凸顯科學思維能力

錢海丹

摘 要： 本文通過對2014年杭州市中考科學試題的分析研究，發現試題總體注重對學生思維能力的考查，特別是在生活實例中如何選擇、運用思維策略的能力。試題中運用頻繁的思維方法有整體思維、轉化思維和探究思維。在科學教學中需注重科學思維能力的培養，使學生掌握基本的思維方法。

關鍵詞： 中考試題 整體思維 轉化思維 探究思維

《初中科學課程標準》（以下簡稱《課程標準》），確定了初中科學課程的性質是以對科學本質的認識為基礎、以提高學生科學素養為宗旨的綜合課程。在課程目標上，它強調理解科學探究，養成科學的思維習慣，以解決實際問題[1]。初中科學教學來源于生活，又以生活為目的。2014年杭州市中考科學試題，除結合生活實際考查基礎知識和技能外，更重視對過程與方法、體驗與探究的考查，展現科學思維品質，符合《課程標準》與《中考命題細則》的要求。

一、整體思維，宏觀把握

整體思維是一種很重要的科學思維方法，該思維方法的關鍵是拋開復雜的關系，不著眼于局部，從整體上把握對象之間的內在聯系。面對問題，將其作為一個整體處理，整體分析，迅速設計出解決思路，從而快速地解決問題。運用整體思維方法能夠化繁為簡，化難為易，是學生思維全面性和靈活性的體現。

例如，2014杭州市中考試題第6題：短跑運動員在某次百米賽跑中測得5秒末的速度是9.0m/s，10秒末到達終點的速度為10.2m/s，則下列說法正確的是（？搖）

A.前5秒內運動員的平均速度為4.5m/s

B.后5秒內運動員的平均速度為9.6m/s

C.本次百米賽跑中運動員的平均速度為10.0m/s

D.本次百米賽跑中運動員的平均速度為9.1m/s

解析：這一題在考查“速度”、“瞬時速度”和“平均速度”的概念的同時，考查學生從整體上把握信息的能力。若學生糾纏于“5秒未的速度”、“10秒末到達終點的速度”這些信息，則往往會使問題復雜化，陷入計算困境，容易選錯。運用整體思維，從運動員的整個運動過程分析，會發現本題的重點信息是“百米賽跑”和“10秒末到達終點”，由“百米”和“10秒”可直接求得運動員在百米賽跑中的平均速度是10m/s。

除了上述物理問題外，整體思維也用于解決化學問題，具體體現在用守恒法解題。化學反應是原子或離子之間的重新組合，反應前后組成物質的原子個數、物質的質量始終保持不變即守恒。解題時，從整體出發，認識到化學反應的實質，直接抓住物質變化過程中的特有的守恒關系，能夠快速準確地解答問題。例如：第30題第一小題Cu2S在空氣中灼燒的化學方程式配平，根據反應前后原子個數守恒。第37題，……將30克鄰叔丁基苯酚完全燃燒，生成88克CO2和25.2克H2O（無其他產物）。已知鄰叔丁基苯酚的相對分子質量為150，第一小題求30克鄰叔丁基苯酚中含碳元素多少克，氫元素多少克，根據反應前后各元素質量守恒，直接求出CO2中的碳元素質量和H2O中的氫元素質量。總之，學生在解答這類問題的過程中，要把握全局、整體思維，充分調用已有知識，透過問題表象，抓住對象的科學本質，而不是僵化在題目所設的情景之中。

二、轉化思維，靈活運用

在解決一些陌生的復雜的實際問題時，可以通過轉化思維的方法，將實際問題轉化為理想模型、將正向思維轉化為逆向思維、將一般條件極端化、將文字敘述轉化為圖像、將隱含條件轉化為明朗實用等。運用轉化思維方法使得問題熟悉化、簡單化、直觀化，在解決問題的同時，可以有效訓練學生思維的敏捷性、靈活性、深刻性和創造性，提高思維品質。

例如，第35題：汽車超載是當前發生交通事故的重要根源。為了加強監控，各地均設置超載監測站。如圖1所示，已知某汽車的自重為2噸，其載重量為10噸。現讓該汽車前輪開上地磅秤，其讀數為5噸，后輪開上地磅秤讀數為6噸，且前后輪與地面的接觸面積相等。問：（1）該汽車的前后輪對地面的壓強是否相同？為什么？（2）該汽車是否超載，通過分析計算說明理由。

圖1

解析：“電子地磅秤”對學生來說是一個全新的情景，完全陌生的問題，若思維能力不足，則往往無從下手。本題要求學生在知識性基礎上，靈活運用轉化思維，將該問題轉化為熟悉的“杠桿模型”。“杠桿”這一物理模型，是由具有共同特征的一些工具，運用整體思維，忽略次要因素進而抽象出來的，以便于研究問題。其特征是：硬棒，在力的作用下能夠繞著固定點轉動。“電子地磅秤”稱量時符合該特征，分別以前車輪和后車輪為支點，建立“杠桿模型”，根據杠桿的平衡條件，運用極端化轉化思維，得出汽車對地面的總壓力與最大載重時重力的大小關系，判斷汽車是否超載。

本題考查轉化思維的靈活性還體現在，對“電子地磅秤”稱量的問題也可以從整體思維出發，將一般性的“稱量”物理過程轉化為狀態條件“靜止狀態”“受力平衡”。受力分析，汽車對地面的總壓力為“前輪”壓力和“后輪”壓力之和，再根據汽車對地面的總壓力與最大載重時重力的大小關系，判斷汽車是否超載。除此之外，像第19題：分別用“兩同學在繩兩端反向拉”和“一段套在柱子上，兩同學在繩一端同向拉”兩種不同的方法，將彈性繩的兩端拉環分別套在相隔一段距離的兩根柱子張，用來曬衣服，考查“條件”轉化思維。第22題，由北京本地PM2.5來源分布圖，判斷對減少PM2.5效果最不顯著的措施，考查“圖像”轉化思維。第34題：推導證明發光點S和在豎直平面鏡中所成的像S′到平面鏡的距離相等，考查“數學”轉化思維。轉化思維，考查的轉化類型、題型都是多樣化的，一般與其他思維方法綜合解題。

三、探究思維，全面滲透

《課程標準》明確指出，初中科學課程必須體現科學探究精神。科學探究是創造性思維活動、實驗活動和邏輯推理交互作用的過程[1]。基于此課程理念，科學中考試題越來越注重考查學生的探究思維品質。探究性思維是根據一定的目的，運用已有的知覺材料，在頭腦中進行的前后一貫的、有條有理的、有根有據的思維活動，它包含各種具體的思維方法，如比較、分類、判斷、歸納、演繹、想象和分析、綜合等。學生只有深入理解科學探究，具備科學探究的能力，養成科學探究的習慣，形成科學探究的思維，在遇到實際問題時，才不會茫然不知所措。

例如第25題：小明在生活中觀察到：點燃的小木棒燃燒端朝上，往往沒燃盡就熄滅，而燃燒端朝下，往往不熄滅。從燃燒的條件看，你認為燃燒端朝上的小木棒，沒燃盡就熄滅的最主要原因是？搖？搖？搖？搖，若小木棒事先涂油，燃燒端朝上也不易熄滅，請說明理由。

解析：本題考查的知識點是“可燃物燃燒的條件”及“木頭與油的著火點哪個低”。要求學生針對“可燃物燃燒的條件”，準確地判斷出木條熄滅的原因，到底是因為沒有達到著火點還是因為氧氣不足，這里需要進行探究。通過分析，熄滅的木條和燃著的木條所處的空氣環境是相同的，氧氣含量相同，排除氧氣的原因后，就能確定是沒有達到著火點使木條熄滅。涂上油后，油的著火點低，燃燒產生熱量，使小木棒較易達到著火點。

對探究思維的考查，最典型的題型是實驗探究題。如本卷的第29題，探究“環境溫度對菜豆種子萌發的影響”實驗，考查學生科學探究實驗的實驗設計能力、變量分析能力、基于實驗結論的推測能力。第31題，探究“一定質量的某種金屬和同體積鹽酸反應快慢的影響因素”實驗，考查學生對實驗數據的分析、處理，以及觀察到的現象的原因分析。對探究思維的考查并不是獨立的，而是幾乎滲透在每一道題目中。解題時，只有靈活選擇各種適合的思維方法，才能快速準確地解決問題。

四、教學啟示

有人說“教育就是忘記了在學校所學的一切之后剩下的東西”。科學教育的意義之一就是培養不會忘卻的思維能力，思維教育極其重要。因此，要將思維教育寓于知識教育之中，將思維教育貫穿于教學全過程，通過教與學活動使學生掌握正確的、科學的思維方法，全面發展學生的思維能力，提高思維品質。開展思維教育的途徑有：改進教學方法；把與課程內容相對應的思維形式和思維方法教給學生；引導學生學好有關課程，發展辯證思維能力；使學生保持欲動的思維狀態；重視創造性思維的訓練等[2]。在初中科學課堂教學中，到底什么樣的具體途徑和方法能夠提高思維教育的有效性，值得我們不斷深入探索研究。

參考文獻：

[1]初中科學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012：2-6.

[2]思維詞典[M].杭州市：浙江教育出版社，1996：427.