初中科學實驗教學中滲透思維品質的實踐

余國君

摘要：本文主要闡述如何通過科學中的實驗教學這一活動來培養學生思維品質，通過構建科學實驗教學中學生思維品質培養的基本范式與理論構架，并探索培養學生思維品質的方法與策略，從而基本形成科學實驗教學的一般操作范式，轉變教師實驗教學理念，發展學生思維品質。

關鍵詞：科學實驗;思維品質;培養策略

中圖分類號：G633.67文獻標識碼：B文章編號：1672-1578（2019）01-0188-03

1.問題的提出

目前的科學實驗教學現狀是教師多黑板，多媒體實驗，少動手操作;學生缺乏自主探究;實驗教學中重結果輕實驗過程;重現象結論的記憶輕實驗操作過程中對一些生成性問題的思辨。具體表現如下：

1.1輕過程重結論。

實驗中過分突出和強調接受和掌握，忽視探究，導致學生被動接受和機械記憶過程，抑制學生的思維，影響學生的個性發展。

1.2輕鼓勵重權威。

在實驗中呈現知識結論時，雖有實驗過程，卻沒有實驗的探討，導致缺乏學生在尊重科學事實的基礎上形成知識結論，在逐步構建科學方法論過程中，呈現形式是缺乏必要的事實依據，影響獨立思維能力的培養。

1.3輕思考重預設。

教師在教學中往往會以各種借口（如儀器缺乏，實驗材料難找、天氣因素、效果差，課時緊等）原因，將書本上的探究實驗變成多媒體實驗，甚至是黑板實驗，將原本應由實驗得出的生動結論變成了一種知識的預設。

2.思考與設計

2.1概念界定①。

（1）思維品質：

它是人的思維能力的差異表現，也是智力和能力的核心，它具有思維的深刻性、靈活性、批判性、獨創性和敏捷性五個方面。

（2）思維品質諸方面的相互聯系。

本文所講的思維品質是，在結構中各要素相互作用、均衡發展，思維品質體現思維能力，這就要求教師在課堂中，應有意識地訓練學生的思維品質。

2.2理性思考。

（1）國內研究成果支持。

北師大林崇德教授主持的“學習與發展—中小學生思維能力的發展與培養”教改實驗研究，取得明顯效果。在科學理論的指導下，通過采用切合學生思維發展水平的措施，能有效地提高學生的思維能力和科學素養。

（2）《課標》對實驗的要求。

《新課標》提出科學探究是科學的本質特征，實踐發現：實驗教學中如果重視學生思維品質培養，學生有充足的時間去動手實驗，有體驗、有思考，學生就能從實驗過程中提煉出實驗的方法，在實驗中，體會樂趣，培養他們的實驗能力，提升他們的思維能力。

2.3理論建構。

根據上述思考和研究目標，我們對實驗教學中學生思維品質培養的基本范式建構如下圖所示：

3.具體實踐

3.1實驗設計中培養學生思維品質的實踐。

實驗設計中的思維品質培養實施過程中要求教師重在提供合理的實驗情境，并且設計發散性的問題。發散擴至各種渠道、各個側面、各個角度，以求問題的靈活解決。為此，我們設計了如下的實驗設計用表，旨在充分培養學生思維的五個方面的維度。

附：實驗設計用表

實驗方案設計內容

實驗設計原理

所用器材藥品

實驗步驟或圖示

實驗優點與缺點

實驗改進辦法

實驗設計用時

案例展示1：多種方法測密度

在復習《浮力》教學時，教師設計了這樣的一個問題：

某地質考察隊員在野外發現了一種新的礦石，但不知道它的密度是多少？你能設計實驗測出它的密度嗎？利用現有實驗室儀器，請快速寫出你設計實驗所需的器材以及實驗步驟。

學生1

實驗器材：天平、砝碼、量筒、膠頭滴管、細線……

實驗步驟：①先用天平秤出一小塊礦石的質量，

②再用量筒測出這塊礦石的體積，

③利用密度公式計算礦石的密度。

實驗設計原理：?? 略

實驗設計優缺點及改進：略

學生2

實驗器材：天平、砝碼、溢水杯、細線……

實驗步驟：

①先用天平測礦石質量。

②再將溢水杯裝滿水，測出溢水杯和水的總質量。

③將礦石用細線吊住放進溢水杯，等石頭全部沒入水中后，將石頭取出，再用天平測質量此時的溢水杯和水的總質量。

④ 將前后兩次稱量的質量相減得溢出水的質量，再按照水的密度，把溢出的這部分水換算成體積，這個體積就是礦石的體積。

實驗設計原理：?? 略

實驗設計優缺點及改進：略

學生3

……

發散性設問通過不同的思維方向引導學生通過不同方向、不同角度的思考方法，由尋找唯一正確答案的集中思維，發展到以多維度，多方向上解釋問題，通過如此體驗來提高思維五個維度的水平。

3.2實驗操作中培養學生思維品質的實踐。

實驗原理是一個實驗的靈魂與源泉，只有弄懂了實驗原理，才能真正掌握實驗的關鍵、操作要點，才能合理地選擇實驗裝置，正確地處理數據、得出結論，才能正確地進行實驗的設計等。

案例展示2：測定小燈泡電功率操作實驗中的意外收獲

測小燈泡電功率這個實驗是浙教版九年級《科學》第三章中的一個學生實驗，是繼八上《伏安法測導體的電阻》之后的電學中最重要的一個學生實驗，是實驗操作考試和中考的首選實驗。

學生未進入實驗室前，教師把實驗器材都放入了課桌的抽屜中。學生進教室入座開始上課。

師：我們已經學會了測量許多的物理量，如測長度、測電流、測電壓、測電阻，有的量在實驗室可以用儀器直接測量，如測長度可用刻度尺（教師引導），測電流可用電流表、測電壓可用電壓表（師生一起回答），但有的量卻不能直接測量，像實驗室測電阻用……

生：電流表、電壓表

師：這樣的測量叫間接測量，那我們今天測小燈跑的電功率是直接測呢還是間接測？我們實驗室有直接測電功率的儀器嗎？

生：（想了一會兒齊答）沒有

師：那只能是間接測啰，間接測需測出哪些量？用什么器材？最后怎么算功率？同桌之間討論一下，達成共識，一分半會鐘后匯報。

（學生開始了熱烈的討論，一分半會鐘后進入匯報）

生1：我們覺得可用電壓表測出發光小燈泡兩端的電壓，用電流表測出小燈泡的電流，用公式P=UI計算出小燈泡的電功率。

師：其他同學覺得這樣的方法可行嗎？（生答可行）那有多少組的同學是這樣想的呢？

（生舉手足有一大半用該方法）

師：很好！我也同意，那有沒有別的方法了呢？（教師期待地看著沒有舉手的同學）

生2：我們用電能表和手表，課堂上不是學過用電能表和秒表測電功率嗎？

師：這倒也是個辦法？其他同學覺得這個方法可行嗎？

生3：我們也用電壓表和電流表，也用電壓表和電流表測出電流電壓，然后由R=U/I算出小燈泡電阻，再根據P=U2/R算電功率。

-------

師：現在同學們能確定該如何測定小燈泡的功率了吧，我們的測量原理是：P=UI（板書），不能用P=U2/R，因為燈絲的電阻隨溫度的升高在增大，不是一個定值。

（我以為這個問題到這里該告一段落了，但還是有學生提出了自己的疑惑）

生：老師，照這么說，原來初二測電阻的方法也是不科學的，我們測得也是不同電壓下的阻值，電阻也要發熱，電阻也會隨溫度改變。

師：問得好！我也是這么想的，有誰能知道其中的奧秘呢？（迅速的環顧了整個教室，教室很安靜，看來這次的問題有點難度，學生們沒人能答）

師：（引導）你們知不知道燈內的燈絲溫度要達到多少度才會發光，而測導體電阻時導體的溫度比原來升高了多少呢？……

學生們恍然大悟，原來每種測量方法的確定都是有一定的科學依據的。

在操作過程中，要善于發現新的問題，提出猜想予以驗證，具有較強的類比推理能力與意識，采用合理的實驗方法進行操作，并在短時間內就能熟練地完成實驗內容，及時記錄現象與結果，對實驗中的問題能進行快速理性分析，通過如此體驗來提高思維五個維度的水平。

3.3實驗觀察中培養學生思維品質的實踐。

實驗觀察一是教師在課堂中的演示，二是同學在課堂中的學生實驗操作，三是自己在課堂中的操作，主要是觀察自己動手操作的過程;事實上，在初中科學中有大量的實驗其本質都是能體現學生的自主探究學習的，如果能掌握好觀察的方法，必定會充分利用好實驗。為此我們設計了如下的觀察用表，旨在充分培養學生思維的五個方面的維度。

附：實驗觀察用表

實驗名稱：

實驗階段所觀察到的實驗現象或數據記錄對現象或數據的解釋與分析尚有疑惑的問題

實驗前

實驗中

實驗后

總結

實驗

內容實驗操作層面：

科學知識層面：

尚待研究的問題：

案例展示3：“探究金屬鈉的有關性質”的實驗

【實驗器材】電腦、攝像頭、金屬鈉等。

【實驗操作】師：“請同學們注意觀察，我們下面的實驗中，鈉是什么顏色的？”

教師按如下圖1至圖4的順序演示，并用攝像頭將實驗過程轉移到大屏幕上，以增大實驗的可見度。實驗結束后，采用教師導引學生問答再教師斷后的方式展開自主探究。

實驗前：觀察鈉的顏色，體驗鈉的硬度，密度等

生1：“黃色。鈉拿出來的時候是黃色的。”

生2：“銀白色。小刀切下來的那面是銀白色的。”

生3：“灰色。小刀切下來那面是灰色的。”

生4：“銀白色。我看到鈉在水上游的時候是銀白色的。”

有的同學看老師還是那樣笑呵呵地望著他們，就急不可忍地提問了。生5：“老師，到底是什么顏色的呀？”

等學生有了急切盼得答案的欲望了，老師才回道：“從煤油中取出的鈉呈黃色是因為煤油是黃色的。有同學看到小刀切下來的那面呈灰色，是因為鈉極易被氧氣氧化成氧化鈉。所以鈉是銀白色的。”（部分學生歡呼！）“不過我要問的是：為什么鈉可以用小刀切？，放入水后浮在水面上？”

生：“老師，說明鈉硬度不大和其密度比水小”

……

實驗中：觀察反應變化及現象

生：“在反應時鈉為什么變成球形了？接著又馬上燃燒起來了？”

生：“在反應時鈉為什么在水面上四處游動？”

生：“我觀察到在反應時鈉為什么會發出嗤嗤的聲音？”

提出這個問題時學生們都沒有聲音了，他們又把目光全部投向了老師。

師：“看來這個問題比較難。這樣吧，我們先把這個問題放一放，等我們對鈉多了解一些后再來討論這個問題，好嗎？”

生：“鈉與水的反應是一個放熱反應，而鈉的熔點又比較低，所以鈉放入水中后一下子就熔化成球形了。如果溫度升高到了鈉的著火點，就會有火星冒出來了。”

生：“鈉與水的反應可能是一個放出其體反應，嗤嗤的響聲就是這個原因，就像氣墊船一樣，由于產生的氣體各個方向的量不等，所以在反作用力的影響下，就會向各個方向游動。”

……

實驗后：觀察記錄結果

生：“在反應后，向溶液中滴加酚酞，為什么變成紅色了？”

生：“老師，我們將鈉投入到硫酸銅溶液中，為什么有藍色的沉淀物產生，那是什么物質？”

生：“我觀察到在反應后為什么有黑色物質生成？”

提出這個問題時學生們都沒有聲音了，他們又把目光全部投向了老師。

……

通過仔細觀察，同學們會發現很多課本實驗之外的意外的收獲。

很顯然，該演示實驗有以下幾個特點：一是教師語言的啟發性;二是教師身份的配角性;三是實驗觀察的探究性;四是實驗原理的認知性。在實驗中使之產生認識上的飛躍，獲得結論。這是實驗教學中培養學生思維品質的重要途徑。

3.4實驗評價中培養學生思維品質的實踐。

我們一方面對實驗試題應該進行深入研究，另一方面可以有意識地在課內外通過學生的相關實驗探究培養學生的科學精神，提升學生質疑及實驗評價能力，發展學生思維品質的五個維度。

通過中考實驗情景，引導學生能善于利用所學知識，去細致分析實驗過程中的問題，評價實驗整個過程，具有良好的檢驗習慣，能自覺做到評價結果依據充足。推理效果上：全面嚴謹、深刻、科學語言運用系統化水平高，去弄懂科學問題，從不同角度出發考慮評價實驗中的問題，自我控制和調節思維方向，對實驗結果能自覺做出評估和檢驗。

3.5實驗技術創新中培養學生思維品質的實踐。

（1）初中科學實驗中培養學生技術設計能力的一般教學流程。

在科學實驗中，都涉及到技術設計的問題。因此，教師應將有關技術的教育有機地貫穿其中，適時培養學生的技術設計能力，并且有一般的教學流程。

科學實驗中培養學生技術設計能力的教學流程歸納如下：

（2）通過設計技術環節，加深對儀器工具結構原理的認識。

科學書本中有許多結構相對復雜的儀器與模型，如滑動變阻器、直流電動機、熱機等，一般教師在講授此塊內容的時候，總是先介紹各部分結構名稱、作用;然后介紹其工作原理及使用方法，再組織學生進行實踐操作訓練，如果我們能改變一下知識的呈現方式，嘗試通過學生的技術設計活動來達到主動建構知識的目的。

案例展示5：設計高壓鍋

科學課堂中，有些不能建構模型，意味著很難用所學知識來解釋日常生產生活中的一些現象。筆者在教《大氣壓》這節內容時，有一塊關于高壓鍋的內容，學生對書上的圖及其原理不是很理解，為了解決這一問題，將這一內容設計為如何把一只普通的鍋子設計成一只高壓鍋，了解高壓鍋的結構與原理。

[教師]：如何將一只普通的鋁合金鍋子改造成一只高壓鍋？（提出一個技術設計課題）想一想，首先要解決一個什么問題？

[學生]：要提高鍋內氣壓，需要密封，可以將蓋與鍋體緊密合在一起……（學生畫圖略）

[學生討論得出]：必須要設計出氣孔，否則鍋子要發生爆炸。（想必高壓鍋出氣孔必須保持清潔與通暢就理解了）

[學生討論得出]：在出氣孔上方配置一個重物，頂住出氣孔。

[學生討論]：質量配置越大，其內氣壓越大，這可以根據鍋體所能承受的氣壓或煮食物需要的氣壓高低（溫度高低）而設定。

[學生]：氣體排不出去，會使鍋內氣壓升高，會發生爆炸。

[教師]：是的，那么我們該如何設計來解決這一問題呢？

[學生討論]：再裝一個安全閥，保證排氣孔堵塞時，安全閥能打開，正常排氣，達到泄壓的目的，防止發生爆炸。

[教師介紹]：原來老的高壓鍋安全閥裝的是易熔片，是一種金屬片，達到一定壓力時，其會自動熔化，從而泄氣，當然要及時更換。沒有易熔片有些人常用筷子等堵住安全氣孔，那是很危險的做法。現在為了解決更換易熔片麻煩這一難題，設計了一個自動安全閥的裝置。

教師出示現在的高壓鍋的實物，原來其結構與學生的技術設計一致。

從一個普通的鍋子到高壓鍋的技術設計轉變，不單單是呈現其結果，而是把高壓鍋的結構原理及其作用得到了梳理。因為是學生自主建構的知識，所以有效。在接下來的高壓鍋計算教學環節上充分得到了證實。

實驗中不僅培養了學生創新思維能力，更使方案日趨完善中運用所學知識解決了設計過程中一個又一個的難題，其思維的靈活性與批判性等五個維度都得到了很好的培養。

4.問題與建議

在現今教師注重多媒體輕視實驗教學和應試教育背景下，科學教師更應重視實驗教學，充分利用實驗教學平臺，培養學生思維品質。以下幾點也將是我們今后在實驗教學中要去進一步研究與努力的方向：

4.1充分利用教材中的實驗素材，培養學生的思維品質。

科學的本質在于探究真理，發現真理。在探究性的實驗中加深學生對科學知識和理論更深刻的理解，既能激發探究興趣，又能培養學生的思維。

4.2著力發揮教師的主導作用，在啟發和探索中，培養學生的思維品質。

培養學生探究能力使培養學生探究能力的重要手段。在發現問題和解決問題能力中，加強對學生進行著思維品質的培養。

4.3注重引導，培養學生的思維品質。

讓學生從日常生活和科學學習中提出問題，進行逐步的探究活動，這樣既培養了學生的實驗能力，在思維中，提高學生的綜合素質。

4.4切實開展開放性實驗活動，培養學生的思維品質。

科學實驗教學中，不僅要課堂演示，更要學生分組實驗，讓他們在實驗中學會思維、學會探究，獲得成就感自豪感。

注：概念均出自林崇德.學習與發展[M].北京：北京師范大學出版社，1999.

參考文獻：

[1]林崇德.學習與發展[M].北京：北京師范大學出版社，1999.

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