基于思維發展的實驗教學策略探究

吳景嬋

【摘要】近年來隨著新課標新教材的落地，科學素養問題逐漸聚焦于真實的課堂，科學思維作為科學素養的重要組成部分，受到很大的關注。科學實驗是發展學生科學思維的有力手段，為此，以《物質的溶解》一課為例，通過概念分解、問題分層、記錄分步等方面的教學實踐與思考，進而提出發展學生科學思維的實驗教學策略。

【關鍵詞】實驗教學;思維;策略

思維是人類所具有的高級認識活動，它的基本過程包括分析、綜合、比較、分類、抽象、概括等系列復雜的循序漸進的過程。科學實驗是提升學生思維的重要載體，學生在實驗探究過程中，如不進行思維的深度參與，那么概念的獲得會大打折扣，能力的發展也隨之而衰弱。本文以培養和提高學生思維為出發點，結合課堂教學實例，從三個角度闡述如何在實驗教學引導學生經歷思維的基本發展過程。

一、概念分解，明晰思維發展路徑

圍繞概念分解的實驗教學，是幫助學生經歷思維發展過程的有效途徑。所謂概念分解，即對概念內涵進行剖分解析，充分挖掘。可以理解為把復雜的概念內涵化為一個個簡單的特征，并借助與之對應的活動釋義特征。概念分解的目的是化抽象為具體，深入淺出地幫助學生建構概念，而建構概念往往經歷觀察、分析、綜合、抽象、概括、系統化等系列由淺入深的思維活動過程，故在分解式概念的建構過程中漸進發展學生的科學思維符合學生的認知邏輯，遵循兒童心理發展特點。執教前，教師可將教材概念層層剝開，看到概念內涵的各個層面，明確哪個環節或活動能幫助學生建構概念，合理安排概念習得的學習路徑，促進學生思維的縱向深入。

如《物質的溶解》一課，改版后的教材活動中均選用固體作為實驗材料，出于對三年級學生已有“溶解”認知和探究技能的考慮，筆者認為：認識固體在水中的溶解需要認識幾個基本特征：變成微小顆粒、均勻分布、靜置不沉淀，這幾個基本特征構成了適宜三年級學生認知的溶解概念的內涵。根據概念的分解，設計一條與之匹配的探究路徑：

首先，創設沖糖水的情境，在情境中提取指向概念特征的問題：“方糖放入水中是怎樣變化的”，作為思維發展的起點;活動1觀察方糖在水中的變化現象，學生觀察方糖在水中的變化中直觀形象地理解“變成微小顆粒”的特征;活動2探究高錳酸鉀在水中的變化，學生在觀察中分析與比較，抽象出高錳酸鉀在水中“均與分布”的特征，進而推理“化”了的方糖在水中的分布;活動3探究小蘇打、滑石粉、面粉在水中的變化現象，在這組實驗中觀察、比較與辨析，歸納出“靜置不沉淀”的特征;完成各個觀察實驗后，集中所有實驗對象，進行系統的比較與分析，進一步豐富感知物質溶解的特征，繼而抽象概括，建構符合學生認知能力的固體“溶解”的概念。

以上實驗教學中，學生在教師構建的概念分解教學框架里，在幾個相對獨立又緊密聯系的“活動串”中，逐步認識溶解概念的核心要素。他們的思維循著提出問題、搜尋事實、捕獲信息、綜合信息、立論解釋的路徑，經歷一個深入的思維發展過程。

二、問題分層，聚焦思維發展載體

基于學習情境創設問題，教學依托具有層級結構的“問題鏈”，是幫助學生經歷思維發展過程的有效途徑。概念分解活動設計好了，活動與活動之間如何銜接，問題的設計尤為講究。分層設計的問題，是著眼學生的“最近發展區”，從學生的實際水平出發，遵循學習發展特點而設計的步步深入概念內涵的問題。精準的分層問題，可串成一個鏈條，以“問題鏈”的形式來推進課的進程，我們希望這些問題能成為孩子進行假設、推理、論證的“踏腳石”，引導他們去思考，更好地在證據和解釋間建立聯系。

因此，實驗教學中，教師根據學生已有的知識或經驗，針對學生探究過程中產生的思維淤堵，繼續挖掘適合探究的問題作為疏通淤堵的航道。如是，將知識轉換成為層次鮮明、系統連貫的一串教學問題，引導學生在問題中探索與構建新知，促進學生思維向縱深發展。

本課設計的“問題鏈”如下：

在以上“問題鏈”中，學生先從聚焦問題做出解釋開始，思維經歷被喚醒的回憶過程，接著在觀察與分析中被問題激發辯論的欲望，提出基于證據的猜測。而“高錳酸鉀分布在水中哪個區域”的問題，學生經歷了觀察高錳酸鉀和水的變化，在分析的基礎上進行綜合，舍棄非概念特征，進而抽象出概念本質特征的過程，此后，在問題的推動下，比較“方糖”與“高錳酸鉀”的共同點與差異點，經過推理求證，歸類出兩者的共同概念特征。在新問題的引領中，他們再次觀察、分析與綜合、比較與歸類，繼續抽象出概念的另一特征。以上環節，學生對信息的搜集仍處于事實堆積階段，未對干擾信息做去偽存真的干預，故提出對比所有實驗對象，歸納方糖、高錳酸鉀、小蘇打溶液的共同特征的問題，以此讓學生思維經歷對概念內涵的系統性概括過程。最后，以問題結束本課學習，引導學生帶著批判性思考進行新一輪的探究與思維過程。

本課七個問題由淺入深，層層推進，前一個問題為后一個問題奠定基礎，后一問題是前一問題的豐富與拓展，學生在這種具有強邏輯性與跟進性的問題驅動下，實驗思路更明晰，實驗操作更具方向性和針對性，發展了從目前的一步為起點，以更深的目標為方向，一步一步深入達到的遞進思維。

三、記錄分步，搭建思維發展支架

根據實驗的內在邏輯，設計與學生探究相宜的分步式實驗記錄單，是幫助學生經歷思維發展過程的有效途徑。分步記錄能幫助學生留下逐步接近概念內涵的關聯證據，降低論證的難度。學生的認知思維發展來自于獲得知識和答案的思維過程，分步式實驗記錄單為學生的認知思維發展提供“腳手架”，它讓學生在思維的不同階段，都有合理的載體進行輸出與表達。通過一步步的思維聯結，把前后的實驗現象、數據轉化為證據，形成合理的解釋，思維在探究中走向理性。

以“高錳酸鉀的溶解”為例，該實驗間接解決上一實驗“糖在哪”的遺留問題，因此什么現象證明溶解后的高錳酸鉀的分布位置，成了本實驗觀察的重點。觀察重點可細化為攪拌前后高錳酸鉀及水的變化，高錳酸鉀的變化即顆粒大小、顏色的變化;水則重在觀察其顏色變化，此現象的描述準確與否，關乎學生對溶解概念的理解。故實驗記錄單的設計如下：

本記錄單分3步：①引導學生對高錳酸鉀的外形特征——主要是顆粒大小、顆粒顏色進行記錄和描述;②基于對實驗材料認知的基礎上，記錄攪拌前高錳酸鉀及水的變化;③記錄攪拌后高錳酸鉀及水的變化。對高錳酸鉀外形特征的認知影響攪拌前后高錳酸鉀在水中變化的判斷，第①②步的現象記錄分別為第③步結論的證據，隨著高錳酸鉀在水中的變化由宏觀轉入微觀，學生的思維由直觀轉入抽象，基于分步式指引，學生每記錄一次，便向溶解的特征靠近一步，他們輕易且清晰表達了攪拌前后的變化過程，在實驗現象對比中，領會現象之間的關聯性，逐步建立知識網絡。

分步式記錄指引下，每一步記錄都使學生經歷了觀察分析的內部思維轉化為外顯的文字或圖示的過程;當記錄成果在集體面前展示、交流分享時，他們綜合每一步記錄的文字或圖示，轉化為有理有據、邏輯清晰的口頭語言，思維在輸入與輸出中得到鍛煉。正是這份記錄，有效的幫助學生觀察、回顧、分析和總結，最終合理推斷高錳酸鉀在水中的分布，歸類方糖在水中的分布。至此，分步式記錄成為學生尋找規律、得出結論的重要依據和證據，促進并承載了學生分析與綜合、比較與歸類、抽象與概括等思維過程。

以上3種有助于學生經歷思維發展過程的途徑，在科學實驗教學中并不是孤立存在的，它們相互融通，彼此促進。概念的分解是實驗活動和記錄的起源;一層層問題將各個實驗活動緊密串起，幫助活動記錄走向實效;分步記錄步步接近概念內涵，有助于實驗活動的去偽存真。實驗教學并非僅依賴于某一策略發展學生思維，而是多策略協同共進，共同提升學生的思維品質。

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