在科學探究中促進學生思維發展

李飛

[摘 要]科學探究是科學學習的外在形式，學生科學思維的發展是科學學習的核心目標。科學探究中，注重學生思維的訓練，對促進學生思維的發展、科學素養的形成至關重要。教師要將學生思維方法的習得、思維能力和品質的培養滲透于科學探究活動的始終，在設計方案中，提升學生思維的嚴謹性;在實踐操作中，培養學生思維的深刻性;在分析數據中，提升學生思維的系統性;在強化說理中，發展學生思維的批判性。

[關鍵詞]科學教學;科學思維;科學探究

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2019）15-0078-02

科學探究是科學學習的外在形式，學生科學思維的發展是科學學習的核心目標。提出問題、做出假設、制定計劃、收集證據、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價等探究環節，離不開學生科學思維的參與，每一個環節都會涉及多個科學思維方法。只有充分運用這些思維方法，在演繹、歸納、整理中理性思考，學生的科學思維才能逐漸形成與發展。

一、在設計方案中，提升思維的嚴謹性

實驗方案的設計是科學探究活動的重要環節，是將頭腦中內在的想法顯性化，并嘗試進行程序化的假設過程。探究前的設計實驗、制定方案往往比動手實驗更能啟迪和培養學生的思維。受知識經驗不足和身心發展不夠成熟的限制，學生考慮問題往往缺乏周密性，解決問題的方法往往粗糙、片面、缺乏科學性。因此，教師要引導學生在探究前進行方案設計，做到合理有序、方法得當、考慮周密、科學嚴謹，減少和避免學生觀察與實驗的隨意性、盲目性。如實驗的目的、變量的控制、操作的步驟、應當注意的事項等，教師可先讓學生充分思考和討論，必要時及時介入，通過生生之間、師生之間開展全面、多向的交流與討論，使學生思維碰撞出火花，逐步完善設計方案。

例如，蘇教版四年級上冊《冷熱和溫度》一課的教學重點是引導學生通過連續測量一杯熱水的溫度，發現熱水變涼過程中溫度變化的規律。如果教師直接把測量的方法、步驟、注意事項等告知學生，讓學生按部就班地操作，教學過程不但清晰快捷，而且教學任務也能順利完成。但如此一來，學生只是機械地操作，缺乏思維的參與和訓練。所以，教學中，教師要圍繞測量水溫的任務，重點引導學生進行以下思考與交流。

1.想一想，測量中需要哪些器材？

2.使用溫度計測量要注意什么？有什么辦法能把溫度計給固定住？

3.間隔多長時間測一次？怎樣計時？什么時候做第一次記錄？

缺乏思維的參與，探究往往只能停留在操作層面。通過思考、討論、交流，學生逐步完善實驗方案，思維始終參與其中，并且朝著科學、嚴謹、周密的方向發展。

二、在實踐操作中，培養思維的深刻性

學生的思維發展是由具體形象思維逐步向抽象邏輯思維過渡的。據此，學生通過親歷探究活動、實踐操作獲取感性認知、直接經驗，再經過分類、類比、推理、抽象、概括等思維過程深化認知。這既有利于科學概念的形成，又有利于拓展思維的廣度和深度。

例如，教學蘇教版五年級上冊《簡單電路》時，教師給學生提供了1節干電池、1顆小燈泡、2根導線，讓學生采用試碰法，使小燈泡亮起來，并準確畫下線路連接方法，比比看誰的方法多。課堂上，學生興趣盎然，忙得不亦樂乎，點亮燈泡的興奮得跳起來，尚未點亮燈泡的急得滿頭汗。操作結束后，教師收集各小組的線路圖，全部呈現在黑板上，引導學生觀察探討燈泡亮起來的規律。學生經過觀察、比較、分析、概括等一系列思維活動，達成了只有讓電流從正極通過負極形成一個完整的電路，小燈泡才能亮起來的共識。

以上案例中，教師充分發揮學生樂于探究、喜愛動手的特點，讓學生在動手操作中尋找點亮小燈泡的方法，并通過畫圖這種使思維可視化的手段，引導學生進行比較、分類、分析、概括等思維訓練，探究科學規律。

三、在分析數據中，提升思維的系統性

信息和數據是科學實證的重要依據。學生在獲得相關實驗信息和數據之后，需要進行梳理分析，做出判斷，得出結論。在這個過程中，學生將綜合運用信息和數據，基于理性分析，經歷思維批判，將直覺概念上升為科學概念。

例如，教學蘇教版四年級下冊《小車的運動》一課時，教師組織學生做“拉力大小與小車運動快慢的關系”的實驗，并把各小組測量的數據匯總在一張表上，如下表：

從表中來看，大多數小組完成了3次實驗，第1組和第2組分別完成了4次和5次實驗，第4組只完成了兩次實驗。學生動手能力和合作效能不同，小組之間的實驗進度有所差異，出現這樣的情況也屬正常。如果僅從追求結果的角度出發，學生憑借該表數據獲得“拉力越大，小車運動越快”的結論是沒有問題的。可是如果從培養學生思維系統性的層面出發，表中的數據還有待分析。教師引導學生從以下角度進行數據分析：

師：請仔細觀察匯總表，你覺得哪個小組的數據比較有說服力？為什么？

生1：我覺得第2組的數據有說服力，因為他們測量了5次，有5個數據，其他組的數據沒有他們多。

生2：獲得的數據越多，越有說服力。

師：我非常贊同你的觀點。對比實驗中，實驗次數越多越接近事實。從第2組的數據中，我們能得出什么結論？

生3：拉力越大，小車運動就越快。

師：要是只憑第2組的數據得出結論，你們認為科學嗎？

生4：我認為不科學，第2組的數據僅僅是他們這個小組測到的結果。

師：你的意思是第2組的數據只能代表他們組的結果，只看一個小組的數據，比較片面是嗎？

生4：是的，數據還是不夠多。

師：應該怎么辦呢？

生4：每一組的數據都要看。

生5：如果每一組的數據都能證明“拉力越大，小車運動越快”，說明這個結論是科學的。

師：你們同意嗎？

生：同意。（多數學生點頭示意）

師：好。請你們觀察全部數據，看看是不是每個小組的數據都能證明“拉力越大，小車運動越快”的結論。

（學生再次觀察數據，一致同意拉力的大小與小車運動的快慢有重要的關系）

接下來，教師引導學生進行組間數據的縱向對比。如小車掛6個墊圈時各個小組的數據是4.0、4.1、4.1、3.6、3.1、4.3、4.2、3.1，每一組的數據有所不同，這再一次引發學生對數據差異原因的思考。通過交流，學生從主觀和客觀兩方面尋找導致差異的原因，意識到實驗需要精益求精，應積極思考如何為結論提供真實有效的數據。

縱橫對比數據，多角度地分析數據，培養了學生尊重事實的意識，使學生考慮問題、解決問題的思維朝著系統、全面的方向發展。

四、在強化說理中，發展思維的批判性

語言是思維的工具，是思維的外殼。加強科學課堂的語言訓練，特別是說話有理有據的訓練，是發展學生思維嚴密性、批判性的有效途徑。例如，教學蘇教版六年級上冊《蠟燭的變化》一課時，在學生做完加熱白糖的實驗后，師生進行了如下對話：

師：白糖最后變成了黑色的物質，那它還是白糖嗎？

（學生稍許沉默，接著三三兩兩地開始輕聲討論，教師靜靜地等待）

生1：我覺得還是白糖。

師：為什么你這樣認為？

生2：雖然加熱時間長了，白糖顏色發生了變化，但白糖還是白糖。

生3：我也覺得是白糖。

師：說說你的理由。

生3：我們加熱白糖時并沒有添加其他物質，雖然白糖由白色變成黑色，但糖還是原來的糖，這個沒有變。

師：你們不但說出了自己的判斷，還講出了判斷的理由和依據，這非常好！說話有理有據，才能讓人信服。

生4：老師，我認為加熱后白糖就不是白糖了。

師：你的理由和依據又是什么呢？

生4：我偷偷嘗了下，它是苦的，而白糖是甜的，味道不一樣了。

（教師點頭表示贊許）

生5：我也認為不是白糖了。大家想想，水變成冰，冰還能變成水，但是白糖加熱到最后發黑了，不能變回白糖了。

師：（豎起大拇指）你都會列舉水的形態變化來佐證自己的觀點了，了不起！

生6：我也認為那不是白糖。肉燒焦了就不能吃了，它里面的蛋白質成分也會發生改變。同理，白糖燒焦后，成分發生了改變，不再是白糖了。

學生通過擺事實、講道理，逐漸明白白糖加熱到最后的物質從顏色、氣味、味道等都有別于白糖，變成了其他物質。

問題的拋出，引發了學生的思維沖突。學生輕聲討論時，教師不打斷，不著急，給予他們充足的時間進行思維碰撞。在交流中，教師通過“為什么你這樣認為”“說說你的理由和依據”等問題，引導學生利用證據思維，有條理地對自己的結論進行闡釋。長此以往，學生的證據意識會不斷增強，批判性思維能力也會進一步提升。

總之，教師要借助科學探究這一“腳手架”，在探究活動的各個要素和環節中挖掘思維訓練的點，拓寬思維發展的面，滲透思維方法的訓練，逐步提升學生的思維能力，培養學生的思維品質，助推學生科學素養的形成。

（特約編輯 木 清）