一、聚焦核心概念，明确目标定位

（一）厘清概念进阶逻辑

（二）探查科学思维起点

（三）设计思维增量目标

二、经历实践探究，辅助概念建构

（一）具身体验，探知科学事实

（二）交流研讨，实现认识突破

（三）迁移运用，实现观点质变

三、关注反思自评，发展思维品质

（一）引导反思自审，开展自我查漏

（二）培养目标意识，实施自我评价

（三）鼓励独立思考，推动思维碰撞

科学课程的目标是培养学生的科学素养，而科学素养的形成在一定程度上依赖科学思维的发展。科学思维难以凭空发展，需要以科学观念为载体，以科学探究为途径，用良好的态度责任做保障。学习孤立、零散的科学事实类知识，往往只能发展学生的低阶思维，很难使他们形成系统的知识框架。科学核心概念能够反映科学领域的基本规律、基本原理，有助于学生领悟科学的本质，实现对知识的灵活应用。核心概念的建构既需要科学思维的参与，也能促进科学思维的发展，有助于学生科学素养的形成。本文以核心概念为抓手，从目标定位、实践探究、反思自评三方面，探索将学生似是而非的前概念转变为科学核心概念的可行路径，并通过核心概念的建构发展学生的科学思维，帮助他们逐步形成良好的思维品质，成长为科学思考者。

教师应聚焦核心概念，厘清科学事实、分解概念与核心概念之间的逻辑关系，基于学生的已有认知，设计符合其认知水平且能让其思维获得增量的目标。

（一）厘清概念进阶逻辑

核心概念本身较为抽象，需要学生以分解概念为思维材料，联系科学事实，进行科学判断与科学推理，从而认识科学事物的本质特征与内在联系。因此，要实现核心概念的建构，可以从分解概念切入，向下寻找支撑性的科学事实，向上明确统摄性的核心概念，梳理概念进阶的逻辑。教材中的概念表述往往是由科学事实得出的概括性认识，可以作为分解概念。厘清科学事实、分解概念、核心概念三者之间的进阶关系，就相当于搭好了教学活动的整体目标框架。

例如，“声音的强与弱”一课的分解概念是“声音的强弱与物体的振动幅度有关：振动幅度大，声音强；振动幅度小，声音弱”。在探究实践中，学生通过观察能够获得“用力大，振动幅度大，听到的声音强”“用力小，振动幅度小，听到的声音弱”等实验现象。基于这些科学事实进行归纳概括，能发现声音的强弱与物体的振动幅度之间存在联系，建立起分解概念。在此基础上，可进一步向能量转化的核心概念进阶，即结合分解概念与科学事实，设计关键问题引导学生作出更科学的解释：振动幅度的大小与传递给物体的能量多少有关，物体获得的能量越多，振动的幅度就越大，发出的声音就越强，振动的时间也越久。随着时间的推移，物体振动的幅度会越来越小，声音也就越来越弱。由此，得出如图1所示的“声音的强与弱”概念进阶关系。

（二）探查科学思维起点

探查学生前概念中的谬误，能帮助教师找到思维起点，为确立学习目标提供参考。研究发现，学生有许多顽固的、错误的前概念，它们是需要着力克服的教学阻碍。教师可以设计探究活动、关键问题来充分暴露学生的前概念，制造认知冲突，引导学生寻找更合理的解释，引发概念的转变。

在“声音的强与弱”一课中，学生往往认为声音的强弱与物体所受力的大小有关，不能将声音的强弱与物体振动幅度、能量等概念建立联系。因为他们在敲鼓、拨动橡皮筋或钢尺的过程中，感受到用的力越大，发出的声音就越强，便根据自身的感受作出声音的强弱与物体所受力的大小有关的解释。但这样的解释存在矛盾：当物体不再受力时，它仍然在振动，声音依然存在，只是会越来越弱。教师可以此为思维增长点，设计探究活动与关键问题，让学生作出新的正确的解释。

（三）设计思维增量目标

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）设置的13个核心概念是学生在义务教育阶段应掌握的科学课程核心内容，可以将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养的培育融入核心概念的学习过程中。新课标中的每个核心概念，都需要经过多个单元甚至是跨年级的学习才有可能完整建构。因此，为某一课引入核心概念时，要明确该课在核心概念的进阶过程中所处的位置，为后续核心概念的完整建构做好铺垫。教学中，可以根据新课标要求，结合学生的实际认知水平，通过适当的选择与调整，为每一课设计指向核心概念的具体学习目标，使目标具有思维增量。

例如，“声音的强与弱”一课属于“能的转化与能量守恒”概念领域，因为声音是能量的一种表现形式，而力的作用实际上是对机械能的传递，物体的振动、声音的产生都是能量转化的结果。引入能量、能量转化等核心概念可以更好地解释“为什么不再对物体用力，物体仍然会发出声音，且声音越来越弱”。学生或许缺乏“能量”相关语义的语言支架，却已具备推理出“能量”相关观点的思维能力与列举相关科学事实的生活经验储备。通过体会能量转化，学生能更好地认识声音强弱变化的本质，还能以此为铺垫，与“运动和力”一课以及小学高年级段的“能量”内容共同形成概念进阶。

既然学生的认知水平有可能发展到核心概念层级，“声音的强与弱”一课的科学观念目标就可以调整如下。（1）力的大小会影响物体振动幅度的大小，进而影响声音的强弱，声音的强弱变化实际上是能量变化的一种体现。（2）当其他条件相同时，对同一个物体作用的力大，传递的能量就多，物体的振动幅度就大，声音就强；作用的力小，传递的能量就少，物体的振动幅度就小，声音就弱。

明确目标后，下一步就是设计学生感兴趣的探究活动，以促进核心概念的建构，推动思维的进阶。教师可基于探究活动的具身体验、交流研讨、迁移运用等特点，使学生的认识从科学事实层面上升到分解概念乃至核心概念层面。

（一）具身体验，探知科学事实

探究活动是形成系统的科学方法与核心概念的关键途径，符合具身认知发展的特点，能帮助学生感知客观事物，发现科学事实。具身认知理论认为，人类的认知依赖身体及身体与环境的交互。探究活动就是一种具身体验，学生通过实践探究对客观事物产生知觉，再通过大脑的回忆形成具象。具象是人脑对具体事物形象的反映，往往带有感性色彩。具象思维通过活动记录得以展示，有助于学生发现、归纳、概括事物的共同特征，形成概象。具象和概象都是人脑对待感知事物的反映，都属于科学形象思维的范畴。活动记录可以使这些思维可视化，便于学生发现事物的规律，为概念的向上建构提供支架。

在“声音的强与弱”一课中，教师选用钢尺、橡皮筋、鼓等振动形式不同的实验材料，通过观察点、线、面不同形式的振动，帮助学生建立声音强弱与振动幅度间的联系，思考振动幅度改变的原因，进而认识力、能量对声音强弱的影响。振动幅度指物体发生振动时离开平衡位置的最大位移（见图2），学生在探究前尚未建立这一概念，需要以“声音是由物体振动而产生的”为认知基础，对不同物体振动的概象进行归纳。因此，教师可基于学生的已有认知，先将观察点聚焦到声音强弱与振动的关系上，再观察记录每种物体振动时的具象，概括具象的共同点，形成概象（图2中右侧模拟振动的曲线），为获得振动幅度的概念提供依据。

（二）交流研讨，实现认识突破

借助信息技术有效呈现活动记录，并设计关键问题引导交流，可为学生认识的突破与核心概念的建构提供学习支架。

一是可视化呈现思维，基于科学事实，建立分解概念。运用可视化思维工具——导学单，能直观呈现观察记录的具象、概象，强化差异对比，使学生关注到被自己忽略的实验现象，并引发学生新的思考，为分解概念的建构提供支持。

以“声音的强与弱”一课为例，导学单既要求学生记录声音强弱不同时物体的振动情况（具象），又要求学生对上述振动情况加以概括（概象）。通过对导学单的汇总对比，可以发现学生对振动幅度有一定的认识，但还不够准确。多数学生把尺子的振动幅度理解为“一开始振动的范围很大，后来慢慢减小，最后趋于静止”，即把振动幅度、振动范围与振动幅度的变化趋势混淆。还有学生将振动幅度与振动时间长短混为一谈。因此，教师需要帮助学生理解什么是幅度，建立正确的科学概念。导学单上的具象记录能够呈现振动幅度的变化情况，通过联系声音强弱的变化情况，寻找声音强弱与振动幅度之间的关系，可为建构振动幅度概念提供支架，为后续发现声音强弱变化与能量的关系提供依据。

二是借助关键问题，暴露认知冲突，建构核心概念。将思维可视化呈现后，教师可联结实验结果、生活事实或错误前概念，设计关键问题或问题链，暴露学生的认知冲突，促进他们观点的转变或概念进阶。

在“声音的强与弱”教学中，不少学生都提到了同一种现象：各种实验材料在振动过程中，振动幅度都会越来越小，且振动持续时间的长短不同。大部分学生认为是作用在物体上的力大小不同，导致振动幅度不同。此时，教师可顺着学生的逻辑，设计关键问题：“对钢尺用力后，它开始振动了。它振动了那么久，你一直在对它施加力吗？是什么让钢尺继续振动的？”并围绕关键问题，设计支架性问题链：“什么时候开始不再施加力的？没有再对它施加力，振动就停止了吗？是什么让它继续振动的？”学生对此前的解释进行科学判断，发现矛盾——拨动钢尺后并没有继续对钢尺用力，但钢尺依然在振动。面对这样的认知冲突，学生自然会尝试建立新的解释。

对于教师的这一串问题，学生或许不能快速作出回答，可以让他们先独立思考，再小组讨论引发思维碰撞。学生会产生多种解释，如是惯性或余波让钢尺继续振动。这些解释未必科学，用词未必准确，却都在表达着“能量”的含义。此时，教师可直接给出“能量”一词作为语言支架，再引导学生联系生活中音量巨大的声音，如雷声、爆炸声等，建构声能也是一种能量形式的认识。若要进一步引出能量转化的概念，可以继续追问：“钢尺一直振动是因为有了能量，这些能量是谁给它的呢？”学生会指出是人通过手对钢尺用力，将能量传给了钢尺，进而研讨得出：“能量可以在不同物体间相互传递，力与能量之间也存在着一定关系。”

（三）迁移运用，实现观点质变

有时，学生在教师的引导下初步建构了核心概念，但并不一定真正理解了核心概念。也就是说，学生只是“知道”了核心概念，却未必会在真实情境中迁移运用。教师可创设涉及类比思维、逆向思维等不同思维形式的情境进行拓展迁移，深化学生对核心概念的理解。类比思维情境一般与课内的推理过程较为相似，可通过核心概念与课内所学建立联系，与课内的推理做类比。逆向思维情境一般与课内推理过程不同甚至相反，可用来引导学生突破思维定式，拓展对核心概念的理解与运用。如果学生建构的核心概念存在缺陷，其推理过程就会出现漏洞，同伴和教师可提出疑问，引发思辨，帮助其修正错误概念。教师也可以根据学生的反馈，了解他们的思维发展水平与对核心概念的理解层次。

以“声音的强与弱”一课为例，教师既可以创设类比思维情境：用敲击后的音叉靠近悬挂的乒乓球。该拓展实验的现象可总结为：用力敲击音叉，发出较强的声音，乒乓球弹得较远，运动时间较长；轻轻敲击音叉，则现象相反。联系前面所学的“声音以波的形式传播”“空气能够传递声音”等知识以及本课所学的核心概念，可引导学生对该现象作出解释：人敲击音叉时，将能量传给了音叉，音叉振动产生声能，声音通过空气以波的形式将能量传给了乒乓球。由此，学生可以认识到：声能作为一种能量会发生传递，并让周围的物体运动起来，声音的强弱不同，传递出去的能量多少也不同。也可以创设逆向思维情境：播放“喇叭发声带动米粒跳动”的消音视频，让学生猜测声音的强弱变化。学生运用核心概念逆向思考，作出推论：米粒跳动得越高，喇叭振动的幅度越大，发出的声音越强，并根据生活经验猜想米粒接收的能量越多，跳得越高。教师播放未消音视频揭晓答案后，可进一步追问：“是谁让米粒跳动起来的？”学生会作出不同的解释。有的认为是喇叭，因为是喇叭在振动；有的认为是电，因为喇叭通电后发生振动才带动了米粒的跳动。事实上，这两种解释都没有错，但能反映出不同学生对能量转化这一核心概念的理解层次不同，后者比前者更为深入，对“喇叭振动的能量来自哪里”做了进一步思考。

人类天生就倾向于用非科学思维的方式思考问题。学生只有具备良好的思维品质，才不会依赖直觉进行判断，而是将科学的推理与论证作为判断的依据。

（一）引导反思自审，开展自我查漏

引导学生反思自审，能帮助他们提高自我查漏意识，更加全面、细致地思考问题。在教学中，学生往往会对一些科学事实“视而不见”，这既可能是探究时忽视了相关现象，也可能是分析数据时不够仔细。这样的疏漏会使不同学生获得的结论存在差异，进而影响核心概念的有效建构。从表面上看，这是由学生不够细致所致，而事实上，其背后的深层原因是学生思维能力的不足。为避免此类现象的发生，可以引导学生反思自审。如在论证过程中不断自问：是否忽略了什么？是否对不同观点带有偏见？是否倾听并接纳了他人科学的观点？是否从多角度审视问题？在结论未被证实之前是否始终保持怀疑态度？

在“声音的强与弱”教学中，学生的观察记录除了能体现“声音强，振动幅度大”，还隐含了两种现象，即“声音强，物体振动的时间长”和“不同的物体最后都停下来了”。这些现象在探究过程中反复出现，大部分学生也将它们记录下来了，但在交流研讨环节提起这些现象的学生很少，说明这些现象并未引起学生“关注”。此时，就需要教师引导学生关注现象并猜测其背后的原因。有的学生认为“手传递给物体的能量又被传递出去了”；也有的学生认为“能量消失了”。教师可针对学生的猜想进行追问：如果能量又被传递出去，是被传递到了哪里？如果能量会消失，它又是如何产生的？生活中或实验中还能找到其他支持你的观点的例子吗？生活中有没有相反的例子？有办法验证你的猜想吗？该如何设计实验？当学生在教师的引导下，能自主地提出新问题时，不仅代表着能量转化这一核心概念得到初步建构，也反映出他们能从不同的角度审视研究问题。

（二）培养目标意识，实施自我评价

在探究实践中，学生只有具备了目标意识，才会有意地去关注、厘清当前的学习目标，实现有效的自我评价。如果学生不清楚学习目标，就难以有效判断探究过程是否始终指向目标，也难以自查实验操作中发生的错误。若在探究前就明确目标，即心中清楚为什么要做实验，为什么要这样来做实验，具体需要观察什么，可以从哪些维度来观察，在实验操作中就能有的放矢，自主评判当前的探究行为是否偏离了目标，如果出现了偏差该如何调整，在当前的情况下自己是否有能力达成目标，是否需要其他条件的支持。

例如，在“声音的强与弱”导学单中，有些学生并未将质点的振动情况随着时间的推移适当展开，而是叠加起来呈现。这样的记录方式难以凸显质点的运动规律，不利于结论的提炼。究其原因，是学生对“探究声音强弱与物体振动情况的关系”这一研究问题并不清晰，在观察记录的过程中未将声音强弱的变化情况与振动情况联系起来，削弱了证据的有效性与指向性。

（三）鼓励独立思考，推动思维碰撞

独立思考的实质是一种批判性思维，是让学生提出自己的观点，不依赖他人的见解。这也是思维碰撞发生的前提。对于课堂上的关键问题，教师要有意识地给学生留出独立思考的时间，让他们独立推理论证并提出观点。无论学生的观点与教材结论是否一致，都有其意义和价值，应引导学生尊重不同见解，思考观点背后的逻辑差异，找出存在疑义的地方，进而引发思辨。这才是高质量的交流研讨。需要注意的是，独立思考并不代表要和别人不一样，而是拒绝“拿来主义”。

例如，在“声音的强与弱”一课从分解概念层级进阶至核心概念层级的过程中，可以引导学生关注“没有对钢尺继续用力，但钢尺依然在振动”的现象，该现象能有力地驳斥“对钢尺用力，钢尺才会振动”的观点。学生因缺乏对能量的认识，难以直接说出这一概念。可以让他们先独立思考几分钟，再展开交流。这段独立思考的时间不仅可以让每个学生的思维都有机会发展，更能让不同的观点得以形成，产生更多对能量的描述，进而促成思维碰撞的发生。

核心概念的建构需要高阶思维的参与，是发展学生科学思维的有效路径之一。教师应聚焦核心概念设计学习目标，构思探究活动，推动学生思维进阶发展，并在探究过程中注重学生反思意识、目标意识、独立思考能力的培养，使其有效实施自我评价，促进良好科学思维品质的形成。依据学习目标的不同，还可以从解决实际问题、习得科学方法、认识未知事物等方面，进一步探索促进科学思维发展的其他有效路径。

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