在不同年段的暗箱課中發展兒童的科學思維

孫靜妮

摘要：“解暗箱”作為一種重要的探究方法，有助于激發學生的學習積極性，提升他們的想象力和思維力，有助于改善學生的思維品質，培養他們的探究能力。

關鍵詞：小學科學;“解暗箱”;科學思維

在日常生活中，我們常常會遇到一些從外面打不開，又看不見里面狀態的事物，我們稱它為“暗箱”。其實，“暗箱”就在我們身邊。比如，西瓜在沒有切開之前就是一個“暗箱”。人們看紋路、掂重量、彈聲音——這一挑西瓜的過程就是在“解暗箱”。不打開“暗箱”，只從外部考察輸入、輸出的關系，從而認識事物的內在本質，是一種“由表及里”的邏輯思維方法。從工程技術到社會領域，從無生命到有生命系統，從宏觀世界到微觀世界，“解暗箱”都是一種不可或缺的認識方法。

“解暗箱”作為一種重要的探究方法，有助于激發學生的學習積極性，提升他們的想象力和思維力，有助于改善學生的思維品質，培養他們的探究能力。本文結合低、中、高年段的教學實踐，闡述在這一類課堂中發展學生科學思維的方法和價值。

一、關注相關性，在直接觀測中“司外揣內”

暗箱求解可以說古已有之，中醫通過“望、聞、問、切”四診來“司外揣內”，就是典型的“解暗箱”。“有諸形于內，必形于外”，說的就是內與外的相關性，一定的物質內部狀態必定釋放出一定的外部信息。我們可以根據暗箱的“外泄”信息，利用已有的規律和經驗去分析，推知暗箱的結構和可能具有的性質。

例如，蘇教版小學科學一年級上冊“暗箱里的秘密”一課，重點活動是“滾小球”。這里的暗箱結構相對簡單，主要是借助感官直接觀測，判斷箱子里障礙物的位置。針對一年級學生的認知特點，怎樣借助“滾小球”活動讓暗箱能“說話”，并讓學生聽懂暗箱的“悄悄話”呢？這需要教師對“滾小球”進行有針對性的指導，引導學生捕捉暗箱內“輻射”出來的每一個信息。教學中，教師可以通過幾個問題幫助學生找到“滾小球”的要訣。

（1）還是上下晃動嗎？（平放，慢慢傾斜箱子，讓小球沿著邊滾起來，要一條邊一條邊依次試）

（2）動作快一點還是慢一點？（慢一點，快了聽不清楚）

（3）怎么能更清楚地聽到小球滾動的聲音？（把耳朵湊近了聽，保持安靜）

（4）怎么去感受小球碰到泡沫塊時的變化？（還有一個感官能幫忙，可以用手摸著箱子的邊來發現滾動感、撞擊感的變化）

滾、傾、聽、摸是4個獲取暗箱內部信息的外部動作，富于變化的暗箱信息，這不僅勾起學生的好奇心和探究欲，也促使他們去直覺想象和思考判斷。這里師生都會產生困惑：“該不該打開箱子？”“到底誰對誰錯？”我們不妨想想，“打開”和“不打開”哪個更有價值？答案是肯定的，“未知”比任何東西都要讓人上癮。若打開了，謎不在了，好奇感消失了，學生的探究也就停止了。不打開暗箱，就意味著要用更多的方法來驗證自己的結論，要在一次次剖析暗箱中使結論趨于客觀事實。

二、關注統一性，在類比推理中“望表知里”

事物總是以“系統”的形式存在于世界之中，內在結構與外在功能是系統的辯證統一，結構是功能的載體，功能是結構的表現。“解暗箱”就是通過考察暗箱的輸入和輸出信息的動態過程，研究系統的功能和行為，進而推測、探求系統內部結構和運動規律。所以“解暗箱”的實質就是由功能探索結構，其出發點就是結構和功能的統一性。

例如，蘇教版四年級下冊“關節”一課，重點是了解關節的運動特點及原理，理解結構與功能的統一性。但對于身體這個“最熟悉的陌生人”，學生既無法通過自我審視獲得豐富的感性認識，也無法用操作實證來檢驗自己的猜測，這就需要教師引導學生將陌生的、不熟悉的問題與已經熟悉的問題或其他相似事物進行類比，從某些相似或相同的屬性角度出發，從結構與功能的辯證邏輯關系上加以推理檢驗。教學中，教師可以通過“猜—比—拼—畫”4個活動來“解暗箱”。

（1）猜：猜測肩關節連接方式，并交流猜測（用圖示展現思維過程，暴露前概念）。

（2）比：觀察相似動物的肩關節關節面（類比結構，感知接觸面形狀）。

（3）拼：用造型泥塑組合拼裝球窩、旋轉和鉸鏈關節（認識關節類型，理解鏈接方式決定活動方式）。

（4）比：對比髖關節和肩關節的不同，尋找深、淺球窩在靈活度和作用性方面的差異（理解結構與功能的統一關系，形成科學概念）。

長久以來，人們對于人類生命現象的認識是建立在觀察自然的基礎之上的，是以周圍世界中一些最常見的事物作為參照物的，是以認識自然中同樣的規律來認識自己的。“解暗箱”要求教師善于對問題進行歸納、演繹和類比，關注學生邏輯思維的發展，從外顯運動推測內在狀態，由內部結構認識外部作用，在思辨中對話真實的生命系統。這種“望表知里”的教學模式能為我們提供一種嶄新的認識方法。

三、關注因果性，在建模驗證中“以象測藏”

人體外部發燒，揭示內部炎癥;地表突發狗吠雞飛，反映地殼變遷，地震即將發生。現象和本質，輸入與輸出，確有一定的因果關系。如果有這樣一個系統，它對外部刺激有著與“暗箱”原型相同的反應，那這個系統就可能是“暗箱”的答案。怎樣設計這樣的系統呢？依據因果關系，應該以條件相類、環境相似、功能相同為前提，建立一個關于研究對象的模型，然后通過研究人為的模型，大膽猜測想象，進行模式演繹，從而解開“暗箱”的奧秘。

例如，蘇教版五年級上冊“探測暗盒里的電路”一課，主要圍繞檢測“電路暗盒”這個活動展開。在教學實踐中我們發現，“簡單電路”是學生很難理解的概念，而內部不可見的“電路暗盒”就難上加難了。這就需要教師在教學中把握學生認知障礙的核心，根據電路各組成部分的特性及檢測結果，利用簡易材料制作能實現同樣效果的電路模型，對“電路暗盒”的內部結構和功能做出基于事實的假說。這里的“解暗箱”大致有“檢測暗盒—猜測暗盒—模擬暗盒”3步（如圖1所示）。

模擬求解是基于觀察實驗后更深層次的探究，是另一種驗證。構建模型進行解釋的價值在于過程，即根據測試結果進行可能性分析和因果推斷，逆向推理出暗箱內的元件及結構，不斷完善、修正，使建立的模型逐步接近暗箱的內部結構，最終達到模型和暗箱的同構。“解暗箱”并不是直接認識，而是另辟蹊徑，從系統外部的信息出發，“以象測藏”，逆向探尋思路，分析產生這些外部信息的內在原因和條件，從而推理出暗箱的本質及內涵。因此，“解暗箱”體現了一種“透過現象看本質”的哲學思想。

參考文獻：

[1]石國強.淺談提高小學科學課堂教學有效性[J].科學大眾（科學教育），2009（11）.

（責任編輯：奚春皓）