搭设探究教学支架，破除科学教学藩篱

徐莹莹

【摘 要】《义务教育科学课程标准（2022年版）》的落地推动了小学科学课堂教学在范式层面的变革。本研究通过对小学科学教师的访谈调查以及对小学生的问卷调查，发现小学科学课程实施面临探究教学组织困难、探究学习过程困难、科学作业实施困难。在探究支架设计时，应做到分难易、分层次、分阶段，要基于学习者的已有认知和探究问题，要根据探究情境的需要，以指向发展学生高阶思维能力和高通路迁移能力为主，最终实现科学素养的落地。

【关键词】探究支架 课程实施 科学素养

随着《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的落地，小学科学教育强烈呼唤指向核心素养的课堂教学。目前，科学教学正在经历着一场范式层面的变革，致力于改变以往教学的训练机械、片面学习事实性知识和碎片化技能现象；同时，教学设计理念要定位于指向建构科学大概念的学习，教学设计内容要利于学生把握科学本质及思想方法，促进学生在理解的基础上实现高通路迁移，即不断形成“具体与抽象”及“抽象与抽象”交错的复杂认知结构，为将来能够解决较复杂而综合的问题奠定认知基础。

一、小学科学课程实施的难点

（一）探究教学组织困难

新课标强调，小学科学是一门体现科学本质的基础性课程，因此，从课程计划上看，科学与语文、数学等科目处于同等地位，现在本应从小学一年级开始设置相应课时。然而，这就导致更多教师不得不在低年级兼职教科学，再加上课程的“实践性”强调了探究活动这一学习科学的重要方式，这就给低年级教学带来更多的困难。

从教师访谈中了解到，受学校教师总体编制数量的限制，专职科学教师配备不足，而兼职科学教师很难根据教材内容带领学生进行科学探究，更是难以落实低年级的课程实施思想和学业要求。课堂上，不少学校为了方便教师教学，购买了配套的教学资源，包括活动材料、多媒体课件等，但教师仍然不知道如何合理利用这些教学资源，无法有效地支持学生在探究中发展思维能力、建构理解，只是教“表面活动”，让学生记住“表层知识”，甚至强迫学生遵守探究活动要求。在教学组织上，低年级学生比较活泼好动，科学探究习惯还在养成阶段，教师组织有序探究活动比较困难。

（二）探究学习过程困难

新课程实施以来，通过调查、课堂观察以及访谈发现，学生的自主探究水平不高，在提出问题、猜想假设、操作实验、交流论证等探究环节，学习上还很大程度停留在浅层。笔者分别对某市低年级与中、高年级学生进行问卷调查，收回有效问卷800份。统计发现，小学生探究学习的困难如下：

在提出问题环节，教师习惯自己给出问题情境或一个明确的聚焦问题，如图1显示，低年级中能明确探究问题的学生占62.5%，有32%的学生不是很明确甚至完全不知道，中、高年级分别约有49.3%和41.5%的学生在课前知道或大部分课上知道要探究的问题，但也有少数学生少部分课或者几乎不知道需要探究的问题。可见，低年级学生受逻辑思维水平和认知能力的限制，有相当一部分学生并不知道课堂探究的目标，更无法深度参与其中；中、高年级也有近十分之一的学生不明确探究目的。根据访谈发现，在猜想假设环节，学生大多是根据教师的问题做出假设，而且不论这个假设是否有“依据”，教师大多都没有追问其背后的依据，这样就很难达到培养学生的逻辑推理能力的要求。

在探究操作环节，探究过程受到教师的控制较多，学生习惯在教师的具体要求下，按部就班地去实施，较少能够自主思考实验设计或较多参与设计过程。如图2显示，当调查两个最影响探究实验不能完成的原因时，低年级学生完不成探究实验的原因除了实验材料不足外，主要是没有明白实验如何操作和没有跟同学交流想法，在进一步訪谈中发现，学生想与同伴交流还是因为在操作中有困难；图3显示，中、高年级学生则主要因为没有听明白实验操作方法或忘记实验步骤，而且这两个原因都占调查人数的一半左右。出乎教师意料的是，近四分之一的低年级学生希望教师能在实验中进行一对一的指导，但只有很少的中、高年级学生需要教师在实验中一对一的指导，他们更渴望能自主完成实验。

对于实验记录，图4显示，低年级学生明显存在困难，主要是不知道如何用画图或文字来表现；图5显示，中、高年级学生在实验记录方面的困难，则主要是因为没有观察清楚实验现象，这个原因约占55%，另外，有超过四分之一的中、高年级学生不知道如何记录。这就说明，学生记录的困难点在于如何用符号或图的方式将观察到的实验现象表征出来，这也是支持学生建立科学观念、发展科学思维的关键环节。

在交流论证环节，如图6显示，有近一半的低年级学生认为，在实验后表达想法比较困难，甚至有10.1%的学生无法表达自己的想法。如图7显示，有约30.9%的低年级学生对问题本身不明白，需要教师解释问题；有约25.4%的学生需要教师给出一定的提示后，才能够回答问题；有约34.9%的学生需要跟伙伴交流讨论后才能回答，自己无法独立完成。

调查探究过程中最困难的环节，调查显示，低年级中有高达55.3%的学生认为“汇报、讨论、形成结论的过程”是最困难的；有43.4%的学生认为记录数据的环节比较困难，与“记录困难点”调查相联系，主要是因为学生不明白如何表征实验现象；有34%的学生认为实验操作环节比较困难，比学习实验方法的比例要高，说明不少学生认为自己学会了操作方法，但在操作环节仍有困难。调查显示，中、高年级将近一半的学生同样认为，探究后根据现象表达自己的想法最为困难；其次是实验操作及得出实验结论比较困难。

中、高年级学生在交流论证环节存在的困难，调查显示，约48.2%的学生是因为“害怕说错，不敢表达自己的想法”，约26.6%的学生表示“时间不足，来不及思考问题”，还有约五分之一的学生是因为不明白要探究的问题。

（三）科学作业实施困难

“双减”政策背景下，作业总量得到了很好的控制，设计与科学学习相匹配的实践作业势在必行。当前调查发现，多数科学教师只就课堂学习的知识以习题的方式布置给学生，练习题类的书面作业多为教材内容的变式复述，没有结合学生具体的学习困难点及必要性，布置有层次、多样化的作业，以至于无法帮助学生查漏补缺、不断完善和进步。在调查中、高年级学生对科学实践活动类型的倾向性发现，分别有54.26%和50.67%的学生会在课后开展一些小发明活动或做一些家庭小实验，29.68%的学生经常利用课堂所学解决生活中的问题，22.58%的学生倾向于参观、参加社会调查等活动，当然也有少数学生愿意参与一些科普剧的表演性活动和科学故事阅读活动。

二、实施科学探究学习的启示

（一）对探究前教学实施的启示

教师要引导学生在探究前明确探究目的，针对低年级学生的认知特点，可以提供利于聚焦问题的视频、情境故事等，不轻易采用文字阅读等较为抽象的方式，但可以为中、高年级学生提供现场的实验观察、图文材料阅读，这些支架有利于学生发现并聚焦问题。此外，在条件允许的情况下，可以在本单元学习前通过调查问卷了解学生掌握的前概念，或让学生完成难度不大的前置任务。这两种支架有利于唤醒学生的已有经验，将其置身于单元学习情境中，为探究活动实施做准备。

（二）对探究中教学实施的启示

科学探究需要小组成员的合作，这对低年级学生来说是个挑战。因此，教学要根据探究活动内容，为学生安排小组合作的分工、方法和步骤。

实验操作的成功与否会直接影响到探究的学习效果，换言之，学生如果不能完成实验任务，就无法根据实验信息获得可靠证据，更难以建构理解。为了指导学生在课堂的有限时间内完成实验操作，教师首先要为探究小组提供足够的实验材料，避免因“人为争抢”或数量不足而导致的“完不成实验”；要根据操作的难易、繁简程度提供不同的操作支架，如指导实验的微课视频、图文并茂的操作指南、课堂操作演示、板书提示操作要点等。此外，教师要为探究中的小组内生生交流讨论等提供一定的支架，如探究记录单、思考提示语等。

不论低年级还是中、高年级的学生，他们都对实验记录的表征方式感到困难，即如何将真实现象转换为抽象的符号记录下来。根据不同年级学生的思维水平和探究能力，教师要为理解和表征记录提供适当的文化支架。一般来说，要在课堂上为低年级学生提供一定的记录范例，且尽量减少文字表现，多用画图来表达；鼓励高年级学生用图文并茂或数据的方式表征记录，还可以在记录单上呈现提示语，帮助学生理解需要记录的内容。

随着学生抽象思维能力和认知水平的提高，指导实验的视频、以图为主的操作指南、记录单上的图例、提示语等都可以逐渐不用，或变换成更为符号化表达的支架。

（三）对探究后教学实施的启示

不论是低年级还是中、高年级，实验后的交流表达以及集体论证都是难点，甚至很多学生不知道如何根据实验现象表达自己的想法。因此，搭设的探究支架不仅要帮助学生认识实验现象并将其转换为证据，还要有助于学生利用证据表达观点、形成结论性语言。教师要为学生提供实验信息或数据的梳理汇总表、科学词汇、言语表达句式、逻辑问题链等，还可以根据教学需要，将实验信息再次呈现，这些支架同样适用于整个探究过程。此外，在交流环节，教师还应向学生明确主要问题，利用板书动态生成并呈现关键的词句。同时，评价是伴随科学探究过程的，有的是对个人或他人参与探究活动的能力评价，有的是对探究后的制品使用效果的评价，这些都需要教师为学生提供一个评价探究的基本框架或指引。

为了深化探究，助力学生将所学知识迁移应用，甚至能用所学知识解决现实生活中的问题，教学不能止步于探究活动本身，教师应思考并设计探究后置作业支架。调查显示，除了传统的与“知识与能力”相关的书面作业有利于巩固应用探究所得外，低年级学生倾向性于用“跟同学交流”的方式或书面练习来巩固知识，对课后实践性的作业则需要教师相应的指导。因此，教师要提供指导实践的视频、图文并茂的操作指南、亲子实践指引等；中、高年級学生则需要开展更加丰富的实践活动，如家庭实验、小发明活动、参观调查活动等，这些活动需要更多的高阶思维参与。因此，一方面教师要指导学生分工合作、制订计划、实施办法、检验方法甚至进行效果评估等；另一方面要为学生提供交流发布活动成果的支架，如活动海报、汇报框架、实践报告提纲等。

三、教学中探究支架的搭设

新课标强调，要在教学中促进学生科学思维的发展，要能支持学生认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系，其中，主要包括模型建构能力、推理论证能力和创新思维能力。在探究学习中，教学方法应支持学生明确探究问题、开发和使用模型、设计方案和构造解释、分析和解释数据、交流信息和获取证据等，而且不同类型、不同年级的探究学习所需的支持办法是不同的。因此，精心设计助力学生探究学习的“支架”是突破探究难点的必然之途。

（一）探究支架的设计内涵

“支架”本指建筑行业中的脚手架，也就是在建筑或修葺房屋时，建筑工人所使用的能够为他们和建筑物提供支持的架子、平台等。如果将其沿用至教育领域，就是指在学生学习过程中，用来帮助他们逐步达成预期的学习目标。同时，该学习支架有助于发展学生的关键能力，像专家那样，把自己领域内的要素变换成他们自己的自然范畴，当学生的能力达到可以独立解决问题时，就可以将支架从当前学习中逐步撤出，但在此过程中可能会运用到新的支架。文中探究支架的释义：通过提供一定的支持，为探究中遇到困难的学生提供有效的办法，从而引领他们学习与周围世界有关的科学知识、思维方式和探究技能，引导他们了解科学、技术与社会的关系，形成足够为后继的科学学习、为其他学科的学习以及为终身学习的科学素养。

探究支架具有三个特征：一是灵活性，探究支架需要根据不同的学习情境和学生个体认知特点搭建，针对某探究环节较困难之处，教师需要提供相对较全面、较具体、较多步骤的支架。二是暂时性，提供探究支架的前提是学生在学习中遇到了困难，暂时无法独立解决，但如果随着学生的认知能力发展，其已经能够独立解决问题时，该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，而是要根据学生的学习力来定；可能同一学生面对较容易的探究活动，就不需要支架，但如果面对较难的探究活动，就需要该支架，因此，撤除的支架也会重新被使用。

（二）探究支架的设计框架

探究支架的设计应分难易、分层次、分阶段，要以学习者原有的认知能力和产生的探究问题为基础，根据不同的探究情境需要，指向发展学生高阶思维能力，以实现在不同情境中能够高通路迁移的目标。

首先从时间维度上，探究支架应从探究准备、探究操作和论证、探究后迁移实践三个阶段考虑。其次，学习科学应特别关注三个素养维度：操作素养，包括使用工具、程序的能力和熟练运用书面语言的技巧；文化素养，被认为是理解实践意义的系统能力；批判素养，是指如何运用文本表达自己和他人情况的能力。文章从素养角度来设计学习支架，可以分为文化支架、操作支架和观点表达支架。其中，文化支架关注的是学生能否运用已有认知理解当前的探究问题、实践内容、探究方法等；操作支架关注的是学生能否明确实验方法、现象或数据的记录等；观点表达支架关注的是学生能否将实验现象与自身观点联系起来，根据探究情况发表观点，形成指向大概念的概念性理解。这三种支架的搭建，更有利于学生从事实性知识、程序性知识的学习转向概念性知识和反思性知识的学习。

（三）探究支架的应用案例

以中年级“点亮小灯泡”一课为例，学生在“电路的实物模型与纸面符号模型”之间的转换、认识比较困难，教学从三个不同时间段设计了探究支架。探究前，通过第1课时“电和我们的生活”的学习，唤醒了学生对身边有关电现象的关注，从课堂访谈中了解到，学生比较熟悉常见的“亮灯”现象和基本的电路元件，由此形成了文化支架；教学时教师提出了“一只小灯泡能亮吗”“如何让这只小灯泡亮起来”的聚焦问题，引导学生“低门槛”进入思维状态，有利于所有学生大胆参与“各种电路元件及其作用”的交流活动。同时，教师在黑板上用相应的符号来代表各种电路元件，这都是为学生提供观点表达支架。在探究过程中，为了帮助学生从认识典型的实体电路到理解抽象的电路模型，教师提供了介于实物模型与符号模型之间的电路元件卡（如图8）。这种电路元件卡可以在操作面板上移动，用“画线”的方式表达电路的连接，学生通过操作提出不同的连接方式后，再根据这些“电路连接”模型来推测是否为通路，这是对电流在电路中流通并形成闭合回路的认识，像这样的电路元件卡便是为学生提供了文化支架、操作支架及观点表达支架。学生认识并熟悉基本电路后，就可以在后续的探究学习中撤除这个支架。在记录单上呈现典型的连接方式、提示性思考问题等，都为学生提供了理解实践的文化支架和操作支架。此外，教师还利用了“电流在电路中流动”的多媒体资源为学生提供了观点表达支架。探究后，为了帮助学生开展集体论证，教师引导各小组学生共同制作了“班级实验现象汇总表”，即观点表达支架。学生从汇总表中，不仅可以明显看到自己的预设和实验结果，还可以看到各小组“或相同或不同”的实验结果，引发班级各小组之间开展交流论证，特别是出现不同实验结果且无法评判时，更是引发了学生的自主反思、观点修正以及深度理解。

在低年级的探究学习中，板书和记录单都为学生提供了有效的探究支架。如图9所示，在二年级的“通过感官来发现”一课中，教师呈现了形象、有趣的板书，且该板书是随着教学的推进而动态生成的，这就大大降低了学生理解探究内容和表达观点的难度，即提供了文化支架和观点表达支架。

学生在探究中会面临许多挑战，包括探究问题的明确、科学实验的操作、对实验现象的理解、证据的收集和梳理以及有依据的开展论证等，这些都需要高阶思维的参与。因此，学生应从自身的原有经验上升出发，综合利用解决实际问题的科学观念，运用已有认知或思维方式将新知“同化”入已有知识结构中，以便后续学习中能达到高通路迁移的目的。

【参考文献】

[1]刘徽.大概念教学——素养导向的单元整体设计[M].北京：教学科学出版社，2022.

[2]郝源汇.支架式学习理论及其应用研究[D].重庆：西南大学，2012.

[3] R.基思·索耶.劍桥学习科学手册[M].徐晓东，等，译.北京：教育科学出版社，2010.

注：本文系广东省规划课题“小学科学课程有效实施的探究支架设计及应用研究”（编号：2022YQJK102）。