李建锋 | 基于思维进阶的小学科学教学反思与初小衔接 路径初探——以“声音的强与弱”为例

一、引言

二、思维进阶设计的学理依据

三、“声音的强与弱”的教学设计及分析

（一）“声音的强与弱”的教学设计

本研究选取的“声音的强与弱”教学设计，是笔者通过对自身所在区域四年级科学教学的课堂观察与文本梳理整理形成的，是当前该课时较为常见的教学设计，具有一定的代表性和研究价值。该设计以“情境激发—概念建构—实验探究一结论深化”为教学主线，通过多种实验活动突破“声音强弱与振动幅度的关系”的重难点，旨在引导学生从直观感知上升到科学认知，建立相关科学概念，具体设计如表1。

（二）“声音”主题的“学业要求”对比与思维进阶分析

“声音”主题是义务教育科学课程的主要内容之一，其学业要求随学段提升呈现出从具象认知到抽象概括、从低阶思维到高阶思维的发展特征。对比《2022版课标》中3～4年级与7～9年级的学业要求，可以明确各阶段的衔接逻辑与思维进阶方向（表2）。

（三）“声音的强与弱”的教学设计分析

本节课通过“扬声器放绿豆”“音叉碰乒乓球”等实验，将抽象的“振幅”概念转化为多种可见的实验现象，符合小学阶段学生的具体运算思维特征，有效验证了“振动幅度影响声音强弱”的规律，完成了知识层面的教学目标。但从思维进阶培养与小初衔接的视角来看，该设计存在如下几个问题。

1.实验模式固化，问题思维缺失

真实的科学探究始于真正的困惑性问题，而该设计中，核心问题“声音强弱与什么有关”和解决方法“观察振动幅度”均由教师直接给出，学生并未经历发现问题和提出猜想的思维过程。学生仅知道声音由物体振动产生，却不清楚声音强弱与物体振动幅度有关，因此只能被动跟随教师的设计完成观察操作，思维仅停留在描述现象的低阶层面，难以形成科学探究的问题意识。

2.方案设计断层，分析思维缺位

从形成假设到实验验证的科学探究过程中，缺少了设计方案的思维培养环节。学生只是按照教师给定的实验步骤进行操作，却不明白实验中选择绿豆、乒乓球的原因（转换思想），也没有经历思考如何观察不易直接感知的振动的过程。而实验器材的选择、实验方案的设计，正是学生从观察现象向分析问题进阶的思维载体，这一环节的缺失直接导致学生分析思维培养的缺位。

3.本质概念忽视，概括思维弱化

声音强弱的本质是物体振动的能量传递，振幅的大小与物体振动所具有的能量有关，这也是从能量视角阐释声学原理的基础。小学阶段虽然不需要直接引入“能量”的概念，但可以通过感性体验为学生铺垫这一概念。该设计仅聚焦于振幅与声音强弱的现象关联，并没有涉及“能量”的本质概念，使得学生抽象概括思维被弱化。

四、基于思维进阶的“声音的强与弱”教学反思

培养学生的科学思维是科学教育的核心目标。科学思维的发展并非一蹴而就，而是一个循序渐进的思维进阶过程。为此，我们依据皮亚杰的认知发展理论、维果茨基的最近发展区理论和布鲁姆教育目标分类学的认知层级划分，对“声音的强与弱”这节课构建了一种教学路径，旨在引导学生完成从直观感知到抽象概括、从分析综合到归纳演绎的思维进阶，从而实现核心素养的全面提升。

（一）创设情境，唤醒观察描述思维

本环节从学生的生活经验出发，设计了两个简单的体验活动，让学生在生活情境中观察描述，并自主提出问题。具体设计如下：首先让学生先轻轻拍手再用力拍手，感受声音的强弱与拍手用力程度的差异；接着让学生先小声说话再大声说话，并用手触摸喉咙，感觉声带振动的不同；最后让学生思考声音的强弱可能与什么因素有关。

设计意图：建构主义学习理论认为学习是在学生原有生活经验基础上的主动建构，而维果茨基的最近发展区理论则要求教学要从学生的已有经验出发。学生通过上述两个体验活动将“用力大小”“身体感受”“振动程度”与“声音强弱”建立联系，唤起观察描述的思维，并主动提出“声音强弱可能与振动强弱有关”，这为后续的思维进阶做好准备，同时也为“能量”观念的渗透埋下伏笔。

（二）具身体验，发展分析综合思维

学生通过轻拨、重拨钢尺的操作对比，感受声音强弱的变化，同时有目的地观察钢尺振动幅度的变化。学生在操作中发现：用力拨动钢尺时，声音变强，钢尺上下振动的距离（幅度）变大；轻轻拨动钢尺时，声音变弱，振动幅度变小。教师在此基础上进行思维引导，并将学生的体验与“能量”观念进行关联：用力拨动钢尺时，我们给了钢尺更多的力量，钢尺获得了更多的能量，所以振动得更剧烈，发出的声音也更强。

设计意图：布鲁姆教育目标分类学的“应用”与“分析”层级要求学生能将已有经验应用于新的情境，并分析现象背后的因果关系。通过上述引导，学生不仅建立起“施力大小—振动幅度—声音强弱”的因果关系，完成了从观察描述到分析综合的思维进阶，更在感性层面感知了能量与振动幅度的关系，为初中物理从能量视角阐释声学原理奠定了概念基础。

（三）设计方案，培养归纳概括思维

生活中物体发声时的振动往往是肉眼不易观察到的。当它们发出强弱不同的声音时，物体振动的幅度是否也不同？为了深化学生对“声音强弱与振动幅度关系”的理解，教师应当引导学生丰富观察对象，将初步形成的认知在更为丰富的发声情境中得到验证。为此，教师可以追问学生：其他物体发出强弱不同的声音时是否也遵循这个规律？接着，引导学生利用其他熟悉的物品，如皮鼓、音叉等，探究发声时的振动状态。由于这些物体的振动不易直接观察，教师还要启发学生设计间接观察的方法，例如在鼓面上撒上轻质纸屑，通过纸屑跳动的高度反映鼓面振动的幅度，或将正在发声的音叉轻触悬挂的乒乓球，根据乒乓球摆动的幅度判断音叉的振动强度，再由此归纳得到声音的强弱与物体的振幅有关的普遍结论。

设计意图：《2022版课标》要求3～4年级的学生能在教师指导下设计实验。在上述活动中，学生通过对比分析，完成了从个别现象到一般规律的归纳推理思维进阶，同时初步掌握了转换法，实现了科学探究方法的小初衔接。

（四）交流研讨，提升推理论证思维

在实验探究过程中，教师要引导学生积极交流，推动学生运用多种表征方式将内隐的思维外显化，实现科学概念的深度建构。例如，让学生通过手势模拟钢尺振动的情况，绘制图形描绘振动由强至弱的轨迹，并尝试运用科学语言对实验现象和规律进行解释性描述。学生将思维外显化的过程，集中体现了他们的分析与综合思维能力。在此过程中，学生还需要将零散的实验现象以及实验证据进行整合，才能梳理成逻辑严谨的科学解释。例如，学生会质疑为什么音叉轻触乒乓球时，要避免用力碰撞？结合实验经验学生能做出科学解释——用力碰撞会导致乒乓球摆动，从而影响实验证据的准确性。

设计意图：通过多种交流方式将实验证据和实验结论建立关联是推理论证思维培养的重要途径。在此环节中，学生在表达、倾听和互评中，不仅深化了对振幅与声音强弱关系的理解，更在实证证据与科学解释之间建立起有效关联，提升了基于证据进行推理论证的科学思维能力，实现了从归纳规律到证据论证的思维进阶。

需要说明的是，目前小学科学师资的实际情况，老师们恐还难以自主灵活设计思维型教学路径。上述各教学环节与对应思维培养目标的匹配设计，旨在给一线教学构建一种促进小学科学思维进阶与小初衔接的教学实践路径，这并不意味着路径与思维能力的培养局限于一一对应的关系。因为从思维发展的规律来看，各思维层级之间存在着交叉融合、相互促进的关系。例如，在具身体验环节，学生在建立“施力大小—振动幅度—声音强弱”因果关系的过程中，培养了分析综合思维，同时也可以通过多次实验操作和对比分析，实现归纳思维的同步发展。再如，在设计方案环节，学生为了验证规律的普适性设计多组实验、选择转换法观测不易感知的振动时，首先需要对实验对象、变量控制、观测方法进行分析，这一过程本身就是分析综合思维的深度运用，这与归纳概括思维的培养形成了相互呼应的关系。

五、小学科学与初中物理有效衔接的路径探讨

教学目标是思维进阶的方向指引，科学探究是思维进阶的实践载体，核心概念是思维进阶的内容依托，三者相互关联、层层递进，共同推动学生从低阶思维向高阶思维有序发展。基于此，结合“声音的强与弱”的教学反思，我们尝试提出从教学目标、科学探究、核心概念三个方面促进小学科学与初中物理有效衔接的教学设计路径。

（一）注重教学目标的有序关联，实现认知结构的螺旋发展

教学目标决定了思维发展的方向，小初科学教学目标的有序关联是实现思维进阶的必由之路。小学阶段的教学目标，应为初中阶段的认知发展与思维培养预留生长空间；初中阶段的教学目标，需在小学教学的基础上，实现学生认知与思维的螺旋式上升。例如，本节课的教学目标不是让学生记住振幅的含义或声音的强弱与振幅有关这一结论，而是让学生通过实际操作感知声音和振幅的关系，从而了解转换法，发展观察描述、分析综合、归纳推理的思维能力，同时通过手势模拟、图形绘制等方式为初中用波形图表征声音强弱预留思维接口。初中物理的教学要在小学的感性体验与思维基础上，实现从现象关联到原理阐释的认知升级。比如，在初中物理“声音的特性”这节课中，正式引入响度、振幅等科学概念，要求学生通过波形图来表征振幅，并结合能量观点阐述响度的实质，实现思维从归纳概括到推理论证、应用迁移的进阶。

（二）强化科学探究的思维进阶，架设科学方法的衔接桥梁

有效的学段衔接，关键在于科学探究方法与思维过程的连贯性。小学科学探究侧重体验式探究，培养学生的探究兴趣和基础方法；初中科学探究侧重设计式探究，培养学生的探究能力和高阶思维，二者围绕“提出问题一形成假设—设计方案—实验探究一得出结论—交流评价”的科学探究流程，形成从教师引导到学生自主的进阶，其中科学方法则是小初衔接的有效桥梁。

小学科学探究要改变“重现象、轻思维，重操作、轻设计”的做法，从教师给出的验证性探究转向教师引导的设计性探究，让学生亲历完整探究的过程，掌握观察法、转换法、对比实验法等科学方法，同时注重培养学生的证据意识。例如，让学生积极参与设计间接观察物体振幅的实验方案，从而掌握转换法以及学会通过实验现象来获取证据。初中物理探究要在小学探究方法和思维的基础上，引导学生进行探究方案的自主设计和优化，培养学生的质疑创新思维。在探究响度与振幅的关系时，继续引导学生在小学转换法基础上自行设计实验方案并不断优化。如学生用钢尺发出强弱不同的声音时，操作不当会导致钢尺撞击桌面发声，无法得出正确的结论；再如用纸屑显示鼓面的振动时，空气的流动会对实验结果造成干扰，而从下往上敲击单面鼓的方案更符合科学本质。通过科学探究的思维进阶，小学可为初中的科学探究架设科学方法的衔接桥梁。

（三）聚焦核心概念的深度建构，铺设学科观念的发展路径

核心概念是思维进阶的内容载体，围绕学科核心概念进行持续性的深层建构，是实现小初科学深度衔接的根本。小学阶段要对核心概念进行感性经验建构，初中阶段则要进行科学概念建构，两个阶段围绕核心概念逐步渗透学科观念，实现从经验概念到科学概念、从现象认知到本质理解的思维进阶。

“声音的产生与传播”的概念贯穿小学科学与初中物理的学习。通常小学科学课为学生建立了“声音由物体振动产生”“声音强弱与振动幅度有关”等科学概念的感性认知。然而，有效的小初衔接应当超越事实性知识的记忆，引导学生初步形成“现象与本质”“宏观与微观”等学科观念。例如在观察多个物体发出强弱不同的声音时，引导学生思考“尽管发声物体不同，但其声音强弱的变化均与振动幅度相关”，这正是渗透“现象与本质”的科学观念。初中物理教学要依托学生在小学阶段获取的感性经验，对“声音的产生与传播”进行科学概念建构，将经验认知上升到科学理论，深化学生学科观念。例如，初中物理从“分子振动”的微观角度来解释声音传播，让学生了解声音传播是能量在介质中的传递，建立“物体振幅—声音强弱—物质能量”的物理模型，进而帮助学生完成从宏观现象到微观本质的思维进阶。

值得注意的是，小初的核心概念衔接并非知识的前置学习，而是通过小学的感性经验和初步的抽象概括，为初中更为复杂、抽象的科学概念与学科观念提供经验和思维铺垫，让学生的思维在核心概念的建构中逐步进阶。

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