例談科學(xué)教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

江蘇南京師范大學(xué)附屬小學(xué)（210018） 劉 飛

例談科學(xué)教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

江蘇南京師范大學(xué)附屬小學(xué)（210018） 劉 飛

科學(xué)探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。學(xué)生對世界有著天然的好奇心，他們需要通過科學(xué)探究來解開自己的困惑，了解世界，但因為長期缺乏科學(xué)思維的訓(xùn)練，他們的研究往往隨心所欲，無法獲得科學(xué)的結(jié)論。因此，教師要讓學(xué)生在科學(xué)探究的過程中逐步形成科學(xué)的思維方式，讓學(xué)生的好奇心以科學(xué)的方式得到滿足。

科學(xué)探究 科學(xué)思維 解決問題

杜威說：“盡管一切思維的結(jié)果都歸結(jié)為知識，但知識的價值最終還是服從它在思維中的應(yīng)用。”什么是科學(xué)思維？簡單地說，科學(xué)思維是大腦借助探究和論證的形式，對各種信息進行科學(xué)加工的思維活動。《科學(xué)課程標準》指出：“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心。”這其實是希望通過學(xué)生的自主研究與探索，使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到發(fā)展，并最終提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。科學(xué)實驗探究與科學(xué)思維的培養(yǎng)是和諧的統(tǒng)一整體，科學(xué)思維引導(dǎo)著探究實驗活動的行進與調(diào)整，而親歷完整的探究實驗活動，才能使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到更好的發(fā)展。教師可以從實驗探究的不同環(huán)節(jié)以及實驗探究能力發(fā)展的不同階段對此進行有意識的引導(dǎo)，使學(xué)生的科學(xué)思維能力在科學(xué)實驗探究過程中得到不斷的滲透與提高。

“好風(fēng)憑借力，送我上青天”——架設(shè)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)射器

觀察和實驗都是以人的感覺為基礎(chǔ)的，但感覺器官對客觀現(xiàn)實的反映是有一定范圍的，如人的聽覺范圍從20～20000HZ、視覺范圍從波長380～780nm等。小學(xué)科學(xué)實驗設(shè)計必須充分考慮學(xué)生的感覺特點，幫助學(xué)生從無法感知到能夠感知，再到很好感知乃至充分感知。而觀察儀器和測量工具的應(yīng)用，就是人類感覺器官的延伸和知覺特性的反映，放大鏡、顯微鏡擴展了視閾，電流表將電流的存在及其強度轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)。嘗試將實驗中不能或很難看見的現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生能夠順利地按照科學(xué)思維的過程進行研究，就是科學(xué)教師需要研究的地方。

第一節(jié)：五年級上冊“導(dǎo)體和絕緣體”

磨課前

怎樣才能讓小燈泡發(fā)光呢？在課上，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握“閉合電路中，電流通過小燈泡時可以使它發(fā)光”的知識，想出“將物體接入簡單電路中，通過小燈泡的亮與滅來判斷是導(dǎo)體還是絕緣體”的方法。但因為不同物體的導(dǎo)電性能不同，實施過程中有很大的問題：有些物品明明是導(dǎo)體，但不能使燈泡發(fā)光，如鉛筆芯、人體等。此時，如果堅持檢測結(jié)果，無疑有悖真理，給學(xué)生留下錯誤印象，但如果強行糾正，學(xué)生就會對實驗方法產(chǎn)生懷疑。無論哪一種情況，學(xué)生都會對前面的思維過程產(chǎn)生懷疑，科學(xué)思維的節(jié)奏就會被打亂。無奈，我只能拿出驗電球來進行檢測。看上去問題解決了，但其實更麻煩：學(xué)生并不清楚驗電球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對于復(fù)雜的電路板更是不明所以，教師很難解釋清楚為什么用它而不是之前學(xué)生研究出的檢測電路來進行實驗。一節(jié)課在不明不白中結(jié)束。

磨課后

這節(jié)課上，我采用讓學(xué)生自由選擇組裝檢測器的教學(xué)模式，當然有的小組選擇了小燈泡做指示器，也有的小組選擇小馬達和小喇叭。這說明學(xué)生的思維進程已經(jīng)到了“如何利用不同材料設(shè)計理論上的檢測器”，接下來就是實踐的過程。當然，這一過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)理論與現(xiàn)實其實有著一定的差距，他們的理論檢測器可能會存在一定的問題（與常識不完全吻合）。

在小學(xué)科學(xué)教科書中，導(dǎo)體定義為“容易讓電流通過的物體”，絕緣體定義為“不容易讓電流通過的物體”。從中，我們可以清楚地找到“電流”二字。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步形成了“電流是什么”的概念，這時大家無一例外地都想到了“直接”看到電流的通過是最好的判定標準。此刻的思維活動轉(zhuǎn)化為“設(shè)計一種大家看得見電流通過的檢測電路”。那么，最能將電流大小直接呈現(xiàn)在眼前的就是電流表這一工具了。將電流表接入電路中替代小燈泡制成檢測電路，其實是將小燈泡這種間接呈現(xiàn)方式變成直接呈現(xiàn)方式，這也更符合學(xué)生的思維習(xí)慣。此前，學(xué)生的思維都在上升與前進的過程中，成功的結(jié)果似乎觸手可及。但是，教師通過經(jīng)驗與知識的積累知道，并不是所有的電流表接入電路都能有滿意的效果。如果此時沒有在材料上預(yù)設(shè)，學(xué)生的思維過程將戛然而止，他們將再次否定自己，而失敗的原因他們現(xiàn)在并沒有能力進行一一分析。此刻，教師呈現(xiàn)的經(jīng)過選擇的合適量程的簡單電流表，無疑滿足了學(xué)生最急需解決的思維道路上的那道坎簡單連接之后，電流表指針轉(zhuǎn)動了，電流的大小一目了然，學(xué)生的思維順暢了，他們完成了探究過程的最重要步驟“改進方法——實驗成功”。

科學(xué)思維的產(chǎn)生并不是一蹴而就的，需要教師為學(xué)生的思維起跳搭設(shè)合適的架手。學(xué)生的年齡特點決定了他們的觀察能力、分析能力等都不能同成人相比，他們的實驗結(jié)果越直觀越好。只有想到學(xué)生所能想到的，并將他們沒有想到的技術(shù)問題一并解決，才有可能讓學(xué)生的“科學(xué)思維之旅”出發(fā)順利，保證不會因為學(xué)生的思慮不周和他們還沒有掌握一些知識而中途夭折。

“沉舟側(cè)畔千帆過，病樹前頭萬木春”——引爆學(xué)生科學(xué)思維的點火器

小學(xué)生喜愛科學(xué)課的一個重要原因就是可以實驗，這使得實驗有了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用，但很多時候教材設(shè)計的實驗考慮到了實驗的科學(xué)性，卻沒有考慮到是否符合學(xué)生的認知規(guī)律，是否符合他們的探究興趣。這樣的實驗只會讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)過程枯燥，科學(xué)思維的發(fā)展也得不到提升。因此，我們必須優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，在啟發(fā)的基礎(chǔ)上盡量讓學(xué)生體驗科學(xué)思維的過程，使實驗教學(xué)與探究學(xué)習(xí)融合起來，在讓學(xué)生獲得知識、學(xué)到技能的同時形成科學(xué)精神，讓實驗真正激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的火花。

第二節(jié)：三年級下冊“把固體放到水里去”

磨課前

在研究“溶解”這一問題時，根據(jù)教材的設(shè)置，我以食鹽作為容易溶解的物質(zhì)代表來解說。由于食鹽溶解在水中后就無法再看見，教材又將高錳酸鉀作為觀察溶解現(xiàn)象的實驗材料，但這個實驗讓我手忙腳亂、心驚膽戰(zhàn)。

高錳酸鉀是一種強氧化物質(zhì)，高濃度下有刺激性與腐蝕性，通常用來消毒的高錳酸鉀濃度僅為0．01%，而觀察溶解實驗的是高錳酸鉀的固體結(jié)晶。雖然盛裝在塑料袋中，但顆粒易黏附在袋子內(nèi)壁，學(xué)生常常會動手去摳，即使我再三強調(diào)，也還是會有學(xué)生這樣做。因為學(xué)生剛剛接觸科學(xué)，對于實驗的規(guī)范以及危害還沒有形成清晰的認識，當發(fā)現(xiàn)手指被高錳酸鉀染黑時，一些學(xué)生會放進嘴里吮吸，這真的是太危險了！

磨課后

下課后，我聽到學(xué)生說：“食鹽也容易溶解，那我們?yōu)槭裁床挥檬雏}做實驗，非要用那么危險的鉀？”“食鹽為什么不能染色后再做實驗?zāi)兀窟@樣我們不就能看清楚了嗎？”……學(xué)生說得多好！他們開始質(zhì)疑并改進。我立刻帶領(lǐng)學(xué)生展開了“用染色食鹽觀察溶解現(xiàn)象”的討論，大部分學(xué)生都認為這是一個好方法。接下來，我們做了這個實驗，可是結(jié)果是鹽不能染色，顏料看上去包裹住了鹽粒，可是放進水里后卻自己先漂起來了，起不到任何作用。這是為什么呢？這樣一個非常符合邏輯的預(yù)設(shè)為什么無法實現(xiàn)呢？問題出在哪里？我和學(xué)生一起陷入了思考。學(xué)生在課后不斷實驗，發(fā)現(xiàn)：使用的染色材料無論是水彩、水粉、油畫或是丙烯顏料，好像自己本身就不能溶解于水，當然不能在水中指示食鹽的溶解。而我也在資料的查找中發(fā)現(xiàn)，顏料其實成分復(fù)雜，有些還含有油脂和膠，我們用顏料來染色，無異于緣木求魚。

學(xué)生的研究熱情沒有低落，反而高漲起來了，因為“給食鹽染色”的問題已經(jīng)讓他們的探究之心加速。學(xué)生的思維進入尋找“既能給食鹽染色，又能在水中和食鹽一起溶解的物質(zhì)”的環(huán)節(jié)。大多數(shù)人認為給鹽染色是不能實現(xiàn)的，但學(xué)生卻沒有停下追尋的腳步。一個學(xué)生給我?guī)砹撕孟ⅲ募议L是研究花色苷的，他認為這種物質(zhì)可能幫到我們的實驗。經(jīng)過資料查找，我了解到花色苷廣泛存在于葡萄、血橙、藍莓、茄子皮、櫻桃、草莓、桑葚、牽牛花等植物的組織中，最重要的是，它和食鹽可以共存于水中。大家在聽到這個消息的時候都歡呼起來，我們覺得離勝利又近了一步，接下來我和學(xué)生展開了給食鹽染色的研究。有的學(xué)生用葡萄汁染色，有的學(xué)生用紫薯汁染色，但是效果都不太理想。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)失敗的原因是花色苷的濃度太低以及天然植物中其他雜質(zhì)太多。

就在研究似乎進入死胡同的時候，一個學(xué)生通過資料查找想到了紅酒。這種用葡萄釀造的紫紅色液體的顏色就來自于花色苷，它的花色苷含量比天然時要更高，而且其中的酒精成分可以通過加熱去除。在學(xué)生的合作以及家長的技術(shù)支持下，我們終于獲得了紫紅色的鹽。學(xué)生清楚地看到紫紅色的鹽在水中慢慢地散開，和水混合，直至將整杯水染成紅色的全過程，他們非常激動，作為教師的我更激動。如果沒有意外聽來的一句話，我可能還會一直重復(fù)著用高錳酸鉀做這個實驗，用強制性的手段將學(xué)生科學(xué)思維的火種硬生生地熄滅，讓他們停留在“操作工”的層面上，而不是像現(xiàn)在一樣，他們?nèi)硇牡赝度胍粋€實驗的研究，用自己的力量去實現(xiàn)自己的夢想，完成科學(xué)思維的過程。

“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”——保障學(xué)生科學(xué)思維的推進器

目前的課堂上，學(xué)生的實驗方法往往沒有自由度，無論學(xué)生想了多少，通常都是由教師選定一兩種。即使給學(xué)生一些權(quán)利，也僅僅是實驗環(huán)節(jié)的一小部分，最終學(xué)生會跳進教師設(shè)的“陷阱”里面。一旦出現(xiàn)意外，教師會及時將“脫軌”的學(xué)生拉回來，因為這已經(jīng)超出了這節(jié)課準備的范圍。長此以往，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生越來越?jīng)]有研究的熱情。誠然，小學(xué)科學(xué)課堂有著時間與材料的種種限制，但學(xué)生的科學(xué)思維無法真正完整地進行，這將使他們科學(xué)思維的能力逐步衰退。

其實，只要教師肯在課前進行充分的教材鉆研與學(xué)生情況摸索，依然可以在有限的條件下讓學(xué)生遵循自己的思維過程進行探索性試驗。探索性實驗就是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生設(shè)計或創(chuàng)新實驗，根據(jù)已掌握的理論知識和實驗技能所進行的創(chuàng)造性思維活動。它能進一步深化學(xué)生對知識內(nèi)涵和外延的理解，有效地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維及科學(xué)素質(zhì)。

第三節(jié)：三年級下冊“使沉在水里的物體浮起來”

磨課前

我以“讓沉在水里的雞蛋浮起來”的問題導(dǎo)入，引出加適量的鹽的方法；再通過捏橡皮泥變成小船，得出增加體積的方法；最后由游泳圈能幫助不會游泳的人浮在水面上想到借助漂浮物的方法。

整節(jié)課，器材都是由教師給出，學(xué)生并不清楚為什么研究對象在不停變換，而他們能探究的就是怎樣加鹽才更科學(xué)，小船怎樣捏才更好。其實，這樣的探究實驗其實沒有多少科學(xué)思維的價值，因為真正的科學(xué)研究沒有人會幫你選研究對象和實驗方法，這些都需要經(jīng)過科學(xué)思維及探究實驗獲得。

磨課后

為了讓學(xué)生親歷完整的科學(xué)思維過程，在考慮到這個年齡段學(xué)生的知識水平的基礎(chǔ)上，我有了這樣一次大膽的嘗試：只選取唯一的一種研究對象——土豆，一節(jié)課的目的只有一個，讓土豆從沉到浮，沒有過多的講解與實驗條框的限制。學(xué)生一節(jié)課做的就是“想方法——驗證它——改進它——成功”。當然，如果在第三步結(jié)束后發(fā)現(xiàn)不成功，就又要從第一步重新開始。

其實，在課前，我是有惶恐的：這樣的課會上成什么樣？學(xué)生會不會想到合適的方法？他們會不會在實驗中弄傷自己？可是在上課的過程中，我發(fā)現(xiàn)自己多慮了，學(xué)生平時的科普讀物已經(jīng)給了他們足夠的啟示。死海的秘密，學(xué)生們都知道，加鹽理所當然地成為第一個被找出來的方法，他們還現(xiàn)鹽在達到一定量的基礎(chǔ)上才可以做到。一些學(xué)生從小船中得到啟示，想到了將土豆中間掏空做土豆船的方法。雖然實驗中用到了小刀，我也只是提醒了一聲“小心”，學(xué)生在操作時小心翼翼、互相提醒，讓同組的同學(xué)有一個安靜的環(huán)境完成這項工作。結(jié)果，學(xué)生做的土豆船甚至比我之前預(yù)備的還要精致，他們在經(jīng)歷一次實驗失敗后進行了縝密的思考，做出了優(yōu)化的選擇，這就是科學(xué)思維形成的過程。

最令人驚嘆的當屬研究借助漂浮物方法的學(xué)生，最初，根據(jù)生活經(jīng)驗，他們選擇了泡沫板，可是土豆塊不規(guī)整，泡沫板也是。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)隨意放土豆，土豆會立刻從板上翻下去，有的小組想到了小心尋找合適位置的方法，通過幾次嘗試，他們成功了。但是，這個結(jié)果他們顯然不滿意，因為太不安全了，需要改進。他們想到了用膠帶固定的方法，可是膠帶沾水黏性大大降低了，普通方法不行。“可以纏繞嘛！”“嗯，成功了。”“可是看起來好像不夠美觀，怎么辦？”“好像吸管也是個不錯的材料，綁起來做‘竹排’？”“還是容易散！”“哈哈，把吸管豎著插過土豆，吸管兩端都封上不濕水的可塑橡皮，中間不就形成氣柱了嗎？”就這樣，土豆船又牢又穩(wěn)當，成功了！

心理學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)者的內(nèi)部動機是學(xué)習(xí)的真正動力。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是通過矛盾的不斷沖突激化和解決而發(fā)展的，學(xué)生認識到解決這個矛盾的必要性，從而激發(fā)認知需求，使思維處于興奮狀態(tài)。在整個探索性實驗過程中，從提出問題開始到設(shè)計實驗、解決問題，學(xué)生都始終處于獨立思考、積極探索的學(xué)習(xí)環(huán)境中，心理活動始終處于“發(fā)現(xiàn)問題——邏輯思維——動手設(shè)計——成功或失敗——經(jīng)驗總結(jié)——期待新研究”這一良性循環(huán)過程中。樣的探究實驗，才是真正有價值的，才能真正起到促進學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的作用。

（責(zé)編 莫彩鳳）

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1007-9068（2015）09-004