在科學教學中滲透數學轉化思想

李琎

[摘 要]轉化思想原本是數學中常見的基本思想，而小學科學中其實已有涉及但未得到重視。基于此，以教科版小學科學教材為研究對象，對教材中隱含的轉化思想進行挖掘和分析，闡述如何在小學科學教學中進行轉化思想的滲透，從而進一步培養學生的科學思維能力和探究能力。

[關鍵詞]轉化思想;數學;小學科學;科學探究實驗;思維能力

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）33-0084-02

轉化也稱化歸，是指將未知的、陌生的、復雜的問題通過演繹歸納轉化為已知的、熟悉的、簡單的問題，從而使問題順利解決的數學思想，是數學中最常用的思想。而科學學科其實與數學關聯非常的密切，轉化思想的實質是通過對問題的轉化來解決問題的一種方法，在科學課程中其實已經在很多地方涉及了這一思想，但是往往沒有得到特別的重視。眾所周知，小學科學課程的總目標是培養學生的科學素養，其中思維能力的培養尤為重要，而在科學教學中滲透轉化思想，讓學生在科學探究的過程中經歷不一樣的思考，不僅增加探究實驗的可操作性和成功性，更有助于學生的科學思維能力得到進一步的發展和提高。

一、認識轉化思想，深化學習內容認知

在科學課程中，轉化思想方法是隱含在知識體系里的，不成體系地散見于教材各章節中，是無“形”的。為此，我們有必要在理清知識網絡時，同時發掘教材中蘊含的轉化思想。仔細分析小學科學各年級的教材，不難發現低中高三個階段中均有涉及轉化思想的內容，而科學課程中的轉化與數學轉化思想有一定不同，大致有以下三種類別。現以教科版小學科學教材為例，梳理如下：

1.化“不便”為“方便”

一年級上冊第二單元第三課《用手來測量》，在測量桌子的高度有幾搾這一探究活動中，為了測量更加方便，也為了在測量時可以做標記，并不是直接測量桌子的高度，而是將桌子的高度轉化到相同長度的紙帶上，然后對紙帶進行測量，可以說是學生在小學科學學習中接觸到的最早的轉化思想。

2.化“無形”為“有形”

三年級上冊第二單元第七課《風的成因》，用蠟燭、長方形紙盒探究風形成的原因。當紙盒內的蠟燭點燃時，風就形成了，雖然風這種物質是我們的眼睛無法看見的，但此時在出風口上方放上一束紙條，就可以將無形的風轉化為眼睛可以看得見的紙條的飄動，從而判斷出是否有產生風。另外這個實驗中，在通風口處點燃一支蚊香，借助蚊香燃燒產生的煙霧，就可以將無形的不能觀察到的空氣流動路線化為可以觀察的有形的蚊香煙霧流動的路線。

五年級下冊第二單元第四課《空氣的熱脹冷縮》中，空氣是無色無味透明的，看不見也摸不著，怎樣才能觀察到它的體積變化呢？巧妙地在錐形瓶口上套上一個氣球，然后用水浴法對錐形瓶進行加熱，當空氣受熱膨脹后，可以看到氣球鼓起，遇冷后氣球又回縮，從而將無形的空氣的體積變化轉為可以見得到的氣球體積的變化。

同樣是五年級下冊第二單元，《熱是怎樣傳遞的》一課中要探究熱在金屬中的傳遞方向，熱是無形的，想觀察到它的傳遞方向，需要借助其他物體進行轉化。教材中在鐵絲上每隔一定距離用蠟粘上一根火柴，用酒精燈對準鐵絲加熱，然后觀察火柴掉落的順序，將無形的熱轉化為可見的火柴的掉落。

3.化“細微”為“明顯”

在五年級下冊第二單元第五課《金屬熱脹冷縮嗎》中，為了驗證銅球是否具有熱脹冷縮的性質，先是對銅球進行加熱，然后需要觀察并判斷受熱后的銅球是否變大，遇冷后是否又變小。我們知道即便一個銅球確實有膨脹變大，但想靠肉眼去觀察到這一現象是很困難甚至幾乎無法實現的一件事情，所以教材中在這里就設計了一種絕妙的判斷方法，引入一個特定大小的銅環。當銅球未被加熱時，銅球可以順利穿過銅環，而銅球被加熱后，會發現無法穿過銅環，由此得出銅球確實變大的結論，在這里將難以直接觀察到的銅球大小的變化，轉化為銅球能否通過銅環來進行判斷，巧妙地運用了轉化思想。

又如五年級下冊第二單元第三課《液體的熱脹冷縮》中，為了清楚地觀察到水在受冷和受熱時體積發生的變化，在圓底燒瓶的上方插入了一根細細的玻璃管。當水受熱或遇冷時，它在圓底燒瓶中的變化非常細微，很難觀察到，但是卻可以看到細玻璃管中水柱的高度發生了明顯的變化，水位升高代表膨脹，水位降低代表收縮，借助一根細的玻璃管就將細微的水的體積的變化轉化為觀察水位高低的變化，更直觀更明顯。

二、利用轉化思想，優化探究實驗設計

科學課程倡導探究式學習，科學探究不僅僅是學生掌握科學知識的有效途徑，同時也是學生養成科學的思維方法和創新精神的重要載體。以科學探究實驗組織課堂教學，學生學習興趣高昂，觀察能力、動手操作能力、思維能力都能得到鍛煉和提升，而這些能力的形成與發展正好也是探究式學習必不可少的，也有助于學生更深刻更透徹地掌握所學的科學知識。

而在科學探究實驗中，實驗方案的設計則是非常重要的一個環節，不僅關系到實驗是否有較強的可操作性，還關系到是否能通過實驗成功地得出相應的實驗結論。在部分實驗中利用轉化思想去進行設計，將不容易觀察到的實驗現象轉化為較為明顯的容易觀察到的實驗現象，化暗為明，使得實驗方案更為優化，大大增加了實驗的成功性。

同樣是在教科版小學科學五年級下冊第二單元的第五課《金屬熱脹冷縮嗎》中，另一個探究實驗是驗證鐵絲是否會熱脹冷縮，如果用直尺去測量加熱前和加熱后的鐵絲長度，會很難觀察到明顯的現象，因此這也成了本節課教學中的難點。恰巧在一堂線上教育課中，觀看到張家港市云盤小學的惠花老師在這個部分進行的巧妙轉化（如圖1），在鐵絲的一側固定一個指針，利用定位螺絲拉緊鐵絲，此時指針成水平狀態，針尖剛好指向左側刻度板上中間的0刻度線。在對鐵絲進行加熱時，鐵絲受熱膨脹變長，這時可以看到指針向下偏轉，停止加熱后，鐵絲受冷收縮，指針又向上轉動，最后回到0刻度的位置，并且重復多次，實驗現象相同。通過這樣的巧妙設計，利用轉化思想，將原本肉眼難以直接觀察到的鐵絲長度的變化轉化為較為明顯的指針方向的變化，提高了實驗的成功率，也使學生對鐵絲也具有熱脹冷縮這一性質有了更為深刻的認識。

三、滲透轉化思想，培養科學思維能力

從對轉化思想的了解、到掌握、再到靈活運用需要一個漫長的過程。因此，在科學教學中，教師應把隱含在知識中的轉化思想加以揭示和滲透，讓學生明確轉化思想的作用，體會運用轉化思想的樂趣。在整個教學活動中，盡可能多地為學生提供機會去應用轉化思想，從而引導學生逐漸認識并掌握這種學習方法，進一步地提高分析問題和解決問題的能力，培養科學思維。在教學中，可以從如下幾個方面滲透和運用轉化思想。

1.巧設提問

巴爾扎克曾經說過：“打開一切科學的鑰匙，都毫無疑問的是問號。”可見提問的重要性。在教育教學中，通過提問不僅可以激發學生的學習興趣，引導學生深入思考，更能促使學生由被動接受知識轉化為主動學習。

在關鍵處提問。例如在一年級上冊第二單元《用手來測量》一課，測量桌子的高度有幾搾這一探究活動中，用到了紙帶，但是此時教師最好不要拿出紙帶直接向學生介紹，而是提問：“同學們，你們有什么辦法可以讓測量變得更加方便嗎？”交給學生一定的思考空間和時間，可能學生此時不一定能思考出轉化的方法，但重要的是讓學生親歷這段思考的過程，多次強化后思維能力才會得到鍛煉，然后再去引入紙帶，學生對于此處的轉化應用會有更深刻的感悟。

學生自主發現問題。科學探究是以問題為中心，根據已有的知識進行合理的方案設計，親歷探究過程，再對得到的現象、數據進行分析，總結出正確的實驗結論。在實際的探究活動中，很多時候實驗并不是一次就成功完成的，當實驗現象和原有的認知發生沖突的時候，學生就從中自主地發現問題了，此時教師要抓住時機，激發學生進一步思考的欲望，學生也會更加積極主動地去思考解決問題的辦法。

2.活用教材

“教材只能作為教課的依據，要教得好，使學生受益，還得靠老師的善于運用。”這是我國著名教育家葉圣陶先生說過的話。作為科學教師，應該認識到教學中是在用教材，而不是教教材，并且要靈活地有創造性地去使用教材。尤其在科學探究實驗中，很多環節都需要根據實際情況去進行重新的加工與設計。

再回到教科版五年級下冊第二單元《熱是怎樣傳遞的》這一課，探究熱在鐵絲中的傳遞方向是怎樣的。教材中是用蠟將火柴粘在鐵絲上，然后通過蠟燭掉落的順序判斷出熱傳遞的方向。當每根火柴上粘的蠟量有所不同時，有可能因為蠟量的不同而影響到火柴掉落的順序，從而無法得到可靠的實驗結果。來自蘇州市彩香實驗小學的徐旦老師在這里做了更優化的轉化設計，不用蠟在鐵絲上粘火柴，而是直接在鐵絲上套上大小相同的蠟環，這時再通過蠟環掉落的順序去判斷熱傳遞的方向，這樣的轉化讓實驗結果變得更準確更可靠。

因此，用心去發現小學科學教材中隱含的轉化思想，在教學過程中注重對學生進行轉化思想的滲透，不僅可以深化學生對學習內容的認知，更有助于學生養成良好的思考習慣，進一步地提升科學思維能力以及探究能力，形成優良的科學素養。

（責編 韋淑紅）