低学段小学生实施科学探究的问题及对策

科学探究是当前科学教育改革中广受关注的教育方式。自2017年开始，我国颁布了《义务教育小学科学课程标准》，第一次将一二年级纳入科学课程的学习对象中。由于以前我国并未在小学低年级段开展过科学教育，低学段的小学科学教育面临着全新的挑战。因此，关注低年级段小学生学习科学的学习特点，有利于小学科学课程的总体顺利开展。本文根据皮亚杰的认知发展理论对低学段小学生的认知特点进行简要的分析，探讨低学段小学生的认知发展水平及对科学的认识程度，针对实际教育教学过程中可能存在的困难，总结出几个可供参考的教学策略。

科学探究是学生获取科学知识的有效方式，也是培养学生科学素养的基本载体。自2017年起，我国颁布《义务教育小学科学课程标准》后，科学课的开设范围加入了一二年级，并将小学科学的教学内容分为三个阶段，一二年级为低学段，三四年级为中学段，五六年级为高学段。而一二年级是孩童了解和探索世界的重要阶段，同时也是培养科学素养的基础阶段。在低学段帮助学生更好地理解科学，能够为学生培养良好的科学素养打下坚实的基础。然而，一二年级的小学生由于认知发展水平受限，所以在接受新知识和正确理解科学概念等方面存在一定的难度，从而给教师的教学带来了一定的困难，这就需要教师采用合适的教学手段和策略来实施教学，有时也需要多种策略综合运用。

一、科学探究的意义与必要性

探究的实质可以说是发现问题和解决问题的过程。我们对于生活中所有未知现象的认识过程都可以被看作是一个探究的过程。

（一）科学探究是学生形成科学认识的有效途径

科学探究不仅是科学家探索未知世界的途径，也是学生获得科学知识的有效途径。不管是小学生在科学课上进行的科学探究活动，还是科学工作者所从事的的科学研究，其探究的目的都是为了解答自己的疑问和困惑，解决自己面临的问题。同时也都是自己对于未知领域的探求。同样都要经历一个从发现问题到解决问题的过程。只不过学生进行科学探究活动的内容通常是他们自己未学习过的科学知识，内容相对比较简单，離不开老师的指导。因此，从某种程度上看，可以说小学生在课堂上进行的科学探究活动，是科学家开展科学研究的缩影。

（二）科学探究是培养小学生科学素养的载体

2017年我国颁布的《义务教育小学科学课程标准》中指出，科学素养应当包括必要的科学知识，科学的思维方法，科学的态度与价值观，以及运用科学解决实际问题的能力等等。《义务教育小学科学课程标准》中明确提出科学教育要以培养学生科学素养为宗旨，并将科学课的开设范围加入了一二年级。在科学教育中，借助科学探究，可以让学生理解科学知识的建构与发展，形成科学的思维方式，树立正确的科学态度，并且可以让学生更加全面的认识科学。因此，在科学教学中，可以通过科学探究这种教学方式培养小学生的科学素养。

二、低学段小学生的认知发展特点

儿童在不同的年龄阶段，其认知发展会存在一定的差异，作为教师，了解这些差异可以为老师更好地教学提供可参考的依据。

（一）脑神经科学与儿童认知发展

生理发展是心理发展的基础，而认知作为心理的重要组成部分，其发展必然也依托生理的发展。大脑的发育影响着儿童的认知发展。

从神经科学的角度来讲，虽然人脑之中的绝大部分神经元在胎儿阶段便已形成，但神经元在不断地更迭，这个过程贯穿于生命的始终。已有研究表明，婴儿在1岁以前就已经具备听觉、视觉等感知能力并基本达到成人水平，而一些高级认知能力，比如问题解决能力，却要到5岁左右才开始获得。此后，儿童的认知能力发展随着大脑皮层的发育逐渐成熟。

总之，个体的认知发展水平与大脑结构的发育成熟有着直接关系。并且，在儿童青少年时期，儿童的大脑具有极强的可塑性。因此，在这一阶段，对儿童展开有计划地认知训练使其获得经验的累积是非常有效果的。

（二）皮亚杰儿童认知发展阶段论

著名发展心理学家让·皮亚杰（Jean Piaget）把儿童认知发展分为四个阶段：感知运动阶段（0-2岁），前运算阶段（2-7岁），具体运算阶段（7-11岁）和形式运算阶段（11-15岁）。与小学儿童相关联的阶段只有前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段，而低学段小学生一般处于前运算阶段和具体运算阶段。

1.前运算阶段（2-7岁）

这个阶段，儿童通过语言、模仿、想象、符号游戏和符号绘画来发展符号化的表征图示。儿童建立了符号功能，可以将自己感知到的动作内化成为表象，通过表象进行思维，逐渐形成具体形象思维。但是此时的儿童在很大程度上仍然取决于自身的知觉。由于受眼前的显著知觉特征的影响，他们还不能理顺整体和部分的关系，缺乏层级类概念。并且这一阶段的儿童尚且不能理解守恒原理，比如，在长度、体积等方面还无法达到守恒。他们的逻辑思维虽然开始萌芽，但仍然不具备可逆性，对于世界的看法，也基本上只是依赖于感官和知觉，因而只能进行一些简单的运算。

2.具体运算阶段（7-11岁）

具体运算阶段的儿童开始理解特定因果关系的逻辑基础，逐渐掌握了各种守恒概念，摆脱自我中心主义思维，也具有了可逆性，儿童在这个阶段具有了真正运算的能力，但仍然存在局限性。简单来说，儿童思维在这个阶段是从以具体形象思维为主要形式向以抽象逻辑思维为主要形式的过渡。有研究表明，儿童思维类型变化的转折年龄在9-10岁，即小学中年级阶段，所以小学低年级的儿童思维类型还并未发生变化，或者说变化的并不明显。

根据儿童大脑发育特点和皮亚杰儿童认知发展阶段理论，可以看出，小学低学段儿童初步表现了逻辑能力，基本上以具体的可以直接感知的事物为载体。概括能力属于直观形象水平，要让他们指出事物的主要本质是十分困难的。

这些理论为在基础教育中建立良好的科学学习环境提供了启示，而只有了解儿童认知发展的规律，才能科学的指导教学，为科学启蒙教育指明正确的方向。

（三）低学段小学生对科学的认识特点

有调查研究表明，一二年级的学生对科学及科学探究的认识尚不深刻，90%以上的一年级学生和二年级学生都对科学探究的认识很片面。大多数学生认为只要进行了观察活动或者动手制作过程了，那就是科学探究。比如研究人员给他们举一个案例，他们能够分辨给出的案例是不是科学探究，但是却没办法说出准确的原因和理由。

由此可见，在科学探究的本质方面，我国一二年级学生的认识还处于朴素水平。二年级的学生对科学的理解比一年级好一些，但也并不乐观。比如孩子们对于他们上的科学课的内容侃侃而谈，可以说出这节课学习了糖溶解在水里、物体的位置等知识，却并不一定真正掌握了科学知识的内涵。这些从学生的回答中就能体现，比如在访谈时，一二年级学生简单的认为科学就是可以去室外观察植物和小动物，科学就是动手制作等等，这些都仅仅是科学课中涉及到的内容，说明低年级小学生对科学的认识和理解并不深刻和清晰。

三、低年级段科学课程的特点和教学难点

自从2017年我国颁布《义务教育小学科学课程标准》之后，我国小学科学课开始加入了一二年级，在此之前，小学科学课只存在于3-6年级，科学教师们基本上都是任教中高年级，缺乏执教低年级科学课的经验，也没有以往教学经验的参考，再加上小学一年级科学课的教材内容比较少、比较浅，因此在执教低年级科学课时会碰到很多问题。

（一）低年级小学科学教材内容较少较浅

由于一年级小学生智力发育尚不完善，思维没有接受过训练，所以能接受的科学知识内容较少，程度也较浅，故而一年级的科学教材编写为了体现出科学概念的连贯性和完整性，都是以大单元的组织形式编写，同时希望通过大单元这种呈现方式，体现出科学探究过程中思维的发展方向，在有限的课时量下给学生提供较长的学习时间。在现有的课时量下，小学一二年级一周的科学课课时较少，这样很难完整地建构儿童的科学概念，那么如何充分利用好这些学习时间，同时做到让小学生容易理解科学知识，并感受到科学的魅力，需要老师多多思考。

（二）低年级小学生注意力的单一性

一二年级的小学生，自制力和注意力还未得到锻炼，所以在课堂上很难保持长时间的注意力稳定。有时，虽然对知识有好奇心，也只能保持一段时间的注意力集中，很难做到长时间专心听讲。他们的注意力很不稳定，爱做小动作等等这些问题，给小学科学老师的教学工作造成了一定的困难。

四、低年级段科学探究实施策略

（一）充分运用感知觉特性

低学段的科学教育，教师要充分利用孩子的感官（眼睛、耳朵、嘴巴、鼻子、皮肤）来感知这个世界，熟悉这个世界，促进他们的语言和智力等方面的发育。

以湖南科技出版社小学一年级上册科学教材内容《观察西瓜》为例，西瓜是一年级孩子们浅显的生活经历和认知中具有一般性认识的物体，是孩子们都认识且熟悉的东西。所以，当老师问道，“西瓜是什么样的？”的时候，学生会有话可说。因为是生活中常见的事物。学生能说出西瓜的几个外显特征，但是当老师问他们“是怎么知道的？”的时候，学生就会停顿并思考。此时，老师应该引导学生从“颜色、味道”等感官角度去回答，进而引导学生知道，观察要借助眼、耳、口、鼻、皮肤等感觉器官去获得视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉等方面的感受。

此外，低年龄阶段的儿童喜欢生活在童话世界之中，故事、动画、游戏等教育方式相比传统的直接传授效果更好一些。科普故事、科普类短片、小游戏等能在潜移默化之中將一些科学常识和科学概念以更加含蓄和内隐的方式传递给孩子。因此，在“玩中学”的方式，通常会起到意想不到的作用和效果。

（二）采用联系生活的主题探究活动

主题式探究活动可以丰富一年级科学课内容，以科学探究活动为载体，渗透科学方法，科学思维，科学态度的培养，让学生对科学产生越来越浓厚的兴趣，在小学低年级培养起对科学的兴趣，为孩子以后的自主探究打下基础。

例如以“我的房间我设计”为主题开展科学探究活动。小孩子的生活环境相对固定，对自己的房间相当了解，让孩子们自己设计自己的房间，无疑会让小孩子非常兴奋且充满想象力。这样的活动既能引起学生的探究兴趣，激发想象力，又能将比较与测量单元的内容与数学和美术等学科相融合，体现了学科之间的联系和融合，学生要用课堂上学到的科学方法测量自己的房间，再使用工具或绘画为自己设计一个新房间，在这个过程中，体会创造给自己带来的乐趣。

（三）注重科学观察方法的运用

观察，是小学生走近科学、学习科学的第一课。在湖南科技出版社小学科学教材中，就将“让我们从观察开始”作为一年级科学的第一节课。作为科学方法中的重要组成部分，观察不是老师口头说说告诉学生就能获得的能力，需要教师的指导。因此，在低学段，老师可以指导学生初步掌握简单有效地观察方法，帮助学生提高自自己的观察能力，促使学生更加全面地认识事物，教师在带领学生进行观察时，需要遵循观察的基本原则，即要按照观察的顺序及层次开展，要充分遵循从上到下，从左到右，从前到后，从外到内的基本观察原则。

其次，教师在带领学生观察时，还需要引导学生共同参与其中。学生主要依靠感官感知事物，并且进行思考。因此教师在带领学生观察时，要引导学生充分利用嗅觉，触觉，听觉，味觉等感官知觉来帮助获取更多信息的通道，从而有效把握事物具有的整体属性。

（四）提高课堂问题的针对性

提出有效的课堂问题，教师可以通过学生的回答了解学生对知识的理解程度和思维水平，也可以培养学生的语言表达能力。

例如，湖南科技出版社小学科学一年级《给物体分类》一节中，在学生认识到什么是分类过后，给学生几个大小、高矮、颜色、重量都不相同的几个杯子，让小学生以小组为单位进行分类，然后让学生说一说“你是按什么分的？”，在提问的同时要对学生有要求，那就是语句需通顺且有逻辑有条理，教师可以给出范例，比如，“我是按照____（颜色、高矮……）分类的，根据这个原则，____和____是一类的……”，这样可以帮助学生学会更清晰的表达自己。

通过恰当合理的提问，也能让学生对自己探究的过程进行反思，引导他们认识自己的不足。

再如当一个科学探究活动进行到尾声时，总有一小部分学生做出的结果与其他学生不同，这时教师要善用提问，引导学生回顾自己的探究过程，反思自己的错误之处，并加深对失误原因的记忆，避免以后再次犯错。在实际的教学活动中，教师要善于引导学生表达，当一些学生的发言与多数同学都不一样时，教师要耐心倾听，及时捕捉到学生想表达的信息，并且给予适当的评价。老师不仅要对学生表达的信息进行判断，还要对学生表达的信息给予回应，这样学生才能在教师的信息反馈中知道自己的问题出在什么地方，或者是有什么地方值得改进。

（刘莹，首都师范大学初等教育学院硕士研究生，研究方向：科学与技术教育。）