《情境·问题·支架：小学科学学科实践要素的探讨》方亚琴

作者简介：方亚琴，杭州市钱塘区教师教育学院小学科学教研员、高级教师。

引文格式：方亚琴. 情境·问题·支架: 小学科学学科实践要素的探讨[J]. 中小学科学教育, 2025(3): 35-40.

摘要：围绕小学科学学科实践中的情境、问题、支架三个关键要素的内涵和教学价值进行探讨，提炼体现三要素的小学科学学科实践教学策略，包括：重视情境创设，激发实践兴趣；生成驱动问题，引领真实实践；嵌入学习支架，导向深度实践。并以“迷你吸尘器的科学”课例为对象，进行体现三要素教学策略运用的案例研究，实现学科实践育人。

关键词：学科实践；小学科学；情境教学；问题驱动；学习支架

《义务教育课程方案（2022年版）》明确指出，要以深化教学改革为突破，推进以学科实践为标志的育人方式变革。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课标》）的课程理念之一是“激发学习动机，加强探究实践”。可见，学科实践是小学科学教学的学科属性，它的有效性将会直接影响小学科学学科的育人质量。然而，通过对区域内教师所授的50节常态课进行调研后发现，小学科学教学中仍存在重结果轻过程的“虚假探究”或没有目标导向的“为探究而探究”等问题。为破解这一现实难题，本文聚集于情境、问题、支架三个小学科学的学科实践要素，深入探索与之适配的教学策略，并以“迷你吸尘器的科学”教学为对象开展案例研究。

一、小学科学的学科实践要素

（一）小学科学学科实践的内涵要义

学科实践这一概念自1997年在高等教育领域中的理工类学科教学过程中被提出，逐步进入基础教育的研究视野。理论上看，学科实践的本质是一种知行合一的学习方式。它注重“做中学”“用中学”“创中学”，有助于发展学生认识真实世界、解决真实问题的能力。

从学科与实践的关系来说，学科是专业实践的结果，学科在实践中得以发展并致力于人类实践的改善。从强调学科性出发，学科实践是指具有学科意蕴的典型实践，即学科专业共同体怀着共享的愿景与价值观，运用该学科的概念、思想与工具，整合心理过程与操控技能，解决真实情境中的问题的一套典型做法。其主要思想是主张学生像学科专家一样去探究和实践。从强调实践性出发，学科实践是一种理解、探究与创造的综合性实践学习；是以知识学习为基础，以复杂学习情境和高阶思维参与为基本特征，指向学科问题解决的多维实践学习活动，由此实现知识理解、知识运用与知识转化的一种学科学习方式。它注重个体“感受性—思维力—适应性”的学习过程。因此，与学科学习和实践、探究学习相比，学科实践具有学科性、专门性、专业性。它是学科教育、学科教学与学科学习实践的统一，是实践的普遍性与学科实践的特殊性的统一。因此，在学科实践中，需要彰显其实践特征和学科特征。

依据《课标》，小学科学的学科实践主要有科学探究和技术与工程实践两类。探究实践是科学课程需培养的核心素养之一，也是学生形成科学与技术领域其他素养的主要途径，贯穿学习科学知识、解决科学问题、开展工程与技术应用的各个环节，同时也是一种关键能 力，对于实现立德树人的根本任务具有重要的价值。

（二）小学科学学科实践的三个关键要素

学科实践强调真实情境下的问题解决，而问题解决需要在教师的指导下或引导下进行，因此，在教学中教师需要根据学生当前的学习水平，提供适切的学习资源、工具或策略，即各种支架，用于支持和促进学生学习。由此可见，情境、问题、支架是学科实践中三个不可或缺的要素。

科学探究的一般路径包含提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价八大要素。这一路径体现了从发现问题到解决问题的完整过程，而情境和问题正是这一过程的起点和基础。技术与工程实践的一般过程为创设情境、明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等要素。这一路径强调从抽象概念到具体实践的转化和应用。两种学科实践类型的实施过程都包含了情境、问题和隐形的学习支架。

在《课标》正文中进行关键词搜索后发现，“情境”一词出现频率106次，“问题”一词出现频率320次，其中“提出问题”这一表述就出现了14次。《课标》中“创设真实的情境”等类似策略普遍出现在每个学科核心概念的教学策略中。“支架”一词在《课标》中虽少有提及，但是《课标》指出，探究实践要利用学校、家庭、社区的各种资源，用概念图、统计图表等记录整理信息，这里的“各种资源”“概念图”“统计图表”等就属于支架的一种。

情境、问题和支架三个要素在小学科学学科实践中相互促进、相互依存。学科实践的核心是问题，通过问题驱动着学生进行科学探究实践，点燃学生的思维火花。学科实践的问题脱离不了具体的情境，情境为问题的提出提供了背景和条件。而支架则在这一过程中起着关键的支撑作用，它帮助学生逐步建构知识体系和提高实践能力，促进学生深度学习，运用知识与方法解决复杂问题，进而发展学生的探究力、实践力和创新力。

（三）情境、问题、支架在科学教学中的价值

小学科学探究实践教学中，情境指的是为了让学生更深入理解和灵活应用科学知识而创设的与学生日常生活或自然现象紧密相关、具有实际意义的场景或环境。情境类型主要包括生活情境、问题情境、游戏情境等。这些情境能够让学生感受到科学的真实性，激发学生的学习兴趣和探究欲望。真实的情境是有效实践的基础，只有真实的情境才会引发求知的动机和态度。

问题是探究实践的起点。科学家通过提出和解答问题来推动科学进步。他们观察现象、提出问题、设计实验、收集数据，并基于这些数据提出新的理论和假设，这个过程本质上是一个实践过程，而问题则是这个过程的起点。在技术和工程实践领域，问题也是推动创新和发展的关键因素。科学性问题关注对自然界和现象的理解和解释，旨在发现自然规律、探索未知领域或解决科学界面临的问题，如“种子的萌发与哪些因素有关？”工程问题涉及设计、实施和管理实际系统、产品或项目所遇到的挑战，如“如何帮助学校运动队同学设计一款具有个人特色、厚度不超过3 cm的保温盒，要求在40℃水中20 min内冰块融化水量在2 mL内？”在教学中，一个既关联目标又具有真实性、挑战性、开放性、统领性的问题是驱动学生有效实践的引擎。

学习支架亦称脚手架。脚手架概念由伍德（Wood）、布鲁纳（Bruner）和罗斯（Ross）提出，用以描述儿童在更有知识、能帮助他们解决问题的人的支持下，如何完成他们不能独立完成的更复杂的任务。具体地说，脚手架指的是为学习者量身定制的，为促使学生达到其当前学习目标所提供的帮助。脚手架是情境化教学法的要素，它将新技能的学习置于更复杂的任务中。在意义建构、表达和反思、管理探究和问题解决过程三个方面，脚手架能转变学习任务，从而使学习更有效。精准有效的学习支架是科学学科实践的护航舰，教师应基于学生的不同需要提供多元的学习支架，以促进学生的有效实践。

二、小学科学学科实践教学策略

综上所述，情境、问题、支架构成了小学科学学科实践的有效三要素。三要素相互联系，相辅相成，构成一个有结构的整体（见图1）。在开展探究实践教学中，创设真实情境，可以激发学生的实践兴趣。真实情境与科学问题有必然的、合情合理的联系，学习支架的设计需依托特定情境，精准对接学生需求，同时以情境和问题为基础，且三要素都需要关联素养目标，才能深入开展真实实践，发展学生的核心素养。

（一）重视情境创设，激发实践兴趣

学习是学生基于特定的情境对知识主动建构的过程。因此需从学生角度，联系学生已有认知、生活经验、社会实践等，围绕学科核心概念和学习目标创设真实情境。具体可分为三类情境。

1. 唤醒生活经验的情境

情境创设是科学实践的起点。通过与学生生活经验紧密相关的情境创设，可以唤醒学生已有的知识储备，激发他们的探究兴趣。在“电路出故障了”的教学中，教师创设了一个生活情境：家中自制的简易台灯模型坏了，向学生求助寻找台灯电路故障并修复。然后教师提供设置了不同故障的简易台灯模型和电路检测器，供学生通过小组合作检测电路故障。学生仿佛置身于真实的日常生活，易唤醒其生活经验，激发探究欲望。

2. 制造认知冲突的情境

认知冲突是促进学生积极思维和主动学习的引发器，也是促进学生认知发展和认知结构转变的有效手段。教师通过提供真实或模拟的实践环境，有意识地在教学中制造一些矛盾，当学生的既有认知与新的情境经验产生冲突时，就会激发学习的心理需求。

3. 基于实证实验的情境

实证实验是科学探究的重要手段。通过设计基于观察、调查或实验的情境，可以让学生亲身体验科学探究的过程，更深入地掌握科学知识在实际生活中的应用，领悟科学的实用价值。在“食物在口腔里的消化”一课的教学中，结合四年级学生参与的窝沟封闭活动，创建了一个调查学生龋齿情况的实践情境。通过引导学生使用柱状图统计各班龋齿率，并讨论他们的发现和感受，激发学生思考牙齿变黑的原因以及如何保护牙齿等问题，从而自然地引入了牙齿结构、功能及保护的学习主题。

（二）生成驱动问题，引领真实实践

问题是思维的触发器。应当基于真实情境和《课标》，引导学生细致观察、深入思考科学现象，通过设计、生成与学科知识相关的挑战型、疑惑型或需求型驱动问题，引发学生以问题为导向，主动进行真实的实验、调查、观察等探究和实践。

1. 将学科问题转化为生活问题

在教学中，将抽象的科学核心知识与学生的日常生活紧密结合，通过提出与学生生活经验相关的问题，将深奥、枯燥的学科问题转化为有意义的、有趣的、通俗易懂的生活问题，驱动学生运用所学知识解决实际问题，在问题解决中建构新知，使学习更具趣味性、参与性和实践性。在“观察土壤”一课的教学中，教师设计了一个生活情境：从网上购买三种不同土壤，计划种植草莓。接着提出问题：“如何选择最适合种植草莓的土壤？”这样将学科问题转化为寻找适合植物生长的土壤的生活问题，并引导学生探究土壤的成分、特点及其对植物生长的影响。

2. 围绕核心概念设计驱动问题

核心概念是学科中最为重要、基础和关键的概念。《课标》理念之一是围绕核心概念组织教学。所以驱动问题设计应指向核心概念，具有挑战性、实践性和统领性。

在“测量降水量”一课的教学中，教师通过展示不同地区的雨天视频，创建出一个真实的情境。围绕“降水量的测量”“系统与模型”等核心概念提出驱动问题：“如何设计一个能测量3 min降水量的雨量器？”这个问题将雨量器的设计元素如形状、材质、刻度和测量方法综合起来，帮助学生建构雨量器的基本结构模型，掌握正确的使用技巧和方法。这样的活动既开放又具有挑战性，能够激发学生深入实践的热情。

3. 指向学科本质设计问题链

教学中可围绕一条主线，遵循严密的逻辑顺序，设计一组相互关联、层层递进、指向学科本质的问题。学生在逐一解决问题的过程中，逐步将科学核心知识、技能融会贯通，形成系统化的理解。在教学“风的成因”这一课时，实验过程中引导学生围绕以下七个既相互关联又层层递进的问题展开思考：“点燃蜡烛前线香的烟呈现何种运动轨迹？管口的小风扇处于什么状态？点燃蜡烛后，线香的烟又呈现何种运动轨迹？小风扇的状态又是怎样的？这一变化说明了什么？小风扇为什么能持续转动？风是怎样形成的？”促使学生对点燃蜡烛后线香的烟怎么会拐弯，以及风扇如何从静止到转动进行深入思考，通过分析推理的过程，建构核心知识。

（三）嵌入学习支架，导向深度实践

教师可根据学生的学习需求和课程目标，精心设计、开发和整合各种学习资源，形成文本、图片、视频和实验器材等资源支架；教师为支持学生进行观察记录、交流反思以及过程评价等活动，设计导学单、记录单等思维型支架；教师为学生配备能够自主地查找、获取、处理和评价资源的工具，如搜索引擎、交流平台等工具型支架。这些不同类型的支架，能从不同方面支持学生以问题或任务为导向，通过合作学习的方式进行深入的探究实践。

1. 提供结构化材料作为资源支架

结构化材料是指为学生精心设计和准备的包括实验材料、图表、模型等，按照系统化的方式进行组织和呈现。材料具有典型性、丰富性且材料间具有结构联系，有助于引发学生思考和探究实践，促进学生深度学习。在“测量降水量”教学中，学习材料包括直筒和不同形状的玻璃容器，透明和不透明的刻度条。学生在材料支架支持下，选择制作雨量器的材料，并在设计、制作、测试过程中，认识到雨量器应为直筒透明型，刻度透明且从底部开始，从而发展科学思维和解决问题能力。

2. 研发导学单作为思维型支架

导学单是促进学生自主学习和思维实践的重要工具。它能够帮助学生在科学学习过程中有序地记录要点、系统地组织知识框架和深入理解学习内容，引导学生进行系统性思考和知识梳理。在教学“电路出故障了”这一课时，教师提供台灯模型和导学单。导学单展示检测电路图，引导学生观察灯泡亮灭，绘制电流路径，分析推断故障点和原因，思考解决方法。导学单帮助学生养成记录实验现象和结果的习惯，通过图示促进对电路电流特点和方向的可视化呈现，使实验过程和交流有据可依，将抽象概念具体化，深化学科实践。

3. 运用信息技术作为工具型支架

计算机、互联网以及各类应用软件等信息技术工具，为学生提供了丰富的数据资源和分析工具，为学生基于大数据进行实践探索提供了有力的支持。通过这些工具，学生可以获取、整理和分析大量数据，从而深入理解科学现象和解决科学问题。在“导体和绝缘体”一课的教学中，教师使用信息技术工具编辑问卷，收集学生检测不同物体导电性的实验结果。学生用电路检测器测试二十多种物体的导电情况，并通过iPad记录和提交结果。教师通过网络平台收集数据，并引导学生基于大数据进行集体论证和研讨，建构导体和绝缘体的概念。

三、小学科学的学科实践案例

“制作简易吸尘器”是面向五年级学生开发的技术与工程实践课程。其中，“迷你吸尘器的科学”属于其中一节关于认识吸尘器结构、功能、工作原理的知识建构课。学生在小组合作拆解、观察、组装复原吸尘器的实践过程中，认识吸尘器的内部结构及相应功能，同时在对比分析、初步推理中建构对吸尘器工作原理的认知，培养结构与功能相统一的科学观念及持续探索吸尘器的兴趣。在体悟技术改变生活的素养目标指引下，笔者运用小学科学学科实践三要素，创新教学设计，让学生经历清理电脑键盘缝隙中的小纸屑的真实情境，体验运用迷你吸尘器吸除纸屑，动手拆解、观察、组装吸尘器，研讨交流吸尘器的结构、功能及工作特点的学科实践过程。

（一）创设生活情境

课始创设用迷你吸尘器吸除键盘中小纸屑和橡皮屑的活动情境，激发学生探索吸尘器的兴趣，生成驱动问题：“迷你吸尘器是怎样工作的，与它的什么结构有关？”

（二）指向学科本质设计问题串

围绕“结构与功能”“系统与模型”等跨学科概念，聚集吸尘器的结构与功能，将驱动问题拆解为四个子问题：“是什么让马达转起来的？为什么要让小风扇转起来？平时使用的吹风机也产生风，它能不能吸起纸屑呢（提供吹风机体验）？进风口与出风口的风扇有什么不同？”让学生在经历拆解、观察、重组吸尘器的活动中，边观察、边记录、边思考，引导学生层层剖析，促使学生自主发现吸尘器工作的科学原理，建构结构与功能相统一的科学观念，也为后续学生自主设计简易吸尘器奠定基础，让他们知其然，也知其所以然。

（三）运用学习支架引导教学过程

首先，提供结构化材料。提供组装吸尘器的操作视频、迷你吸尘器、螺丝刀和电吹风等结构化材料，让学生人人都有动手实践的机会。基于因材施教的理念，学生可以根据自己的情况，针对实践中遇到的不同问题自主选择是否需要观看视频。对于动手实践能力薄弱的学生，提供操作示范和具身体验的机会，增加成功体验，提升学习信心；对于学习能力强的学生，提供吹风机工具的比较观察活动，鼓励他们探索吸尘器入风口风扇的安装方法，促进学生真实实践。

其次，研发导学单。应设计针对吸尘器结构进行解剖、观察、记录的导学单。导学单呈现了吸尘器结构示意图和拆解操作步骤，要求学生书写各部分结构的功能，引导学生拆解、观察，并组装复原。导学单不仅可以引导学生深入探索吸尘器不同结构的功能，培养他们边观察边记录的习惯，还可以作为学生研讨交流时的汇报工具。