在 G-star 框架下提升小学生数学与科学思维能力的课堂活动设计

一、引言

在科技日新月异的当下，数学与科学思维能力已成为小学生成长路上不可或缺的核心素养。拥有这类能力的孩子，能更敏锐地发现问题、更理性地分析问题、更创造性地解决问题，从而在未来社会中占据主动。

二、G-star 框架的内涵

G-star 框架是以学习者为核心，以问题探索为主线，强调学习共同体与应答器运用的动态教学体系。它打破了“教师讲、学生听”的固有模式，主张通过构建真实可感的问题情境 —— 比如“如何为班级绿植设计浇水计划”，点燃学生的探究欲望。在这个框架中，教师借助应答器及时了解学生的学习情况，角色从知识的“搬运工”转变为学习的“领航员”，通过搭建阶梯式任务、组织协作讨论，引导学生自主发现规律、建构知识。学生则在学习共同体中共同拆解问题、尝试解决方案，在“试错 — 修正 — 再实践”的循环中，逐步形成解决问题的思维模式与实践能力。这种教学形态，真正让学习从被动接受变为主动建构。

三、小学生数学与科学思维能力的特点

3.1 数学思维能力的特点

小学生的数学思维正经历从具体到抽象的转型。低年级学生多依赖具象事物理解概念，比如用积木块认识“加法”，用绳子长短比较“长度”；到了中高年级，虽能进行简单的符号运算，但面对“方程”“函数”等纯抽象概念时，仍需借助画图、举例等方式辅助理解。他们的思维具有明显的“经验性”，比如计算“ 3+2 ”时，会不自觉联想到“3 颗糖加 2 颗糖”的场景。同时，这种思维又极具可塑性，若能通过有趣的活动引导他们发现数学规律 —— 比如用七巧板拼出不同图形感受“面积守恒”，就能有效推动抽象思维的发展。

3.2 科学思维能力的特点

小学生的科学思维带着强烈的“探索本能”。他们对自然界的一切充满好奇：为什么天会下雨？蚂蚁搬家是在“开会”吗？这种好奇心驱使他们通过触摸、观察、摆弄等方式探索世界。但他们的探究往往停留在“是什么”的层面，难以深入思考“为什么”，比如看到冰融化，只会说“冰变小了”，却想不到“温度升高导致状态变化”。此外，他们的科学思维缺乏系统性，做实验时常常凭直觉操作，不会提前设计步骤，也不会严谨记录数据。

四、基于 G-star 框架的提升小学生数学与科学思维能力的课堂活动设计

4.1 数学思维提升活动设计

4.1.1 数学谜题大挑战

活动目标：通过破解多元谜题，锻炼学生的逻辑推理、空间想象与数字运算能力。

活动过程：教师准备三层级谜题包 —— 基础层是“图形找规律”（如△□△□□△□□□接下来是什么），进阶层是“数字迷宫”（在 3×3 方格中填入 1 - 9，使每行每列和为 15），挑战层是“生活情境谜题”（“妈妈买了 3种水果，苹果比香蕉多 2 个，橘子比苹果少 1 个，共 10 个，每种多少个”）。将学生分成 4 人学习共同体，每组从基础层开始挑战，完成一项才能解锁下一层。举办“谜题破解会”，让小组代表讲解思路，比如有学生用“画圆圈”的方法解决水果问题，教师要重点肯定这种“将抽象问题具象化”的思维方式。

4.1.2 数学建模实践

活动目标：引导学生经历“问题→数据→模型→验证”的建模过程，提升用数学解决实际问题的能力。

活动过程：以“学校运动会饮水站设置”为主题，教师先带领学生实地考察操场，明确问题“如何在 200 米跑道旁设置饮水站，让运动员取水最方便”。学习共同体讨论后确定核心要素：跑道长度、运动员分布、取水时间。接着，学生分组行动：一组测量跑道各段人流量，一组统计不同位置往返取水的平均时间，用表格记录数据。然后，他们尝试用“距离 × 人流量”的公式计算“不便指数”，建立初步模型，比如“在不便指数最低的 3 个点设站”。之后，通过模拟运动会场景验证模型，发现“靠近起点的站排队太长”，于是调整为“起点、中点、终点各设 1 个，中点站容量加倍”。教师利用应答器收集各小组建模过程中的问题与亮点，最后，各小组用海报展示建模过程，教师点评时强调“数学模型不是一成不变的，要根据实际情况调整”。

4.2 科学思维提升活动设计

4.2.1 科学实验探究

活动目标：让学生掌握“提出假设→设计实验→收集数据→得出结论”的科学探究流程，培养观察与分析能力。

活动过程：围绕“纸的吸水性与什么有关”这一问题，教师先引导学生提出假设：“可能和纸的厚度有关”“和纸的光滑程度有关”。然后学习共同体设计实验：用 A4 纸（薄、光滑）、宣纸（薄、粗糙）、卡纸（厚、光滑）进行对比，控制“滴水量相同、放置时间相同”的变量。学生在实验中用滴管在每种纸上滴 3 滴水，观察扩散面积，并用尺子测量记录。教师通过应答器了解各小组实验进展，实验后，一组发现“宣纸扩散最快”，却纠结“是因为薄还是因为粗糙”，教师通过应答器提示“可以再用厚的粗糙纸试试”。最终，各小组得出结论，教师追问“这个结论能用于生活吗”，引导学生联想到“擦桌子用粗糙纸巾更吸水”。

4.2.2 科学小发明创作

活动目标：鼓励学生从生活问题出发，通过动手实践将创意转化为作品，培养创新思维与工程思维。

活动过程：教师播放“生活小烦恼”短片 —— 花盆浇水太多烂根、笔袋里笔总是乱晃。学习共同体分组 brainstorm 发明思路，比如“能自动漏水的花盆”“带分隔的笔袋”。确定方案后，小组绘制设计图，标注尺寸（用到数学知识）、材料（海绵、塑料瓶等）、原理（如花盆底部钻小孔，用海绵控制水流速度）。制作过程中，学生可能遇到“小孔太大漏水太快”的问题，教师通过应答器引导“试试用不同粗细的针钻孔”。完成后举办“发明发布会”，有小组展示“可调节分隔笔袋”，通过魔术贴改变间隔大小，教师利用应答器收集各小组反馈，重点表扬他们“既解决了问题，又考虑到不同需求”。

结语

依托 G-star 框架设计课堂活动，为小学生数学与科学思维能力的培养提供了鲜活的实践载体。这些活动让抽象的思维训练变得可知可感，让学生在解决问题的过程中自然形成思维习惯。未来，还需进一步丰富活动形式，比如结合 AR 技术模拟科学实验场景，或融入传统文化元素设计数学谜题，同时深化学习共同体与应答器的应用。

参考文献：

[1] 运用几何直观提升小学生数学思维的教学策略研究 . 樊春艳 . 成功 ,2025(08)

[2] 探析训练小学生数学思维的方法. 胡永亮. 教师博览,2022(18)

[3] 基于核心素养的小学生数学思维方式 . 叶燕华 . 试题与研究 ,2020(14)