在模擬實驗中不斷培養學生的思維能力

嚴昔波

科學實驗是學生探究活動的重要載體，科學實驗的常見類型有比較實驗、析因實驗、模擬實驗、判決實驗等。在科學探究過程中，在難以直接拿研究對象做實驗時，就需要用模型來做實驗，即模仿實驗對象制作模型，或者模仿實驗的某些條件進行實驗，這樣的實驗叫做模擬實驗。

小學科學課中涉及天文宇宙、地理環境等很多探究活動，都需要通過模擬實驗來幫助學生進行認識。然而在很多情況下，教師在針對模擬實驗的教學時，都注重了如何讓學生做好模擬實驗，卻忽視了模擬實驗中學生內在思維的發展，即沒有從學生角度來思考為什么要做模擬實驗，一次模擬實驗的價值是不是僅僅在于解決科學知識的認知？

《證明地球在自轉》是五年級下冊教科版科學《地球的運動》單元的第三課。本課的教學在前兩課的基礎上，學生通過了解傅科擺和模擬傅科擺實驗，進一步認識到傅科擺是證明地球在自轉的直接證據。

教材的安排是：[活動一]認識擺的特點，在轉盤不轉和平穩地轉動90°、180°、360°后，擺的方向依舊保持不變，得出擺具有保持擺動方向不變的特點；[活動二]介紹傅科擺，告訴學生傅科擺在一段時間后擺擺動的方向和地面上的刻度盤之間會發生偏轉的現象，思考為什么發生了偏轉，得出地球在自轉的結論；[活動三]進一步反思自己對晝夜交替現象的解釋，去掉不合理的因素，保留需進一步探究的因素。

教材的體系是模塊化的，需要教師在教學時根據學生的年齡、身心特點進行重新組合和調整，以利于學生思維的發展。然而，我們在教學中，聽得最多的就是“常態化”的教學，即按照教材按部就班，把學生當成是接受“知識”的容器，教師負責的就是如何向學生解釋這些科學知識，讓學生明白。殊不知，這樣的教學，學生在“探究”的過程中，雖然興趣盎然地參與了各項活動，但自己思考得很少，引起的思維沖突就更少！對科學質疑精神、探究精神的培養是極為不利的。

《義務教育科學課程標準》指出：科學課以培養小學生科學素養為宗旨，積極倡導讓學生親身經歷以探究為主的學習活動，培養他們的好奇心和探究欲，發展他們對科學本質的理解，使他們學會探究解決問題的策略，為他們終身的學習和生活打好基礎。因此，我們在面對學生進行教學時，應注重對教材進行文本解讀，找出適合學生探究的出發點，設計學生思維激發的疑惑點，提升學生的思維品質，從而促進學生的思維發展。

根據學生的思維發展要求，我對《證明地球在自轉》的一課設計中學生的思維發展思路是：肯定→否定→再否定→再肯定。具體地說：

1.肯定：肯定傅科擺的方向發生了偏轉

首先，教師讓學生回憶以前學過的擺的特點。學生明確擺在擺動時，在沒有受到外來因素（如風的影響，按一條直線擺動）時，擺的方向不會發生偏轉。

然后，教師簡介傅科及傅科擺的實驗，讓學生觀看傅科擺的錄像。學生從錄像中發現了傅科擺隨著時間的推移，擺的方向與地面上的刻度盤之間發生了方向上的偏轉。此時，學生心中激起了一個大大的疑問：為什么傅科擺會發生偏轉？這個疑問是學生探究的起點，老師在這里要做足文章，讓學生充分猜測：是不是擺的方向真會發生偏轉？

2.否定：擺的方向不會發生偏轉

由于學生看到傅科擺的錄像，對原先擺具有保持擺動方向不變的認識產生了懷疑。針對學生的懷疑，教師必須讓學生通過自己的實驗來驗證自己的懷疑，即對思維上的沖突進行解釋和求證。

教師先讓學生做一個簡單的擺（擺線長一點，擺錘重一點，擺線的上端用夾子夾住固定，盡可能減少外界因素對擺擺動的干擾），試著按不同的方向各擺兩分鐘，觀察擺的方向是否發生偏轉。學生在實驗中，發現擺的方向不發生偏轉。

學生的思維具有單一發展的特點，他們很少同時關注兩個以上的現象。即在傅科擺的錄像中，學生關注的焦點是擺在方向上的偏轉，很少有學生關注到擺的方向是相對于地面上的刻度盤的方向發生的偏轉。因此，教師在學生思維的沖突中，不能讓學生陷入兩難的境地，即對兩種現象都無法解釋。教師應向學生提供進一步研究的方向，讓學生在“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”的豁然開朗中達到認知和思維上的提升。

教師在學生矛盾和困惑時，引導學生猜一猜：如果按一個方向慢慢而平穩地轉動底盤，擺的方向是否會發生偏轉呢？大部分學生依據經驗會認為擺的方向會隨著轉動的方向而偏轉！此時，教師提供轉動的底盤，讓學生試著按一個方向緩慢而平穩地90°、180°、360°轉動底盤，觀察擺的方向。學生通過實驗后發現，無論朝哪個方向，無論轉動多少角度，擺依舊保持擺動的方向而不發生偏轉！從而進一步鞏固擺具有保持擺動方向不變的特點。

3.再否定：傅科擺不是擺的方向發生了偏轉

第一次觀看傅科擺的錄像，學生建立了擺的方向會發生偏轉的印象，這是一個錯誤的印象。緊接著，學生通過自己的再一次實驗驗證了原先正確的認知：擺的方向不會發生偏轉。學生會因自己的驗證而否定傅科擺的實驗。

思維的沖突在于如何解決學生自己的擺不會偏轉和傅科的擺會偏轉。此時，教師需要將學生進一步置入模擬情境中去發現問題。教師可以用一個圓桌的轉盤和一個照相機的三腳架做成一個大的擺，在圓桌轉盤面上貼一條雙面膠表示擺運動的軌跡，讓學生來擺一擺這個擺。教師先讓學生站在軌跡的一端，擺動擺后，慢慢轉動圓盤，學生和圓盤一起按逆時針方向轉動，轉動90°后，問下面的學生：擺的方向發生偏轉了嗎？（沒有，因為擺擺動的方向相對于下面的學生位置沒有發生變化）。再問：擺相對于做實驗的學生，方向發生偏轉了嗎？（偏轉了，從原先的水平方向變成了垂直方向）。再追問：為什么做實驗的學生看起來，擺的方向會發生偏轉？此時，學生豁然開朗：原來傅科擺看起來會發生偏轉，是因為人們和轉動的底盤在一起轉動的緣故。如果把轉動的底盤擴大，擴大到和地球一樣，那么，人在地球這個大轉盤上，就只看到傅科擺在發生偏轉了，偏轉的原因是地球在轉動。

在學生理解的基礎上，教師讓學生再一次觀看傅科擺的實驗錄像，讓學生進一步理解為什么傅科擺看起來在一段時間內擺的方向會發生偏轉？

這一過程，是學生思維聯系和判斷的過程。學生通過錄像的觀看，通過自己的模擬實驗，把兩者聯系起來考慮，原來并不是傅科擺擺動的方向發生了偏轉，而是和自己的模擬實驗一樣，整個擺的底盤在轉動！

4.再肯定：傅科擺證明地球在自轉

學生通過自己的模擬實驗，證明隨著擺底盤的轉動，會使擺的方向和底盤上的標尺的方向發生偏轉。那么，傅科擺擺動的方向和地面上刻度盤之間的偏轉，是什么在轉動呢？學生聯系到地球就好比是一個大的轉盤，擺在地球上擺動，隨著地球的轉動，擺的方向就慢慢發生了偏轉！

如果僅僅認識到這一層，那對傅科擺的認識還是膚淺的。教師可以進一步挖掘學生的思維，讓學生仔細觀察：（1）傅科擺偏轉的方向是順時針還是逆時針？（2）傅科擺多長時間偏轉一周？（3）為什么傅科擺要用60余米長的細金屬擺線和重達27千克重的擺錘？這些問題的思考，對學生是有益的，使學生在觀察現象時能更多地思考與之相關聯的問題。

同樣的一課教學內容，老師站的角度不同，關注學生的思維發展不同，設計的教學流程不同，對學生科學素養的培養也就不同。

科學探究活動中的模擬實驗和其他實驗一樣，實驗的目的不僅僅在于獲取正確的科學知識，更重要的是讓學生通過實驗，掌握一定的科學探究技能和方法，在思維上得到訓練和發展，從而通過一次次的探究實驗為學生科學素養的提升奠定堅實的基礎。

編輯 謝尾合endprint