發展學生思維 促進概念形成

　　摘 要：邏輯推理能力是科學素養的重要因素。運用邏輯推理是科學探究的重要方法。在小學科學課程的探究活動中，要注重培養學生的邏輯推理能力。為此，要設計有結構的問題，提供有結構的學具，創設有結構的活動，重視課外活動。
　　關鍵詞：科學探究；邏輯推理；問題；材料；活動
　　中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2011）09-0054-04
　　
　　小學《科學課程標準》指出：小學科學是以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程。
　　科學課程突出了科學探究在科學學習過程中的重要性，將其放在科學教育的中心環節上，著力于發展每一個學生對科學的理解力和從事科學探究的能力，核心目標是提高學生的科學素養。而“具有初步推理能力，能從個別推出一般，或從一般識別個別；具有初步分析、歸納、綜合的能力，能對事物、現象的各個方面或各個部分加以分析、綜合，認識局部與整體的關系”也正是9～12歲兒童應該具有的科學素養之一。
　　在漢語語義上邏輯推理有兩個含義：其一指“由一個或幾個已知的判斷（前提）推出新判斷（結論）的過程”；其二指論證，即通過辯論，運用論據來證明論題的真實性的過程，目的是為所獲得的特定結論提供理由。 結合小學科學的科學探究活動，所謂的邏輯推理是指學生通過激活原有經驗，理解分析當前的問題情境，通過自然觀察或實驗取得證據，借助于推理提出現象或結果產生的原因，并在證據和邏輯論證的基礎上生成新理解、新假設，豐富、充實或者是調整、重構原有知識經驗。
　　科學課是由一個個科學探究活動組成的。從實施的角度來看，科學探究學習應具有以下三個特點：第一、學習者需要由問題或設計任務出發，展開自己的學習活動；第二、學習者需要通過觀察、調查、實驗、假設、推理等多種形式的探究活動，提出自己的解釋，或者設計和制作自己的作品；第三、學習者需要通過表達和交流，驗證、修正自己的解釋，或者改進自己的作品。在這樣的探究學習過程中，學生是否具有邏輯思維能力，是否能運用邏輯推理分析問題，決定學生能否有條理地分析問題，有計劃地開展活動，有成效地解決問題。因此，科學探究活動離不開邏輯推理，我們應該充分重視和發揮邏輯推理在學生科學探究學習中的作用，為學生的探究性活動推波助瀾。
　　
　　一、設計有結構的問題，啟發學生進行邏輯推理
　　
　　建構主義者提出了許多教學改革的設想，在這些設想當中有一條被廣泛采用的基本思路，這就是：基于問題解決來建構知識。而有結構的問題，則能使這些推理更有根據、有理由，能啟發學生的思維，讓學生圍繞有結構的問題步步深入開展探究性活動。
　　1.封閉性的科學問題是基礎。封閉性的科學問題往往能指向確定的答案，有利于活動的設計、學具的選擇，有利于教學目標的明確，有利于孩子們沿著活動所指引的、而不是教師所規定的清晰的目標順利地達到認知的彼岸。
　　封閉性的科學問題是邏輯推理的基礎。例：教師準備和孩子們一起研究有關水的問題，課的一開始，教師先給學生3只不同形狀、不同大小、裝入不同量的水的瓶子，讓學生先觀察、活動，然后再讓學生提出活動中產生的問題，學生的問題就會有針對性，比如“三個瓶子里的水哪個多”等，這樣的問題，在教師的協助下，學生是可以想辦法通過實驗來驗證和解決的。
　　小學階段的學生，由于抽象思維能力不夠，往往不能獨立地、成功地提出一個封閉的科學問題，因此，要靠教師的引導和親歷活動中產生矛盾和困惑，才能成功地提出問題。
　　2.有梯度的問題是關鍵。探究活動所能達到的深度很大程度上取決于所提問題的質量。只有那些富有啟發性的探索性的問題才能激發學生對活動的興趣、探索的欲望和創造的熱情。由淺入深、循序漸進地提出問題，才能使探究的活動過程和學生的思考不斷深化，并達到良好的活動效果。
　　下面在《運用感官》一課中關于“兩只眼睛的研究”的問題就很好地體現了問題的梯度：
　　“你們為什么會有兩只眼睛？”
　　“你們怎么知道兩只眼睛的作用？”
　　“你們是怎么做的？”
　　“誰還有什么別的發現么”
　　這四句問話代表四個認識過程：第一句是猜想；第二句是方法；第三句是證據，第四句是尋找更多的證據或修正已有的解釋。這是一個微型的科學發現過程的再現。從這個例子中我們不難發現，具有梯度的問題能對探究活動起到推波助瀾的作用，并且能使探究活動始終都沿著一條邏輯思路發展。
　　3.少而精的問題是保障。（1）問題要精：例如，“你想研究什么？”“你打算怎樣研究？”這樣的問題比以前的滿堂灌當然進步很大，但怎樣讓孩子參與教學過程，參與什么，還不甚清楚。我們再來看看《點亮我的小燈泡》中的問題的提出：教師將準備好的材料放在每組學生面前，說道：“看看你們能不能使電燈亮起來。”精確、簡潔，直接指向學生的研究活動。
　　（2）問題要少：在探究活動中，《標準》建議我們盡量少講話，實際上在整個活動中，我們的提問也應做到少、精，尤其是在孩子們埋頭活動中，當你不能提出有意義的問題或沒有把握的時候，就不要提問，讓孩子們自己去做，而不是在整個活動過程中充滿教師的聲音和問題。實際上，教師問題如果問得不好，反而會干擾孩子們的探究。以“蝸牛的觀察”為例，當孩子們明確要觀察蝸牛殼并準備開始觀察時，教師忍不住發問：“蝸牛殼的觀察會有多少觀察內容，你準備用什么方法觀察？”這會讓學生出現混亂，原來的思路也可能被打斷。我們要聆聽學生的發言，順著他們的思路，比如他們要研究蝸牛的殼的時候，千萬別把觸角硬拉進來。
　　
　　二、提供有結構的材料，促進學生運用邏輯推理
　　
　　布魯納倡導“發現學習模式”，強調“有結構的提供教材” ，在一個比較完整的結構框架中不斷地探究發現，并把所發現的東西與先前的知識經驗重新組合，從而推進思維發展，建構起一個新的認知結構。
　　“學具的種類和組合以及交給孩子們的次序就是學具的結構；所謂結構嚴密指的是各個學具之間、學具與教學內容和教學目標之間具有緊密的聯系。因此，具有這種功能的學具叫具有嚴密結構的學具，簡稱有結構的學具。” 它是教師經過精心設計的典型教學材料的組合。這種材料的組合，既要揭示教學內容有關的一系列現象，體現教材的科學性，又要符合學生年齡特征和認知規律，貼近學生的日常生活，還應具有趣味性，使學生喜歡并有能力通過對材料的探索來發現問題，解決問題，獲取新知。有結構的材料可以把孩子門的思路吸引到主題上，有助于學生掌握探究方法和技能，提高學生科學素養。正是這些“有結構的材料”才把有結構的知識、有結構的活動有機地聯系起來。
　　1.立足揭示科學概念，體現材料的啟發性。有結構的材料是對自然現象或運動變化“濃縮”的材料。必須組成啟發揭示科學概念的結構，從而啟發學生去探究。在《反沖現象》一課中，材料要求指向“物體噴出氣體、液體或固體，物體會向相反方向運動”這一概念。教師為學生提供的有噴氣能飛的氣球，噴氣能跑的小車、噴氣能前進的小船、噴水能旋轉的瓶子，這一組材料為氣球、車、船、瓶，看起來毫無關聯，但學生操作這些探究材料會發現一個共同的現象：它們內部都有氣體或液體，他們的運動方向都和物體的運用方向相反。這樣，這些材料集合在一起就具有了一種結構，這種結構揭示了反沖現象的概念。學生通過操作受到啟發，從而對反沖這一現象有了科學的認識和理解。
　　2.立足生活實踐，體現材料的趣味性。在科學探究活動中，教師給學生提供的有結構材料應能引發學生對材料的好奇心，進而擺弄、操作、探究這些材料。同時教師應鼓勵學生去發現，幫助孩子們就某幾點得出一致的意見，以此激發學生探究知識的好奇心。因此，材料的選取應貼近生活，最好是隨時可得、隨處可見的。再通過教師的設計和加工，增加在形式上的趣味性，學生在接觸材料時，如果能讓他多層次、多角度、全感官去探究，便能使探究樂此不疲，興趣盎然；增強在材料內容上的趣味性，更容易引發學生探究的興趣；同時在組織使用上，也應該體現趣味性，以吸引學生的探究欲望，促使探究活動向課外拓展和延伸。
　　
　　3.選擇數量和種類充分且必要的材料。材料的數量和種類的選擇對于主題應該是一個不多、一個不少，每個材料都應該有獨特的不可替代的作用。科學課使用材料進行教學，讓學生親自動手操作實驗，將兒童眼睛、耳朵、手綜合運用，將會大大提高學生的學習的效率。例如一位教師在引導孩子建構“溶解”概念的第一堂課中，給每組學生準備了以下的材料：3只標有A、B、C的杯子，分別放了一些白色粉末（鹽、糖、面粉） ，6只空杯子、3把塑料小勺、1小罐水。讓我們來看一下最后學生得出的結論：
　　我們把鹽放進許多水里，鹽化掉了。
　　如果你用的水多，你還可以使更多的鹽化掉。
　　在一點兒水中放許多鹽，有些鹽化到水里了，還有些沉到底部。
　　可以看出，每個材料都為學生概念的發展“發揮了自己的光和熱”。之所以準備這3種白色粉末，是引導學生認識有些物質可以被水溶解，而有些不可以。6只空杯子和1小罐水，既保證學生有足夠的活動的材料但又不會因為材料過少或過多影響活動本身。（如果一小罐水換成一大盆水，很可能學生會對“玩水”這件無關緊要的活動產生濃厚的興趣。）
　　在對材料進行選擇時，需要注意的是：材料必須和學生學習的內容有關，也必須能夠吸引和適應特定年齡和能力的孩子們，使孩子們能夠通過適當的探究活動，有多種發現或結果，使討論內容豐富。
　　4.分階段發放材料，呈現層次性。教師通過材料的選取和組合以及交給學生時的次序，可以幫助學生發現和提出問題，同時也就形成了結構。例如，在研究“沉浮和大小、輕重”的關系時，教師發給每個合作組一些肯定會下沉（螺帽、橡皮泥等）、肯定會上浮（泡沫、紙片等）和難以辨別沉浮的材料（牙簽、回形針、光盤等）。學生開始猜測，這些材料中大的會沉，小的會浮，或者是輕的浮，重的沉，但實驗后孩子們去發現結果卻不是像他們所認為的，他們模糊地認為其實物體的沉浮與它的大小、輕重是沒有關系的。看到學生產生矛盾和疑問后，教師笑而不答，再提供給每組大小一樣，輕重不一樣的材料（圓球）。學生實驗后又驚喜地發現，原來在這組材料中，輕的浮，重的沉。看來和輕重還是有關系的。“沉浮和大小是不是也有關系呢？”有學生發問。“試試看！”教師再提供給每組輕重一樣，大小不同的材料（圓柱）。學生實驗后的又一個重大發現：原來在這組輕重一樣的材料中，大的浮，小的沉。“哦，原來跟輕重、大小還是有關系的。”“是越小、越重的就越容易沉。”“那輪船怎么會浮”最后，孩子們帶著“似乎明白了”的滿足和新一輪的疑惑結束了一節科學課的探究旅程。
　　在上面的案例中，為了學具的結構更清楚，使孩子們更容易看出其結構，學具的發放可分階段進行。較后發放的學具稱為“后續學具”。教師選取的三組材料之間都有極強的先后邏輯順序，始終牽制著學生思維活動的發展，我們從下面這張表格中可以發現學生思維的層層推進。
　　
　　后續學具可以循序漸進地增加問題的復雜性，并使學生在逐漸復雜的問題中思維活動步步深入，繼而給人以強烈的探究欲望和動力，促使學生去進一步發現，這就提供給學生以連綿不斷的探究動力。
　　
　　三、創設有結構的活動，深化學生運用邏輯推理
　　
　　教育心理學研究表明：小學生思維處于無序思維向有序思維的過渡階段。在教學活動中，學生的思維是隨著教學的順序進行的。有結構的活動通過深化學習過程，使學生經歷更充實、深刻的探究活動，幫助學生形成清晰流暢的思路，同時使學生的思維向縱深發展，啟發學生有獨創性地理解，使得教學頗有成效。
　　1.活動目標明確。這里所說的目標明確是指教師要明確在一堂科學課中要學生形成什么概念，所有的活動都必須圍繞這個概念展開，都必須是為了形成這個概念服務。這樣的活動，會讓兒童窮追不舍地探究下去，促使學生在探究中學習，形成研究的能力。反之，則會使學生的概念混亂，活動沒有成效。
　　例如：在一堂水的觀察課上，教師設計了如下的邏輯關聯：水的性質——水的液體性質——混合物（污染的水）——怎樣選擇飲用水。當課進行了一大半以后，孩子們的概念發展到“水是一種無色、無味、透明”的物體時，教師將三種不同顏色的水交給學生觀察，其實教師的目的是想讓學生注意到水質污染的問題，可是這個活動的增加卻畫蛇添足了，最后學生小結這堂課的收獲時，認為“水有不同顏色”。使學生原來已經形成的關于“水是什么樣的物質”的概念混淆了。
　　因此，我們必須根據學生的年齡特征和能力水平，選擇學生能夠達到的概念水平來安排活動，并使活動始終為這個概念服務，為學生的發展服務。
　　2.活動過程簡捷。在《空氣可以被壓縮嗎》一課中，孩子們要形成的概念是“空氣可以被壓縮”。教師是這樣引入概念學習的：往一個癟氣球里打氣，并且記錄打氣的次數——感受氣球打圓后越打越硬——討論得出氣球越硬越有彈性——討論為什么氣球越硬越有彈性——空氣的壓縮。“空氣的壓縮”是這一課的主題，但這個概念的提出和轉換過程太長，一開始的活動很容易分散學生的注意力，又是氣筒、又是氣球，而且學生也根本不知道活動的目的是什么，不符合學生的經驗基礎和認知能力，不符合科學的簡捷原則，更別說學生能夠在這些活動中深化思維。
　　我們再來看另一個“空氣的壓縮”的活動設計：玩針筒——提出在玩的過程中發現的問題——提出有的針筒按不下去的假設——利用不同的針筒再實驗——交流實驗結果，在研討的基礎上得出“空氣可以被壓縮，壓縮空氣有彈性”的概念。
　　這個活動過程就顯得簡潔和有針對性，每一個活動都在推進學生思維的發展，并且和學生的思維和邏輯推理方式呼應，最終形成科學的概念。
　　3.活動結構清晰。一般來講，教學中的科學探究活動，常常是“孩子們使用材料的自主探究——討論（提出問題）實驗——繼續討論（分析資料）——教師引導下的小結（得出結論，提出新問題）”這樣一個邏輯過程。結構清晰的探究活動，能使孩子們的概念朝著預定方向發展，才能使概念的發展、思維的發展清晰而不混亂。
　　我們一起來看一下《研究紙的吸水性》的教學結構：猜測將一些不同的紙放進水里，會有什么現象——學生猜測：有的吸水多，有的吸水少——給出問題，哪些吸水多，哪些吸水少——學生再猜測，引起爭論——大家討論如何實驗驗證猜測——大家實驗驗證。
　　不難發現，以上的過程實際是 “問題——假設——設計實驗——用實驗驗證”的過程，在這樣一個結構清晰的過程中，也可以發現，學生的概念水平正循序漸進地發展，并在逐步豐富學生對于“紙的吸水性”的概念發展。
　　那么如何使活動結構清晰？
　　（1）活動要有情境化的背景：活動要情境化，尤其對低年級學生。所謂情境化就是讓孩子們進入一個他們所熟悉的經驗之中。比如，實地觀察、利用學生真實發生的事情、游戲、故事等。因為這樣的探究活動會使孩子們覺得是在“做一件有意義的事”，“做一件和他們息息相關的事”。從而使探究在孩子們“有意義”的氛圍中向前推進。
　　（2）活動要有自主發現的過程：活動的關鍵在于自主發現的過程，而不是教師“命令”的過程。波利亞說：“學習任何知識的最佳途徑是自己發現。因為這種發現，理解最深，也最容易掌握其中的內在規律、性質和聯系。”學生自己設計活動和預測，進行實驗（實踐），在課堂上探究性學習很多時候都分組進行，組內成員的交流、討論，積極配合動手實驗，為了共同的學習目標，相互監督、相互影響。就像蘭本達所認為的，在整個科學活動的經歷中，思維和行動應該比語言占優勢。
　　
　　（3）活動要有水到渠成的小結：自主探究是有目的的行動。孩子們將嘗試到的觀察、實驗所獲得的數據進行核實、解釋后，在具有許多矛盾的情況下，需要有人對其進行概括和整理，也就是小結。小結的時候要注意：①要用孩子的話進行小結。例如，在一堂低年級的“溶解“的課中，最后的小結如下：我們把一點鹽放進許多水里，鹽化掉了；如果你用的水多，你還可以使更多的鹽化掉；在一點水中放了很多的鹽，有些鹽化到水里了，還有些沉到底部。對于孩子來講，這樣的小結是符合他們的認知的，是符合他們所能接受的概念水平的，也是他們自己的結論。②小結要簡短、清晰。最終的結果應該是很少的幾條，這樣才會對孩子們明確概念起到作用。③要對孩子們的探究過程進行回顧與評價。以科學探究為核心的科學課的課堂上，教師對學生的評價對學生探究能力的提高、科學思維的發展起著至關重要的作用，是發展其科學素質的重要手段。
　　
　　四、重視課外活動，延伸學生運用邏輯推理
　　
　　新的《科學課程標準》提出了一整套適應時代發展需要的教育教學理念，特別強調了“課程的開放性”、“教師不要把上下課鈴聲當作教學的起點和終點”。顯然，科學教育不能局限于書本、課堂之間，需要不斷開拓、引入鮮活課程資源，通過生活開展科學探究活動。課外活動內容往往與課程教學息息相關，是課堂知識的深化、延續、應用和發展。要充分挖掘、利用課外活動的特點和優勢得以發揮，讓學生課外活動的特點和優勢，讓學生在課堂上學到的科學知識和科學方法得以應用，思維得以發展。如果說課堂教學是知識的積累、方法的演練、技能的訓練、情感的熏陶，那課外探究則是知識的運用和累加、方法的重組與強化、技能的訓練與增強、情感的體驗與升華。
　　通過拓展課外活動，可以引導學生舉一反三，觸類旁通，拓展思維的廣度，從多角度去思考問題，提高組合式技巧。教科版科學拓展活動就是學生利用課余時間觀察大自然、組織野外活動、進行小實驗、小制作、進行中長期探究的廣闊天地。如學了《電》單元以后引導學生來制作“水果電池”，學了《光的反射》設計“可以看到四面八方的潛望鏡”，學習了《太陽能熱水器》后調查了解人們利用太陽能的情況等等。學生在這些小發明、小創造、調查活動、考察中，多種感官同時參與，失敗時冥思苦想與反復實驗，成功時那無以名狀的喜悅與歡騰，在潛移默化中有效地推動了學生創造性思維的進一步發展。
　　總之，我們追求在科學教學過程中，學生們愉快地進行科學探究活動，要保證每一項活動中科學思維的凸現，一種客觀的、建立在證據基礎上的思維方式、一種建立在嚴密的邏輯推理基礎上的思維方式的培養，這才能抓住科學教育的本質。