在實驗設計中培養(yǎng)思維的深刻性

沈靈燕

摘 要：在科學教育中，提高學生的思維是教學的核心目標和根本任務，思維的深刻性是指學生透過現(xiàn)象把握事物的本質，提高思維深刻性在優(yōu)化學生思維品質中顯得尤為重要。為此，以實驗設計為抓手，在分析中喚醒，在評價中鼓舞，在實踐中體驗，在創(chuàng)造中生成思維的深刻性。

關鍵詞：思維 深刻性 實驗設計

思維的深刻性是指主體能夠不受事物表象的迷惑和干擾，善于運用概念思維，透過紛繁復雜的現(xiàn)象，把握事物的本質，進行抽象概括，抓住問題的核心，揭示隱含的信息，根據(jù)事物的初態(tài)遇見事物的發(fā)展。在初中《科學課程標準》中，對培養(yǎng)學生的科學思維提出了要求，初中科學教材根據(jù)課程標準選取核心知識，不同程度的培養(yǎng)、發(fā)展學生思維，提高學生思維的深刻性。科學核心素養(yǎng)閃耀著人類理性和智慧光輝的科學思維，具有持久和廣泛的遷移效應，對學生產生極大的吸引力和影響力。本文以實驗設計為抓手，提高學生思維的深刻性，從而促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1 初中科學思維發(fā)展現(xiàn)狀

勞厄說：“學習重要的不是獲得知識，而是提高思維能力，教育無非是將一切已學過的東西都遺忘時所剩下的東西。”在科學教育中，受升學壓力的影響，我們更多的關注學生知識的掌握，而很少去關注學生思維的開展。主要表現(xiàn)在：

1.1 重實驗操作，輕實驗原理

教材的一些實驗是給出實驗過程甚至結論，我們在教學過程中，往往會忽視實驗設計的目的，而是簡單的讓學生進行操作，得出結論，事實上很多學生根本不理解這個實驗的原理。

1.2 重實驗過程，輕交流評價

在初中的科學教學中，實驗過程很重要，我們往往會把實驗的流程作為整節(jié)課的重點，無論在實驗前還是實驗后，都缺失學生交流、評價，學生的思維不能向高階發(fā)展。

1.3 重教師權威，輕批判質疑

受中國傳統(tǒng)教育的影響，中國學生一直把教師作為權威，即使自己觀察到的現(xiàn)象與結論不同，很少會提出質疑和批判，這樣學生很難沖破前概念，得到概念的轉化。

1.4 重器材使用，輕原理制作

科學教育會設計很多技術產品，像溫度計、變阻器、電流表等，我們在教育中很關注這些器材的正確使用，很少會有老師去關注甚至嘗試制作這些器材。

這樣的教育現(xiàn)狀，使我國學生所擁有的知識量比較大，但思維能力、創(chuàng)造力卻不足。這說明知識不可替代思維，知識多的人思維能力不一定強。

2 如何以實驗設計為抓手，提高思維的深刻性

浙江省著名的物理特級教師吳加澍曾把自己的物理教育思想概括為：以實驗為基礎，以過程為主線，以思維為中心，以變式為手段。學生思維的發(fā)展，是科學教育的根本，以實驗設計為抓手，提高學生思維的深刻性，概括如下：

2.1 眀析實驗設計目的，分析中喚醒思維的深刻性

科學的教育離不開科學實驗，教材中無論是實驗裝置還是實驗方案的設計，都是思維的產物，蘊含著豐富的思維教育因素。在科學教育中，要充分利用這些素材，讓學生在科學學習中分析教材實驗設計的目的，這樣既能避免學生實驗的盲目性，又能提高學生思維的深刻性。

牛頓第一定律的中“阻力對小車運動的影響”實驗中，我們將實驗目的進行剖析。本實驗教學的目標問題是：力和運動有著怎樣的關系？我們將目標問題進行分解，通過各個子問題，而獲得目標的答案。（1）思考，一個物體作用往往是什么時候最清楚？——是這個物體不在（或失去）時最清楚。基于這樣的目標思想，我們將目標進行轉移，先解決一個更基本的問題：沒有力，物體將做什么運動？（2）生活中，并不存在不受力的環(huán)境，怎么研究沒有力的運動呢？我們可以考慮，讓小車所受的阻力逐漸減小，看小車的運動，從而推論不受力時小車的運動情況。（3）進而出現(xiàn)課本上的實驗，研究阻力對物體運動的影響。再將這個問題進行分解：①怎樣改變阻力大小？——在水平面上鋪不同的材料。②怎樣反應阻力對運動的影響？——給小車相同的初速度，比較在不同材料上的運動距離，距離長，運動狀態(tài)不容易改變。

愛因斯坦說“學習要善于思考、思考、再思考，我就是靠這個學習方法成為科學家的”，在實驗前去思考，分析教材實驗設計的目的，真正意義上去明白教材設計實驗的目的，在分析中喚醒思維的深刻性。實驗不在只是一個操作問題，而成為思維的提升，核心素養(yǎng)的提升。

2.2 完善實驗設計過程，評價中鼓舞思維的深刻性

教師在設計實驗教學時，要善于稚化自己，使自己退回到初學者的角度和地位，實驗教學中，最重要的不是獲得科學的結論，而是關注學生在實驗過程中有怎樣的體驗，學到了哪些科學技能和方法，思維的深刻性得到了怎樣的提升。

科學教科書利用如圖1所示裝置，探究空氣中氧氣成分的含量，如果只是照書本做實驗，那么完全失去了實驗的意義。從提高思維深刻性角度來看，在實驗前，一定要學生明白以下幾個問題：為什么使用如圖的裝置？為什么水升高的體積等于氧氣占有的體積？為什么要燃燒紅磷，而不燃燒別的物質？怎樣測量氧氣的含量？

這樣的教學思路，學生更能抓住事務的本質，更加全面的、深刻的思考問題，揭示事物的本質，尋找解決問題的多種途徑，在互相的“刁難”和評價中，鼓舞學生思維的深刻性。

2.3 質疑實驗設計結果，實踐中體驗思維的深刻性

羅素說，“這個世界上最大的麻煩就在于，傻瓜和狂熱分子對自我總是如此肯定，而智者的內心總是充滿著疑惑”，羅素這里講的疑惑，就是質疑和批判，質疑和批判不但能使我們理智的思考和理智的行動，還能幫我們沖破思想的牢籠。

在有一次培訓中，一位老師在教學摩擦力時，講到兩個物體的接觸面有水時，摩擦力會減小，但在課堂上有同學卻對這個觀點提出質疑：農民在使用鋤頭勞動時為了防滑，通常要在手心吐一口唾沫，這不是說明水能增大摩擦力嗎？面對學生的質疑，施老師沒有用“這個問題同學們課后去探究”之類話語去搪塞，而是通過探究去尋找問題的答案。她將一個木塊分別在兩塊木板上做滑動實驗，測量木塊滑動時受到的摩擦力。當木塊在有油漆的木板上滑動時，如果接觸面是干燥的，摩擦力為1N，如果接觸面間有水，摩擦力減小到0.8N。由此得出：接觸面之間有液體，摩擦力會減小。當木塊在沒有油漆的木板上滑動時，如果接觸面是干燥的，摩擦力為1.3 N，但是，當在接觸面之間抹少量水，使之稍稍變濕時，摩擦力反而增大到1.7N。如果在接觸面之間加大量水，摩擦力又減小到1.1N。

通過這樣的探究，學生明白：兩個固體接觸面之間有液體時，這個液體薄層會將兩個接觸面隔開，使接觸面之間的摩擦力減小。而當接觸面雖然變濕但未能形成液體層時，由于表面性質被破環(huán)，接觸面之間的摩擦力不一定減小。長期這樣的教學，學生就會帶著非常縝密的懷疑態(tài)度去看待各種事物，像科學家一樣思考問題，提高思維的深刻性。

2.4 回歸實驗設計本質，創(chuàng)造中生成思維的深刻性

科學教育中會涉及一些技術產品，它們都是人類思維的產物，在教學過程中，我們應當根據(jù)教學的需要和學生的認知水平，選擇一些合適的技術產品，引導學生退回到設計這些產品的最初思維狀態(tài)上來，像發(fā)明家一樣思考，體驗這些技術產品的創(chuàng)造過程。

例五：自制變阻器

教學片段：

師：根據(jù)影響電阻大小的因素分析，改變電阻大小的方法有哪些？最簡單的方法是什么？

生：長度、橫截面積、材料和溫度

師：最簡單的方法是什么？

生：改變長度。

師：思考調光臺燈的兩岸是怎么控制的？

生：直線式的變阻器

師：要使燈光調的更暗些該怎么辦？

生：電阻絲更長一些。

師：合金線太長，使用不方便，如何改正缺點。

生：把合金線纏繞起來。

師：繞合金所選材料有什么要求？

生：絕緣體，如陶瓷、橡膠等。

師：緊密繞法會使合金線之間相碰而短路？如何解決？

生：表面涂上絕緣的。

師：對，我們今天使用漆包線（合金線外面涂上漆，絕緣），如何解決滑片與漆包線之間的接觸？

生：與滑片接觸的漆包線把表面的漆去除。

師：那我們接下來就一起制作簡易的變阻器吧。

這樣的教學設計能讓學生從根本上了解變阻器的原理，變阻器的學習也不再只是一個操作問題，而是明確原理、制作的過程，學生在整個學生，是一個積極、主動建構的過程，培養(yǎng)思維的深刻性。

科學實驗設計與學生思維的深刻性密不可分，思維在實驗設計過程重得到有效的訓練和培養(yǎng)，通過分析目的、完善過程、質疑結果、回歸本質，讓學生深入理解科學概念和規(guī)律，正確把握科學過程的本質特征，提高思維的深刻性。

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浙江省海寧市許村中學 （浙江省海寧市 314409）