上围绕研究问题，进行有目的的观察活动，突出定性数据作为证据的意识。以《认识空气》一课为例。学生要作出科学解释的问题是：空气是什么样的？这一问题学生有自己的初始观点。课上主要引导学生在实验活动中把观察到的现象作为证据证实自己的观点，或得到空气的新认识。为了让学生能够进行这样的科学论证活动，围绕找到的证据，让他们在口头表达的基础上，学会可视化的思考方法。

为此，在记录表和板书的设计上，提供了一致的记录形式，即，我用（眼睛）看，发现（什么也看不到），说明空气是（没有颜色的）。这种基于定性证据的表达，学生在不断使用的过程中就初步理解了科学论证的思考过程。

进入中年级，学生要参与的探究实验活动会进一步增加，尤其有定量证据的介入。由于科学论证的核心是推理，因此这一学段教师还要注重学生推理能力的培养。比如，《空气有质量吗》一课，为学生设计的记录单呈现了完整的科学论证过程。核心问题：空气有质量吗？我的观点：空气有/没有质量，或不确定。我找到的证据：能作为证据的定性和定量数据记录。结论：我认为（空气有质量），因为（学生结合实验证据给出理由）。

高年级学段，教师要让学生基于一定的生活情境尝试提出研究问题，主动经历“问题—观点—证据—推理”的科学论证过程以作出科学解释。

提出可以探究的研究问题对小学生并不容易。这需要在低、中年级段有意识地进行训练和培养。从一节课的一个研究问题开始，引导学生打开思维提出更多的问题。为此，笔者还特别开展针对六年级学生如何提出问题的研究尝试。以首师大版教材《设计与制作》单元为例。该单元以学生最熟悉的自行车为线索贯穿整个单元。进行单元起始课时，让学生尝试独立提出尽可能多的研究问题。

然后，经历小组及全班研讨，对大家提出的问题进行分类：事实性问题，方法类问题，成因问题等。分类过程就是对自己提出的问题进一步明确的过程。针对自行车的事实性问题学生比较容易解决。课上，先鼓励学生自己查找资料。在他们自行解决的基础上再利用第二课时集中解决所有的事实性问题，支持学生在后续学习中提出更多研究问题的需求。这也扫清了探究过程可能的障碍。

针对方法类问题和成因问题，先让学生挑选出他们能在课堂上开展研究的问题，鼓励他们依据现有条件积极寻找问题的答案。比如，学生会想到，为什么用力踩脚踏板后自行车就能往前行驶？这个问题指向了自行车是怎样行驶的？于是，第三节课教师带着学生到操场上利用校际自行车观察研究，同时也关注他们出现的更多疑惑，为后续学习乃至初高中的力学研究埋下种子。

来学习了

学习了，干货满满，谢谢分享！

深度思考让平常的科学不平常。

贰   基于科学论证过程的教学实施 （一）提出真问题 一个基于现象且来源于学生生活中的真问题，是他们开展科学论证的起点。这节课在开始环节便呈现了学生上下学经过的街道照片，孩子们立刻联系起平时拥堵的街面场景。怎样解决街面拥堵问题呢？大家想到城市里处处可见的过街天桥，认为它能实现人车分流。于是，教师引导学生关注引桥的结构总是一长一短，从而提出这节课的核心问题：为什么过街天桥的引桥要这样设计？这个平时司 海豚阁 发表于 2023/12/2 10:54:16

为什么过街天桥的引桥要这样设计——真实情境导入，更能激发学生的探究兴趣！

生活中处处有科学，但需有一双善于发现的眼睛。

（三）寻找可靠的证据 1.设计可行的实验方案 使用证据是科学研究的本质之一。作为证据的数据可以是定性的，也可以是定量的。一般情况下，学生倾向于使用数据作为证据。 课上，为了得到可靠的证据证实自己的观点，他们想到了制作过街天桥的模型，通过模拟实验收集相关数据作为支持观点的证据。为了加强学生的动手实践，本节课教师为学生提供了面向居民楼一侧的过街天桥模型。每个模型的高度一致，都是10厘米，引桥的长度各 海豚阁 发表于 2023/12/2 10:55:17

没有让学生使用制作好的表格式记录单，而是为每个学生提供了一张空白纸张，由他们根据自身对数据的需求设计记录方式——课中出示设计好的记录单，往往容易限制学生的思维，有利有弊。

我觉得“呈现板书——推进全班数据的分析与处理”这块安排的挺好，表达中直观呈现很重要

从习以为常的日常现象，引发学生的思考，也是让学生多关注日常，多思考背后的原因。

学习理论知识加案例解读，更好的应用于课堂教学。

良好的科学论证能力也离不开其他科目的支持，语言表达不过关的就不太行，数据分析也是很多学生的短板

提出可以探究的研究问题对小学生并不容易。这需要在低、中年级段有意识地进行训练和培养。从一节课的一个研究问题开始，引导学生打开思维提出更多的问题。

提出问题、猜想、结论汇报和得出，学生思考的时间真的太少了

感谢分享，学习了

一直不知道怎样针对课例写论文，这篇文章给我提供了思路