例談科學教學中學生科學思維的培養

江蘇南京師范大學附屬小學（210018） 劉 飛

例談科學教學中學生科學思維的培養

江蘇南京師范大學附屬小學（210018） 劉 飛

科學探究既是科學學習的目標，又是科學學習的方式。學生對世界有著天然的好奇心，他們需要通過科學探究來解開自己的困惑，了解世界，但因為長期缺乏科學思維的訓練，他們的研究往往隨心所欲，無法獲得科學的結論。因此，教師要讓學生在科學探究的過程中逐步形成科學的思維方式，讓學生的好奇心以科學的方式得到滿足。

科學探究 科學思維 解決問題

杜威說：“盡管一切思維的結果都歸結為知識，但知識的價值最終還是服從它在思維中的應用。”什么是科學思維？簡單地說，科學思維是大腦借助探究和論證的形式，對各種信息進行科學加工的思維活動。《科學課程標準》指出：“科學學習要以探究為核心。”這其實是希望通過學生的自主研究與探索，使學生的科學思維能力得到發展，并最終提高學生的科學素養。科學實驗探究與科學思維的培養是和諧的統一整體，科學思維引導著探究實驗活動的行進與調整，而親歷完整的探究實驗活動，才能使學生的科學思維能力得到更好的發展。教師可以從實驗探究的不同環節以及實驗探究能力發展的不同階段對此進行有意識的引導，使學生的科學思維能力在科學實驗探究過程中得到不斷的滲透與提高。

“好風憑借力，送我上青天”——架設學生科學思維的發射器

觀察和實驗都是以人的感覺為基礎的，但感覺器官對客觀現實的反映是有一定范圍的，如人的聽覺范圍從20～20000HZ、視覺范圍從波長380～780nm等。小學科學實驗設計必須充分考慮學生的感覺特點，幫助學生從無法感知到能夠感知，再到很好感知乃至充分感知。而觀察儀器和測量工具的應用，就是人類感覺器官的延伸和知覺特性的反映，放大鏡、顯微鏡擴展了視閾，電流表將電流的存在及其強度轉化為指針的偏轉。嘗試將實驗中不能或很難看見的現象直觀地呈現在學生面前，讓學生能夠順利地按照科學思維的過程進行研究，就是科學教師需要研究的地方。

第一節：五年級上冊“導體和絕緣體”

磨課前

怎樣才能讓小燈泡發光呢？在課上，教師引導學生根據已掌握“閉合電路中，電流通過小燈泡時可以使它發光”的知識，想出“將物體接入簡單電路中，通過小燈泡的亮與滅來判斷是導體還是絕緣體”的方法。但因為不同物體的導電性能不同，實施過程中有很大的問題：有些物品明明是導體，但不能使燈泡發光，如鉛筆芯、人體等。此時，如果堅持檢測結果，無疑有悖真理，給學生留下錯誤印象，但如果強行糾正，學生就會對實驗方法產生懷疑。無論哪一種情況，學生都會對前面的思維過程產生懷疑，科學思維的節奏就會被打亂。無奈，我只能拿出驗電球來進行檢測。看上去問題解決了，但其實更麻煩：學生并不清楚驗電球的內部結構，對于復雜的電路板更是不明所以，教師很難解釋清楚為什么用它而不是之前學生研究出的檢測電路來進行實驗。一節課在不明不白中結束。

磨課后

這節課上，我采用讓學生自由選擇組裝檢測器的教學模式，當然有的小組選擇了小燈泡做指示器，也有的小組選擇小馬達和小喇叭。這說明學生的思維進程已經到了“如何利用不同材料設計理論上的檢測器”，接下來就是實踐的過程。當然，這一過程中，學生會發現理論與現實其實有著一定的差距，他們的理論檢測器可能會存在一定的問題（與常識不完全吻合）。

在小學科學教科書中，導體定義為“容易讓電流通過的物體”，絕緣體定義為“不容易讓電流通過的物體”。從中，我們可以清楚地找到“電流”二字。學生通過前面的學習，已經初步形成了“電流是什么”的概念，這時大家無一例外地都想到了“直接”看到電流的通過是最好的判定標準。此刻的思維活動轉化為“設計一種大家看得見電流通過的檢測電路”。那么，最能將電流大小直接呈現在眼前的就是電流表這一工具了。將電流表接入電路中替代小燈泡制成檢測電路，其實是將小燈泡這種間接呈現方式變成直接呈現方式，這也更符合學生的思維習慣。此前，學生的思維都在上升與前進的過程中，成功的結果似乎觸手可及。但是，教師通過經驗與知識的積累知道，并不是所有的電流表接入電路都能有滿意的效果。如果此時沒有在材料上預設，學生的思維過程將戛然而止，他們將再次否定自己，而失敗的原因他們現在并沒有能力進行一一分析。此刻，教師呈現的經過選擇的合適量程的簡單電流表，無疑滿足了學生最急需解決的思維道路上的那道坎簡單連接之后，電流表指針轉動了，電流的大小一目了然，學生的思維順暢了，他們完成了探究過程的最重要步驟“改進方法——實驗成功”。

科學思維的產生并不是一蹴而就的，需要教師為學生的思維起跳搭設合適的架手。學生的年齡特點決定了他們的觀察能力、分析能力等都不能同成人相比，他們的實驗結果越直觀越好。只有想到學生所能想到的，并將他們沒有想到的技術問題一并解決，才有可能讓學生的“科學思維之旅”出發順利，保證不會因為學生的思慮不周和他們還沒有掌握一些知識而中途夭折。

“沉舟側畔千帆過，病樹前頭萬木春”——引爆學生科學思維的點火器

小學生喜愛科學課的一個重要原因就是可以實驗，這使得實驗有了激發學生學習興趣的作用，但很多時候教材設計的實驗考慮到了實驗的科學性，卻沒有考慮到是否符合學生的認知規律，是否符合他們的探究興趣。這樣的實驗只會讓學生覺得學習過程枯燥，科學思維的發展也得不到提升。因此，我們必須優化教學設計，在啟發的基礎上盡量讓學生體驗科學思維的過程，使實驗教學與探究學習融合起來，在讓學生獲得知識、學到技能的同時形成科學精神，讓實驗真正激發學生科學思維的火花。

第二節：三年級下冊“把固體放到水里去”

磨課前

在研究“溶解”這一問題時，根據教材的設置，我以食鹽作為容易溶解的物質代表來解說。由于食鹽溶解在水中后就無法再看見，教材又將高錳酸鉀作為觀察溶解現象的實驗材料，但這個實驗讓我手忙腳亂、心驚膽戰。

高錳酸鉀是一種強氧化物質，高濃度下有刺激性與腐蝕性，通常用來消毒的高錳酸鉀濃度僅為0．01%，而觀察溶解實驗的是高錳酸鉀的固體結晶。雖然盛裝在塑料袋中，但顆粒易黏附在袋子內壁，學生常常會動手去摳，即使我再三強調，也還是會有學生這樣做。因為學生剛剛接觸科學，對于實驗的規范以及危害還沒有形成清晰的認識，當發現手指被高錳酸鉀染黑時，一些學生會放進嘴里吮吸，這真的是太危險了！

磨課后

下課后，我聽到學生說：“食鹽也容易溶解，那我們為什么不用食鹽做實驗，非要用那么危險的鉀？”“食鹽為什么不能染色后再做實驗呢？這樣我們不就能看清楚了嗎？”……學生說得多好！他們開始質疑并改進。我立刻帶領學生展開了“用染色食鹽觀察溶解現象”的討論，大部分學生都認為這是一個好方法。接下來，我們做了這個實驗，可是結果是鹽不能染色，顏料看上去包裹住了鹽粒，可是放進水里后卻自己先漂起來了，起不到任何作用。這是為什么呢？這樣一個非常符合邏輯的預設為什么無法實現呢？問題出在哪里？我和學生一起陷入了思考。學生在課后不斷實驗，發現：使用的染色材料無論是水彩、水粉、油畫或是丙烯顏料，好像自己本身就不能溶解于水，當然不能在水中指示食鹽的溶解。而我也在資料的查找中發現，顏料其實成分復雜，有些還含有油脂和膠，我們用顏料來染色，無異于緣木求魚。

學生的研究熱情沒有低落，反而高漲起來了，因為“給食鹽染色”的問題已經讓他們的探究之心加速。學生的思維進入尋找“既能給食鹽染色，又能在水中和食鹽一起溶解的物質”的環節。大多數人認為給鹽染色是不能實現的，但學生卻沒有停下追尋的腳步。一個學生給我帶來了好消息，他的家長是研究花色苷的，他認為這種物質可能幫到我們的實驗。經過資料查找，我了解到花色苷廣泛存在于葡萄、血橙、藍莓、茄子皮、櫻桃、草莓、桑葚、牽牛花等植物的組織中，最重要的是，它和食鹽可以共存于水中。大家在聽到這個消息的時候都歡呼起來，我們覺得離勝利又近了一步，接下來我和學生展開了給食鹽染色的研究。有的學生用葡萄汁染色，有的學生用紫薯汁染色，但是效果都不太理想。經過研究，我們發現失敗的原因是花色苷的濃度太低以及天然植物中其他雜質太多。

就在研究似乎進入死胡同的時候，一個學生通過資料查找想到了紅酒。這種用葡萄釀造的紫紅色液體的顏色就來自于花色苷，它的花色苷含量比天然時要更高，而且其中的酒精成分可以通過加熱去除。在學生的合作以及家長的技術支持下，我們終于獲得了紫紅色的鹽。學生清楚地看到紫紅色的鹽在水中慢慢地散開，和水混合，直至將整杯水染成紅色的全過程，他們非常激動，作為教師的我更激動。如果沒有意外聽來的一句話，我可能還會一直重復著用高錳酸鉀做這個實驗，用強制性的手段將學生科學思維的火種硬生生地熄滅，讓他們停留在“操作工”的層面上，而不是像現在一樣，他們全身心地投入一個實驗的研究，用自己的力量去實現自己的夢想，完成科學思維的過程。

“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”——保障學生科學思維的推進器

目前的課堂上，學生的實驗方法往往沒有自由度，無論學生想了多少，通常都是由教師選定一兩種。即使給學生一些權利，也僅僅是實驗環節的一小部分，最終學生會跳進教師設的“陷阱”里面。一旦出現意外，教師會及時將“脫軌”的學生拉回來，因為這已經超出了這節課準備的范圍。長此以往，我們發現，學生越來越沒有研究的熱情。誠然，小學科學課堂有著時間與材料的種種限制，但學生的科學思維無法真正完整地進行，這將使他們科學思維的能力逐步衰退。

其實，只要教師肯在課前進行充分的教材鉆研與學生情況摸索，依然可以在有限的條件下讓學生遵循自己的思維過程進行探索性試驗。探索性實驗就是在教師的指導下由學生設計或創新實驗，根據已掌握的理論知識和實驗技能所進行的創造性思維活動。它能進一步深化學生對知識內涵和外延的理解，有效地培養和發展學生的創造性思維及科學素質。

第三節：三年級下冊“使沉在水里的物體浮起來”

磨課前

我以“讓沉在水里的雞蛋浮起來”的問題導入，引出加適量的鹽的方法；再通過捏橡皮泥變成小船，得出增加體積的方法；最后由游泳圈能幫助不會游泳的人浮在水面上想到借助漂浮物的方法。

整節課，器材都是由教師給出，學生并不清楚為什么研究對象在不停變換，而他們能探究的就是怎樣加鹽才更科學，小船怎樣捏才更好。其實，這樣的探究實驗其實沒有多少科學思維的價值，因為真正的科學研究沒有人會幫你選研究對象和實驗方法，這些都需要經過科學思維及探究實驗獲得。

磨課后

為了讓學生親歷完整的科學思維過程，在考慮到這個年齡段學生的知識水平的基礎上，我有了這樣一次大膽的嘗試：只選取唯一的一種研究對象——土豆，一節課的目的只有一個，讓土豆從沉到浮，沒有過多的講解與實驗條框的限制。學生一節課做的就是“想方法——驗證它——改進它——成功”。當然，如果在第三步結束后發現不成功，就又要從第一步重新開始。

其實，在課前，我是有惶恐的：這樣的課會上成什么樣？學生會不會想到合適的方法？他們會不會在實驗中弄傷自己？可是在上課的過程中，我發現自己多慮了，學生平時的科普讀物已經給了他們足夠的啟示。死海的秘密，學生們都知道，加鹽理所當然地成為第一個被找出來的方法，他們還現鹽在達到一定量的基礎上才可以做到。一些學生從小船中得到啟示，想到了將土豆中間掏空做土豆船的方法。雖然實驗中用到了小刀，我也只是提醒了一聲“小心”，學生在操作時小心翼翼、互相提醒，讓同組的同學有一個安靜的環境完成這項工作。結果，學生做的土豆船甚至比我之前預備的還要精致，他們在經歷一次實驗失敗后進行了縝密的思考，做出了優化的選擇，這就是科學思維形成的過程。

最令人驚嘆的當屬研究借助漂浮物方法的學生，最初，根據生活經驗，他們選擇了泡沫板，可是土豆塊不規整，泡沫板也是。學生很快發現隨意放土豆，土豆會立刻從板上翻下去，有的小組想到了小心尋找合適位置的方法，通過幾次嘗試，他們成功了。但是，這個結果他們顯然不滿意，因為太不安全了，需要改進。他們想到了用膠帶固定的方法，可是膠帶沾水黏性大大降低了，普通方法不行。“可以纏繞嘛！”“嗯，成功了。”“可是看起來好像不夠美觀，怎么辦？”“好像吸管也是個不錯的材料，綁起來做‘竹排’？”“還是容易散！”“哈哈，把吸管豎著插過土豆，吸管兩端都封上不濕水的可塑橡皮，中間不就形成氣柱了嗎？”就這樣，土豆船又牢又穩當，成功了！

心理學研究表明，學習者的內部動機是學習的真正動力。學生的學習過程是通過矛盾的不斷沖突激化和解決而發展的，學生認識到解決這個矛盾的必要性，從而激發認知需求，使思維處于興奮狀態。在整個探索性實驗過程中，從提出問題開始到設計實驗、解決問題，學生都始終處于獨立思考、積極探索的學習環境中，心理活動始終處于“發現問題——邏輯思維——動手設計——成功或失敗——經驗總結——期待新研究”這一良性循環過程中。樣的探究實驗，才是真正有價值的，才能真正起到促進學生科學思維發展的作用。

（責編 莫彩鳳）

G623.6

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1007-9068（2015）09-004