小學生感知覺與科學觀察

一、科學觀察不是感覺方式，而是技術手段反映的心理階段

科學觀察是人們在自然條件下通過感覺器官或科學儀器等技術手段，有目的、有計劃地感知客觀對象而采用的科學方法。人類從古至今都在借助觀察來認識客觀世界，進行科學實踐活動。我國戰(zhàn)國的磁勺司南、漢代的指南魚和宋代的指南針都是人們觀察磁鐵受地球磁場力影響，會一端指南一端指北而得到的發(fā)明成果。古印度人圣使通過觀測日月行星運動，提出日月食的推算方法。古埃及人在解剖人體、制作木乃伊時積累了大量人體器官的觀察經驗，推進了古代西方醫(yī)學的發(fā)展。近代物理學家伽利略通過在比薩斜塔上觀察、比較，發(fā)現兩個自由下落物體的速度與其重量無關。現代科學家觀察測量出激光在兩條長達4千米的真空管中反射的時長不同，從而驗證了引力波的存在，證實了愛因斯坦相對論中的一個重要的推測。由此可見，科學觀察在科學認識的過程中發(fā)揮了重要的作用，培養(yǎng)良好的觀察能力對小學生學習科學的重要性更是不容小覷。

科學觀察是技術手段反映的心理階段，科學教師有時不僅將看、摸、聽、聞等感覺方式誤解為觀察方法，而且認為獲得的科學事實需要所有感官參與。小學《科學》教科書中經常會出現如“看一看、輕輕觸碰、聞一聞”等感覺方式的指導詞語，教師有時會因教科書上的詞語誤認為觀察方法就是感覺方式，這種觀點忽視了觀察的目的性、順序性、精準性和判斷力。這就如射箭比賽中，教練如果只指導運動員握弓、搭箭、勾弦、推弓等手部動作，而不對運動員進行瞄準和判斷風力影響進行力量、方向上的動作調整的指導，就不利于運動員射箭能力的提高。教師如果無計劃、無序地只對小學生進行看、摸、聽、聞等感覺方式的應用指導，則不利于小學生觀察能力的培養(yǎng)。

二、感知覺是小學生科學觀察的基礎

感知覺是科學觀察的重要渠道，但不等于觀察方法。小學生的科學學習應當遵循科學認識的過程，即客觀事實、科學事實、科學認識、科學理論的應用與發(fā)展不斷循環(huán)遞進的過程。從客觀事實到科學事實是技術手段反映的心理階段，在這一階段，小學生主要通過感知覺來進行觀察，進而獲得科學事實。科學觀察的基礎是感知覺，感知覺基于多感官的參與。

小學生通過眼睛看到雨天的閃電、彩虹，通過耳朵聽到雷聲來了解天氣現象；通過顯微鏡識別細胞壁來區(qū)分是否為植物細胞；通過觸碰含羞草看到葉片的合攏來了解植物對環(huán)境刺激產生的應激反應；通過聽由鼓面振動發(fā)出聲音等實驗來了解聲音由物體振動產生；通過打開瓶蓋聞到酒精氣味了解酒精的揮發(fā)性質；通過測量單擺實驗來學習周期與頻率的科學概念。這些科學事實都是基于感知覺的渠道而獲得的，有的動用了多種感官的共同參與。

三、觀察品質與知覺特點的關系

看、摸、聽、聞等感覺方式不能誤解為觀察方法，實際上，觀察方法是人們以目的性為指導，進行有序、精準、全面觀察的科學方法。小學生綜合多種感覺方式在大腦中能夠對客觀事物進行整體的認識，這時對客觀事物的感覺會短時間內在大腦中進行思維加工，由此形成知覺。學生知覺的選擇與觀察目的對應越緊密，觀察效果就越好，反之效果不明顯。觀察是有目的、有具體指向的，需要小學生感知到目的指向的事物和現象，排除其他無關因素帶來的干擾。但由于小學生知覺選擇性的特點，他們容易優(yōu)先選擇、關注帶有明顯顏色、聲音、氣味等強刺激和具有明顯特征的外部因素。因此，教師應當預先使被觀察的目標物體和現象具有強刺激，用語言和動作等方式指導小學生聚焦帶有強刺激的目標物體和現象，促使他們注意到曾經忽略過的內容。

例如，在學習物體振動產生聲音時，彈撥皮筋和敲擊鼓面引起的振動幅度較小，不易引起學生的感知，有的學生會認為是敲擊和彈撥等動作導致聲音的產生。如果教師在敲擊的鼓面上放上紅豆，振動會轉化成豆子跳動的強刺激，使學生觀察到振動的存在；教師可以在彈撥皮筋時使皮筋接觸水面，振動會出現水花飛濺的強刺激，由此使學生更易關注到以前未曾注意的振動現象。

有效的觀察還應當注意三個結合，即知覺理解性與觀察精準性的結合、知覺整體性與觀察順序性的結合、知覺恒常性與觀察判斷力的結合。

1.知覺理解性與觀察精準性

知覺的理解性是將學生已有經驗帶入到觀察的過程，學生努力將感知結果納入、同化到自己的經驗系統中。觀察的精準性是人們對目的物或現象關鍵細節(jié)的客觀感知。如果學生知覺的理解性恰好對應到觀察中的重點部分，觀察活動會更有效，反之則無效。例如，教師在學生觀察過螞蟻標本后讓他們畫出一只螞蟻的形態(tài)和結構，班級21名學生中，52%的學生能夠精準觀察，畫出螞蟻的6條腿全部長在胸部，48%的學生不能精準觀察到螞蟻6條腿的位置，而是理解為6條腿平均分布長在頭部、胸部和腹部上。螞蟻6條腿的位置是觀察的重點，因其全部長在胸部的特殊性與學生所持平均分布的理解差別較大，加之學生觀察的精準度不足，知覺的理解性與觀察的精準性匹配度不高，所以48%的學生在這次觀察活動中的學習成效不太顯著。

2.知覺整體性與觀察順序性

知覺的整體性是人們對一個事物各個側面或屬性的綜合概括，對相似、相近的多個事物做出的整體感知。觀察的順序性是人們以從上到下、從左到右、由表及里等順序進行觀察，以便更加精確、全面地了解目的物或現象的特點。合理使用有序的觀察能幫助學生對事物進行整體全面的認識，對規(guī)律的認識也會更加清楚。

例如，在凸透鏡成像實驗中，觀察有兩點注意事項。一是學生通過移動物體，在有序地改變物距時概括凸透鏡成像規(guī)律；二是要抓住物距等于2倍焦距和1倍焦距這兩個關鍵節(jié)點，深入認識凸透鏡的成像規(guī)律。凸透鏡物距的起始位置不是隨意安排的，教師如果按照大于2倍焦距、等于2倍焦距、小于2倍焦距大于1倍焦距、等于1倍焦距、小于1倍焦距這樣由遠及近（或者由近及遠）的順序移動物體，指導學生觀察成像特點，學生的觀察會更有序，也更容易掌握凸透鏡的成像規(guī)律。其中，物距等于2倍焦距點是成像大小的轉變點，物距等于1倍焦距點是成像虛實的轉變點，這兩個位置是凸透鏡成像轉變的關鍵節(jié)點，教師指導學生著重觀察兩個關鍵節(jié)點有助于他們提高分析能力和觀察能力。

3.知覺恒常性與觀察判斷力

知覺的恒常性是在距離、角度、照明等條件在一定范圍內發(fā)生變化時，人們的知覺映像仍然保持相對不變，是知覺整體性和理解性的綜合體現。觀察的判斷力是人們對事物的特征或現象關鍵細節(jié)的客觀感知。教學時，教師要借助知覺的恒常性，提高學生對客觀事物的觀察和判斷。

如學習雨、雪和冰雹等天氣現象時，教師要讓學生判斷出雖然三種天氣的現象和形態(tài)不同，但雨、雪和冰雹的主要組成物質都是水。教師有時應當避免知覺恒常性給觀察判斷力帶來的負遷移。例如，在學習植物的單葉和復葉時，學生對單葉較為熟悉，以葉片為明顯特征，認為一個葉片就是判斷一片葉子的標準。學生對復葉的辨識度較低，有可能出現一個個數一片復葉中葉片數量的現象，忽視了所有葉片都生長于一個葉柄的細節(jié)。教師要讓學生仔細觀察，了解無論一個葉柄上生長出多少個葉片，其整體才是一個葉子。

觀察能力的培養(yǎng)要以知覺的選擇性指向觀察的目的性，借助知覺的理解性、整體性和恒常性幫助學生進行精準、有序地觀察和判斷。同時，教師也要避免或減少知覺特性給學生的觀察帶來的負遷移。

四、科學觀察的教學指導

1.觀察中感覺渠道的選擇

感覺方式雖然是觀察的重要渠道，但是科學觀察選取哪種或哪些感覺渠道并不是隨意的，而是針對被觀察對象的特點有目的、有計劃進行的。雖然應用的感官越多，觀察角度會越全面，但科學事實的獲得并不都需要動用全部感官，而是根據被觀察事物的主要屬性，有針對性地選取不同感官參與。例如，在學習灌木和喬木時，學生可以選擇看兩者高度和主干的區(qū)別，了解其生長的環(huán)境等，但不適合去聽樹的聲音、聞樹的氣味。

在有針對性地選取感覺方式進行觀察時，小學生有時也會因為感覺閾限的原因不能更有效地觀察。人類的眼睛一般只能看到波長范圍在390～770納米之間的電磁波，人類的耳朵一般只能聽到20～20000赫茲的聲波……超出人類感覺閾限或是在臨界值附近的情況不利于學生的感知與觀察，這就需要尋找新的方法來增強學生的感知覺。

2.增強感知覺的方法

教學中常用的增強感知覺的方法有放大法、對比法、轉化法、黑箱法和理想外推法等。放大法是借助科學儀器通過放大被觀察的對象，以此凸顯出微小的細節(jié)或形成強刺激，幫助學生進行感知和理解。科學儀器等工具的使用也是技術對人類感覺器官的延伸，可以幫助強化知覺特性的反映。例如，學生可以使用放大鏡觀察螞蟻標本，了解螞蟻的形態(tài)和結構；可以使用光學顯微鏡觀察植物細胞和動物細胞，了解到細胞壁可以成為區(qū)分二者的標志之一。

轉化法是將不易感覺或無法感覺到的事物、現象轉化為容易感覺或以其他形式感覺的方法。在教學中，學生由于思維具有間接因果性的特點，較難理解聲音是由物體振動產生的，這時教師可以在放有豆子的鼓面上敲擊，將振動轉化為豆子跳動的強刺激。光在空氣中沿直線傳播可以轉化為昏暗環(huán)境中手電照射出的手影，磁鐵的磁性可以轉化為磁鐵吸住鐵片的強刺激。

對比法是通過比較多個事物或現象帶來的強刺激而產生感覺特性的方法。例如，學生可以將兩塊條形磁鐵的N極和N極靠近、S級和S級靠近、N極和S級靠近，對比這三種情況，可以得出磁鐵同極相斥、異極相吸的性質。又如，學生可以將植物的光合作用和動物的覓食進行對比，以幫助他們理解相對陌生的光合作用——植物利用無機物生產有機物并且為自身貯存能量的過程。

解暗箱是在不清楚事物內部結構的情況時，人們通過改變外部環(huán)境，使事物內部發(fā)生反應后輸出信息，再根據輸出的信息來研究其功能和特性的一種方法。例如，通過火山爆發(fā)等自然現象可以知道地球內部存在大量的熱能。這些增強感知覺的方法不僅彌補了感覺閾限的缺失，而且能夠借助感知覺的特性培養(yǎng)小學生的觀察能力。

綜上所述，科學教師首先應當消除觀察方法就是感覺方式的誤解，明晰觀察方法是學生以目的性為指導，進行有序、精準、全面觀察的科學學習方法。教師要依據被觀察事物、現象的特點和觀察品質與知覺特點的關系，對學生進行觀察指導，使他們在實踐中多加練習，獲得良好的觀察能力。

北京市首都師范大學

初等教育學院（100048）

責任編輯 劉紹江