一、思维型命题设计的学理依据

二、思维型命题实践路径

(一) 问题发现型命题设计

(二) 证据导向型命题设计

(三) 概念应用型命题设计

(四) 创新拓展型命题设计

三、小学科学思维型命题设计逻辑

(一) 真情境创设是基础

(二) 探究式任务是载体

(三) 开放式设计是路径

随着《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》的出台，新课程改革逐渐走向深入。由于科学课程标准指向的核心素养的内容要求较为抽象，特别是对“科学思维”的培养，在一线教师的实际教学中常常难以把握和落实，尤其是如何评价学生思维水平的层次和发展状况，存在较大难度。因而，导致了“教师不会教，学生不会学，评价难落地”的困境。笔者所在的深圳市宝安区坚持以质量监测的方式调研和评估每年度区域各校小学科学教育的教学成效。质量监测卷中所采用的基于SOLO分类理论的小学科学思维型命题，将新课标中关于科学思维的要求具象化到题目设计中，在组织实际监测并利用信息平台进行数据分析后，可以看到不同学校、不同教师在思维型教学理念视角下的教学达成效果，通过命题评价方式反向倒逼和影响教师的教学方式，引导学校的科学教学向思维型教学过渡，关注学生学科核心素养的培养、习得和发展。

通过研究网络和图书市场上能够找到的一些小学科学试题集或练习卷，以及个别学校自行命制的习题，可以发现一些共性的突出问题。例如，考查内容通常都是碎片化的知识点识记，缺乏系统性；考题与实际生活应用脱节，难以培养学生对某一类科学大概念的整体性认知；缺乏对学生实践和探究能力的考察设计，不能恰当反映学生科学探究意识和解决问题的能力层次；考查形式大多只能聚焦于确定的某个结果和答案，很难给予学生综合分析和解决问题的发挥空间，缺乏对学生模型建构、推理论证、创新思维等能力水平的评价，教师也就无法全面了解学生的学科素养和思维能力的发展状况。这些突出问题会极大阻碍思维型教学在学校顺利推进，导致小学科学命题水平长期处于缺乏思维属性的低水平层次，以评价推动小学科学教学向思维型教学发展的愿景难以实现。因此，小学科学质量监测命题方式和评价方法亟需进一步改进和优化，真正贴近学生学科核心素养发展需求。

SOLO（structure of the observed learning outcome）分类理论即“可观察的学习成果结构”评价法，是由比格斯（Biggs）教授首倡的一种以等级描述为基本特征的质性评价方法，在国际上有非常广泛的应用。SOLO分类把学生思维由低到高分为五个不同的层次，即前结构、单一结构、多元结构、关联结构、抽象拓展结构等。利用SOLO分类理论编制的试题，可以显示学生对某个具体问题的认知水平，有利于任课教师检测课堂教学效果，帮助教师诊断学生的学习情况，及时改进教学方式。同时，可以使学生清楚地认识到自己的不足，从而采用深层次的探究式学习策略。

SOLO分类理论既是一个点、线、面到立体的系统评价方式，也是一个由简单到复杂的认知过程。因此，SOLO分类理论能够为学生的学习“应达到什么目标”“目前处于哪种水平”以及“该如何发展”提供评价理论支撑，基于该理论进行命题设计，是小学科学思维型命题的适切路径。基于SOLO分类理论编制思维型小学科学质量监测试题，应该注重培养学生的探究意识和思维能力，促进实践操作和理论知识的结合，鼓励学生自主思考和提升解决问题的能力，以培养学生的探索精神和创造力。因此，从评价导向教学的视角看，如能恰当运用好SOLO分类理论，对小学科学质量监测命题进行思维属性的设计，引导学生开展深度思考，对于学生科学学科核心素养的形成，特别是科学思维的养成，具有积极的促进作用。

按思维型课堂教学理论的定义，主要的教学要素包括认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移4个方面，同时，需要重视创设情境、提出问题、自主探究、合作交流、总结反思、应用迁移6个基本要素。针对思维型课堂的以上要求，在具体的小学科学质量检测命题中，可以按照SOLO分类理论开展小学科学思维型命题设计（见图1），通过问题发现型题目、证据导向型题目、概念应用型题目、创新拓展型题目4种典型命题指向，检验教师和学生在6个思维型教学基本要素上的教学达成度和学习达成度。路径图中的“认知层次”是学生思维达成度的外显指标，从低到高依次为知道、应用、综合。三个不同水平的认知层次分别对应SOLO水平的5个结构，个别指标会存在交叉情况。不同认知层次水平需要以具体的不同类型题目为载体，同时不同命题指向的题目设计也能检验出学生在某一个认知层次已经达到的水平，也直接关联思维型课堂基本要素中的某些关键环节。“命题指向”和“思维型课堂基本要素”之间除了直接关联的一一对应关系，也在整体上存在强关联。例如，“创设情境”既是课堂教学应该遵循的基本准则，同时也是命题考虑中每一个题目都需要具备的基础条件。“自主探究”虽然直接关联的是证据导向型题目，但也一定程度上影响着其他类型的题目。

（一）问题发现型命题设计

小学科学教学强调思维启发和兴趣培养。思维启发外显于学生对有价值、有意义问题的关注，兴趣培养落脚于对问题的深度挖掘思考和持续探索热情。课堂教学更多的意义并不在于核心概念生成的那一刻，而在于提出问题、发散思维、拓展探索过程中的思维体验。通过这样的思维体验，培养学生的好奇心、想象力和探求欲。

在这个五年级案例中，学生需要通过多次测量单摆一分钟内的摆动次数，发现单摆摆动等时性规律（见表1、图2）。

2. 单摆案例：学生思维活动分析

从伽利略研究单摆问题开始，单摆的规律已经被众多科学家用各种实验方法验证过，其中不乏因为研究单摆而获得其他重大发现的科学家。例如，法国科学家傅科在研究单摆规律的过程中发明了傅科摆，帮助人们第一次用可见的方式，感知地球自转的事实。“机械摆钟”和“摆的快慢”的探究活动中，学生若能效仿科学家研究问题的思维方式，不局限于对几个显而易见的关键影响因素进行探究，将思维拓展打开，极有可能为接下来的探究内容提供更多更丰富更有意义的生成性问题，进而获得对单摆规律更深刻更本质的理解。

该案例需要学生从影子轨迹形状和表格数据中发现问题，并分析问题背后可能存在的逻辑联系。能体现较高思维水平的可能回答包括：1. 因为影子形状表明小明的摆出现了左右晃动，影响实验结果的准确性；2. 操作时摆出现了晃动，摆动变慢；3. 摆不是来回摆动，实验结果不准确。同时，学生需要根据提示推理出摆快慢与幅度的关系。能体现较高思维水平的可能回答包括：1. 相同时间内/在其他条件相同时/一定条件下摆动快慢/次数与摆动幅度无关；2. 相同时间内摆幅不影响摆动次数/快慢；3. 相同时间里摆动的大小程度不同，摆动快慢一样。通过这样的问题发现和引导，学生可以通过逻辑思维活动完成本题的作答。

（二）证据导向型命题设计

科学论证过程是一种知识建构和思维生发的过程。因此，我们应该尤其注意学生证据意识的培养、科学思维的明晰以及对科学本质的理解。

1. 声音案例：学生思维结构水平界定

在这个四年级案例中，学生需要借助研究钢尺、鼓、橡皮筋、音叉等物品发声时的状态，探究声音是怎样产生的问题，经过归纳总结，得出结论（见表2）。

2. 声音案例：学生思维活动分析

在强调证据导向的探究活动里，需要引导学生关注现象背后的逻辑关系，多思考自己证据的可靠性、他人证据的可参考性、证据与证据之间的关联点、证据与现象之间的矛盾点等。通过基于证据的论证活动，使学生证据意识更突显，科学思维更明晰，最终形成更深一层次的概念理解。

3. 声音案例：质量监测命题案例分析

按课程标准的要求，在小学科学教学中，需要知道声音有高低和强弱之分，声音高低和强弱的变化是由于振动的变化引起的。关于声音的命题案例里，可以将振动频率作为一个背景材料给到学生，需要他们联系背景数据，参考振动频率的概念界定，判断物体振动快慢。这是一个基于证据开展推理论证活动的思维过程，同时通过题目背景给出关键信息，方便学生在不具备概念基础的前提下，依靠常规教学中习得的思维能力就能解决问题。

（三）概念应用型命题设计

学生的科学学习始于前概念，教师的教学就是在学生的新旧概念交替中找寻合适的切入点，策略化顺应学生对概念的认知发展规律，寻求时机进行突破。概念应用型题目的设计，可以很好检验学生的概念建立和认知发展程度。

1. 导体与绝缘体案例：学生思维结构水平界定

在这个四年级案例中，学生需要通过检测多种材料物品的导电性，理解导体和绝缘体的概念（见表3）。

2. 导体与绝缘体案例：学生思维活动分析

导体与绝缘体内容的学习，不是简单的物品检测归类汇总。对典型物品的导电性检测是认知基础，在此基础上，教师设计层层递进的环节，帮助学生完成概念的迭代。例如，第一层的概念达成，可以先让学生对物品分类，然后通过实际检测，修正预测结果，形成单一结构（U）的概念理解。第二层的概念达成，可以让学生对物品材质进行归类，从物品材料的角度，总结导电特性，通过同种材质不同状态的物品（如干湿木块或干湿布条），形成多元结构（M）的概念理解。第三层的概念达成，要通过器材设计、参考资料、生活案例、联系单元大概念等方式，引导学生从电流回路的角度，理解导体与绝缘体的概念，以期达到关联结构（R）和抽象拓展结构（E）的认知层次。

3. 导体与绝缘体案例：质量监测命题案例分析

学生的记录是思维活动的体现，教师可以从他们的记录中发掘很多值得探讨且有意思的内容。通过使用灵敏度不同的普通电路检测器和“验电球”，再现学生从记录到思考分析的过程，甄别出学生思维水平。针对同一种物品，两种不同的检测器却可以检测出完全不同的结果。学生思维水平如果达到了多元结构（M）以上的水平，就不会将物品导电性归于“绝对”的范畴，会参考检测器灵敏度进行综合考量；思维水平更深一层的学生，甚至可以从材料本身的状态和所处的环境对问题进行再分析，举一反三，解释为什么不能用湿抹布或湿手触碰家用开关插座，不能在雷雨天时在大树下躲雨。这些直接与生活场景对接的案例，本身也可以成为考察学生思维抽象拓展结构（E）的命题素材。

（四）创新拓展型命题设计

按课程标准的界定，创新思维作为科学思维里的三大要素之一，主要期望学生通过科学学习养成从不同角度分析、思考问题的习惯，针对一些特定场景的问题，可以创造性地提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。在质量监测的命题思路中，针对创新思维的考察，主要有全开放和半开放两条设计思路。全开放设计主要是给出一个基础限制条件，请学生完成一份创新设计，例如给定几种不同材料，自行用图文结合的方式，用画图纸的方式设计一个能动的小车、设计一个载重量大的小船、设计一个有实用功能的电磁铁装置等等。半开放设计通常给出较多的限制条件，甚至直接给出一个教材探究活动里没有的实验活动，需要学生结合科学学习中习得的有关概念，对题目实验活动的可行性、设计意图、预期结果和数据等进行合理判断。从结果评估可控性的角度来考虑，质量监测中采用更多的是半开放式的考察方式。下面这个案例，就是一种考查学生创新思维的典型半开放式命题方法。

1. 弹簧测力计案例：学生思维结构水平界定

在这个四年级案例中，学生需要通过练习来掌握弹簧测力计的基本工作原理、使用方法和使用注意事项（见表4）。

2. 弹簧测力计案例：学生思维活动分析

科学探究离不开工具的使用。在新课标和新教材中有专门的部分用来介绍各种科学探究工具，在这类课型中工具使用规范的讲授往往成为教师关注的唯一内容。事实上，在这类课型里，如果用项目化教学思路来设计教学，就能蕴含丰富的思维训练元素，可以让学生对概念的理解走向更高层级。例如，在学习使用弹簧测力计的活动中，可以在让学生简单了解弹簧测力计的基本结构和原理后，发放制作弹簧测力计的基础材料，快速切入自己动手做简易弹簧测力计的活动。自制弹簧测力计作品看似简陋，却远比单纯的工具使用训练更能激发学生积极的思维活动。在此过程中，基于项目体验的全面感受，会促使学生主动思考很多关键性问题。例如：一个刻度代表多重？指针调零问题如何解决？精度标准如何提高？最大量程规定是基于什么考虑？通过对这些问题的思考，更多学生的思维层次就能走向关联结构（R）和抽象拓展结构（E）。

3. 弹簧测力计案例：质量监测命题案例分析

用橡皮筋替换弹簧，成为测力计的主体功能部件，考查对弹簧测力计工作原理的迁移性理解。学生会具备一种对测力计更为上位的概念理解：只要具有一定弹性结构功能的物件，都可以用来做测力计。同时，不同弹性结构功能的物件，在弹性形变发生时产生的弹力大小不太一样，具体表现在测力计的刻度板上。橡皮筋测力计的刻度板刻度间距表现出不均匀的特点，通过弹簧测力计和橡皮筋测力计的对比，题目设置半开放式的引导思考，促使学生从理解的层面分析测力计问题，只有真正从实践意义上理解了弹簧测力计的基本原理和功能，了解弹力的物理特点，并配合细致的观察对比，才能做出合理的选择，在辨识学生思维水平和认知层次上有较好的区分度。

（一）真情境创设是基础

一份能体现知识系统性和培养学生对科学概念整体性认知的试题，需要做到让生活走进科学，让科学回归生活。情境中蕴含丰富的思维元素和命题素材，在试题的整体情境中采用来源于学生真实生活的场景，可以让学生对生活情境嵌入科学概念更有代入感、沉浸感，他们尤其喜欢亲身经历过的、与自己密切相关的各种场景。例如，学生的校园生活、社会实践、日常购物、游戏娱乐等等，都可以成为科学概念的嵌入场景。通过搭建情境支架，融入生活逻辑，然后让学生在情境中提炼科学问题，进而构建学科模型，解决实际问题。用大任务对命题进行统整设计，培养学生对某一类科学大概念的整体性认知，解决学科碎片化问题，从学科“割裂”走向学科“统整”，增强学科与生活的联系，用构建课程的思维来构建一份命题，在达到评价学生思维水平的同时，也实现了科学概念在有强关联性的真实情境中内化于学生的思考过程。以现实为背景创设问题情境来考查学生运用科学知识解释和解决问题的能力，使命题具备了向实践性和探究性深度拓展的可能。