結構性思維給科學教學的思考

潘德順

所謂結構，是指系統內部各要素之間的組織形式、結合方式或排列順序，它具有整體性、層次性、有序性和相對穩定性。任何事物都具有特定的結構，并通過結構來表明自己存在的價值和意義——高樓大廈有框架結構和樓層，企業有金字塔結構和管理層，文章有大綱結構和段落層次……當我們在觀察這些結構和層次時，自然也就在腦海里形成了結構和層次的印象。

結構性思維，是指從結構的視角分析事物的一種方法，強調從系統的結構去認識客觀事物，并從中尋找最優結構，以獲取最佳系統效能的思維方法。結構思維作為一種重要的思想范式，在世界觀和方法論的體系中。在我們的思維過程和研究活動中，有其特殊的地位，發揮著重要的作用。計算機的發明就是西方結構性思維的產物，它把整個世界解析成最簡單的0和1。解決復雜問題最重要的是需要結構性思維。結構性思維首先要分析，分析這個問題有哪些矛盾，每一層矛盾是什么，然后對各層次的矛盾進行排序，根據排序建立層級結構，再根據每一層次的結構反向還原成單一的點的知識。把點連接起來，形成一條條的線。由這些縱橫交叉的線擴散開去，形成一個整面。形象地說，復雜問題的解決就是一個個“面”螺旋上升的過程。每一梯級按照“點、線、面”這樣的層次進行分析解決，然后尋找下一個梯級的突破點。所以說，科學的根本的思維方法就是結構性思維方法。

對于小學科學課程而言，課堂教學的設計要充分考慮學生的結構性思維，不能胡亂的堆砌，盲目的安排，應根據兒童思維特點層層遞進，逐層深入。學生的思維才會清晰，對所學的知識才會系統的整理與歸納。但在我們的課堂教學中，許多教師的表面文章做的“匠心獨運”：熱鬧活潑的課堂氣氛、充足完備的實驗材料、亦步亦趨的課堂教學，從訓練學生的結構性思維來反思這些現象：熱鬧的課堂就是好課嗎?完備的材料就是探究嗎?有序的教學就是有效嗎?

反思一：熱鬧的課堂就是好課嗎?

許多教師上科學課追求熱鬧、活潑的氛圍。他們認為：科學課上學生越活潑越好，甚至是認為越亂越好。手段“先進”，形式花哨，“表面繁榮”，“議論聲、爭辯聲、操作聲，聲聲入耳”，看起來熱熱鬧鬧，似乎只有這樣才能充分體現學生的主體性，充分調動學生的探究欲，充分激發學生的創造熱情。熱鬧的課堂真是好課嗎?從培養學生的結構性思維的角度審視、深入探究這些課堂的成因，深入思考這些課堂的生成，我們可以看出在這些熱鬧的背后，隱射的是一些科學教師對科學探究學習方式的誤解或是片面理解，在這些課堂中，學生往往搞不清自己在探究什么、為什么做這些活動、要觀察哪些現象，對觀察到的現象應該怎樣解釋或者說明。在表面熱鬧的背后是學生不能靜下心來思考問題，不能沿著探究的方向逐層深入的探求科學的規律，結構性思維的訓練被熱鬧的動手操作、無序的課堂所代替。

為了贏取熱鬧的效果，多安排實驗與活動，確實是以活動組織了教學，但學生只是在操作，沒有思考的余地，或僅有的一點思考也是片面的，零亂的，沒有系統的形成知識點。對此，江蘇省教育室科學教研員、著名科學教學專家盧新祁老師敏銳地對這樣的課堂成因和機理進行了深刻分析，對這種熱鬧的課堂指出了批判，并提出了“安靜、沉穩、思辨”的理想科學課堂，只有靜心才能深入思考，只能沉穩才能有序進展，只有思辨才能發現科學的真諦。

從學生的結構性思維訓練來審視科學教學，“熱鬧”應該不是表面的繁華，不是聲聲入耳的喧鬧，而應是民主的課堂、開放的課堂，并且以學生的結構性思維訓練為前提，把課堂還給學生，讓課堂充滿生命活力。這種課堂的“活力”，是師生作為參與者具有個性生命價值的重要體現。

開放的課堂要“開放”和“有序”。“開放”是充分肯定和尊重學生“學”的主性地位，學生在課堂上享有相當的主動權，擁有積極思維和參與教學活動的充分余地。“有序”指課堂教學的進程、活動的組織、學生思維的訓練是漸進式的，學生必須在活動中學習，在活動中思維，讓學生在課堂中有充分的思考的時間，充分表達的機會，培養和提高他們的思維能力。

[課例1]

在上《磁鐵有磁性》一課時，有位教師創設了這樣一個情境：

師：請大家仔細觀察，看看有什么奇怪現象發生。(老師邊說邊將一根條形磁鐵平放到一堆回形針上。然后拿了起來，水平呈現在學生眼前)

生1：磁鐵能吸住許多回形針。

生2：有的地方吸得多，有的地方吸得少。

師：你能說得具體點嗎?

生2：磁鐵的兩端吸得多。中間吸得比較少。

師：你的回答不但科學，而且具體。同學們，看到這個現象，你們想到了什么?

生3：磁鐵兩端的吸力較強，中間部分較弱。

師：這種吸引力我們稱它為磁性。

生4：磁鐵越靠兩端磁性越強。越靠中間磁性越弱。

師：如果在這句話的前面再加上“可能”一詞，就更科學了，因為這是我們猜想的，還沒有經過實驗驗證。現在同學們能設計一個實驗來驗證一下這個假設嗎?

在這個演示實驗中，這位教師并沒有為了盡快得到“磁鐵越靠兩端磁性越強，越靠中間磁性越弱”這一科學結論而直奔中心，而是將實驗作為一種生活現象呈現在學生面前，讓學生充分感知，在教師的引導下，學生的思維伴隨著觀察一步步走向深入，逐漸認識到事物現象后面的本質，經歷了“現象——問題——假設——驗證——結論”的科學過程，在這個過程中訓練了學生的結構性思維。

反思二：完備的材料就是探究嗎?

科學課程標準指出：“心理學研究表明，對于兒童來說，態度的形成需要實踐的過程，技能的形成需要反復的模仿練習，而知識的獲取主要通過感性經驗的積累，他們常常依靠動手操作來認識和理解世界，而他們所能認識和理解的也往往局限于他們自己可以動手操作的具體事物。”

所以，準備充足的實驗材料對于科學課來說是至關重要的，但許多教師在上科學課時，實驗材料準備的很充分，但教學效果并不理想。

[課例2]

一位教師執教《我們周圍的空氣》時，有這樣一個教學片段：

師：你們想用什么方法研究空氣呢?

生：用玻璃杯扣住空氣。

生：用塑料袋兜住空氣。

生：在氣球中吹入空氣。

師：好，你們想怎么玩就怎么玩，開始!

學生一聽“開-就不迫不及待地動用做起來，有的用玻璃杯扣空氣，有的用塑料袋兜空氣，有的往塑料袋、氣球里吹氣。采集到空氣后，有的孩子把塑料袋拋來拋去，有的孩子用手猛按塑料袋，教室里“啪”“啪”聲音不斷，此起彼伏，整個課堂歡聲笑語。教學無法延續，教師大聲喊著“安靜、安靜”。但學生依然我行我素。

完備的實驗材料成為學生玩耍和作樂的工具，不僅沒有達到預定的教學效果，更談不上對學生結構性思維的訓

練，所以，對于實驗材料的準備，要有結構性，活動中的學具要有嚴密的結構。“學具的種類和組合以及交給孩子們的次序就是學具的結構，所謂結構嚴密指的是各個學具之間、學具與教學內容和教學目標之間具有緊密的聯系。”孩子們面對有結構的學具，可以產生自主活動的沖動，產生科學問題，不需要教師的“開場白”。而面對無結構或結構松散的學具，孩子們往往陷入迷茫之中，從而產生雜亂無章的問題，因此，往往要老師“撥亂反正”，最終自己被迫提出科學問題來。

不是準備了材料發給學生就是探究，不是學生操作了就是探究，教師把材料交給學生活動，不但自己要明確，還得讓學生知道，為什么要做這些活動，以充分調動學生的內因，發揮他們的積極性、主動性和創造性，讓學生帶著問題去活動，帶著問題去思考，不是單純地玩，而是學習研究。在課例2中。教師要交待清楚學生怎樣去觀察空氣：可以用鼻子聞，用眼睛看，用手摸等多種感官去感知，看誰的觀察最細致，看誰的發現最多，學生帶著思考帶著問題去研究，自然不會亂成一團，自然不會無序，然后再組織交流玩法和發現的問題，并進行研討，材料的思維訓練價值才能得以體現。

反思三：有序的教學就是有效嗎?

有些課堂教學看起來環環相接，一步一步讓人目不暇接，學生卻不能對所探究的問題深入思考，即使回答也是低質量的，浮于表面的，課堂中的活動本身所蘊含的知識能力太淺，沒有太多的思維訓練成分。教師看起來給予了學生充分的自主探究的權利，學生有說的、有做的，一節課下來，許多學生竟然不知道這節課究竟學了什么?其實，活動不過是玩游戲的過程而已，學生在玩完之后，各個方面有沒有得到真正意義上的提高，這樣的課堂雖有序，但無效。

許多教師的教學完全依照自己的設計思路牽著學生的鼻子走，名義上是探究，實質只不過是教師劃定圈內的活動。有些教師的教學環節設計精確到幾分幾秒，整節課就像是走馬觀花，一路高歌，似乎就是為了完成他既定的時間。學生對某一問題剛有所思考的時候，已經進入第二環節，淺嘗輒止。

著名特級教師路培琦在《擺》一課中，讓學生用20分鐘的時間做一個15次／lO秒的擺，這是一個學生自主探究的過程，也是思維由淺入深訓練其結構性思維的過程，能否成功做出一個15次／10秒的擺，絕不是路老師的終極目標，提出這樣一個活動要求目的在于引起學生對自己做擺過程的關注；關注做擺過程中產生的問題；關注做擺過程中問題的解決方法；關注自己在做擺的過程中的思維過程。當把擺做成功的時候不正是對擺的本質了解的時候嗎?在這樣的過程中不正是對學生結構性思維極好的訓練嗎?

對孩子結構性思維的訓練的關注與否應該作為評價一節科學課優劣的標準，如果在課堂上我們都能以“訓練學生的結構性思維”為理念指導我們的科學教學，那么，科學課的活動會產生更大的效益，孩子的科學素養會得以迅速提升。