談小學科學數字化實驗探究課學生思維力的培養

談梅芬++錢士舜

《測量水的溫度》是對蘇教版《冷熱和溫度》一課教材的“二度開發”。原教材從一個經典實驗開始，將手指分別插入冷熱水中，5秒鐘后再同時放入溫水水杯，體會兩個手指的感覺，旨在引導學生從一個冷熱錯誤的感受指向測量上的溫度，即借助工具測量水溫，在此環節指導學生學會使用溫度計并測量發現一杯熱水的降溫規律，教學建議為一課時。但很多一線教師在教學中都有這種體會，一節課的教學內容繁雜，時間緊迫，且不論溫度計的粗劣制造以及觀測時的讀數誤差，僅是對于溫度計的正確規范操作就需要耗費大量的時間，而且在連續測量一杯熱水的降溫過程中，錯誤計時也會產生無效的實驗數據，同時繪制溫度變化的曲線圖又超出了四年級學生的知識水平。測量工具操作難度大，數據缺乏科學準確性，實驗現象分析不貼合學生的知能特點，這樣的教學又怎能有效促進學生思維力的培養呢。因此，本人在教學時進行了刪改，去掉體感溫度以及利用溫度計來測量冷熱不同水溫的環節，而是另辟蹊徑，選擇溫度傳感器進行實驗探究。教學重點是借助溫度傳感器連續觀測一杯熱水的溫度變化過程，把教學難點定位為設計實驗并收集證據，發現水溫變化的規律。因其溫度傳感器測量數據的精準性，加上數字化軟件對實時數據能自動生成圖表，極大地排除了學生實驗探究中產生的不確定因素，因而可以更關注于學生思維力的養成和發展。

一、注重實驗設計

在科學教學中，發現問題是科學探究的開始，設計方案是科學探究的驅動，這就需要激發學生良好的學習興趣，顯現較強的觀察實驗能力，以及積極的交流表達熱情，而這些能力的形成離不開學生思維力的培養與優化。

1.生活現象導入

創設問題情境，是科學探究活動的常用導入方法。學生在特定的場景中，根據已有的生活經驗，對現象、事物發表自己的觀點與質疑，由此教師可以根據孩童的思維進行教學內容和策略的調整和改進。上課伊始，教師現場傾倒一杯熱氣騰騰的開水，吸引學生的注意力，提問：你們看，老師倒了一杯開水，過了一段時間，水的溫度有什么變化，冷到什么程度？當然，對于這種生活現象，學生很有生活經驗，知道隨著時間的推移，熱水會逐漸變冷。緊接著教師拋出第二個問題：從熱水變冷降溫的這個過程中又是怎么變的？是溫度均勻下降，還是先快后慢，或是先慢后快？學生對此存在爭議，大部分人認為是先慢后快，一部分人認為是均勻降溫，鮮少有人認為是先快后慢。面對學生的思維盲區，就是我們本節課的教學落腳點。

2.自主設計實驗

學生實驗設計的水平是衡量其探究能力的重要標尺。因此在小學階段，教師需加強這方面的思維力訓練，充分利用學生已有的認知，調動孩童的主觀能動性，使實驗設計不斷完善和清晰。同樣通過兩個話題進行激發學生的探究欲望：一是面對眾說紛紜的猜測，用語言來刺激學生躍躍欲試的好勝心態：“哪一種觀點是正確的，真理是掌握在少數人手里，還是眾人說了算？我們想要知道這個秘密需要怎么做？”學生很直接地想到做實驗，借助工具測量一下水溫。可矛盾又來了，測量一次水的溫度就能知道熱水降溫的速度嗎？于是教師拋出第二個話題：想要知道這杯水降溫的過程，又該怎么測溫度呢？學生的大腦皮層再一次得到活躍，思維又向前推進了一步。

教學片段1（分組交流之后的匯報發言）：

生1：把溫度傳感器插入水中，先測一次，過段時間再測一次。

生2：我覺得前面同學說的方法是對的，只是測的次數太少了，應該多測幾次。

生3：我覺得只要把溫度傳感器一直放水里，測的時間長一些，然后每隔幾秒鐘讀數一次，這樣就會獲得更精確的數據。

生4：我也覺得要一直插在里面讀數，這樣才會知道是在劇烈下降還是均勻下降。

師：通過交流，我們有了較為統一的觀點：這個實驗得多測幾次，測的總時間得再長一些，還得把溫度傳感器一直放在熱水里，我們可以把這樣的方法稱之為連續測量。

二、培養數據意識

數據意識是學生在科學探究活動中，通過對觀察、實驗等得到的相關實驗數據進行整理、分析、判斷時表現出來的心理傾向。但由于受學生判斷思維的局限與不足，往往會因數據意識的薄弱而最終影響實驗結論的得出，失去對事物現象本質的求解。因此，教師要關注學生的思維發展，引導其對實驗數據的解讀。

1.前期數據的解讀

只有懂得數據在實驗探究中的重要性，才能充分理解科學本質規律的嚴謹性和證據意識。四年級學生思維的關注點只是想發現測量出來的數據在逐漸降低變小，卻不曾想過要進行前后兩個數據之間的比較，即通過溫度差來作為均勻降溫，或是先快后慢的降溫，或是先慢后快的降溫依據，而這卻是整個實驗探究的著眼處與用力點。因此，教師在探究前，先預設三組典型性實驗數據：第一組78、76、74、72……；第二組78、74、72、71……；第三組78、76、72、66……請學生觀察比較，這些數據分別可以對應論證哪個觀點。學生通過數據的解讀，恍然大悟，發現數據分析原來是要從中尋找支持觀點的深層次現象。

2.生成圖表的解讀

利用形象的圖表分析，有利于學生對數據的深入解讀，并將實驗數據的效能發揮最大化。數字化實驗設備的運用，使學生能夠輕松便捷地獲得精準的實驗數據，也對數據間的分析比較透徹，但一下子觀察并比較十個數字，尤其是在有一位小數的情況下，對四年級學生的口頭計算能力仍具有挑戰難度。數字化實驗設備的另一個優勢就是能根據數據的變化實時繪制出折線圖，并直觀地演示熱水變冷的過程。教師逐一出示各組上傳提交的折線圖，要求通過圖表說說熱水的溫度變化是什么樣的，又是怎么看出這一變化？

教學片段2（分組交流之后的匯報發言）：

生1：前半段坡度有些陡，溫度變化快；后半段有些平，溫度變化就變慢了。

生2：前面一段有點陡，說明水降溫得快；最后幾分鐘不是很陡，說明水降溫變慢了。

生3：我們小組的是先快后慢，前面的陡，后面的平。只是陡的部分多，平的部分少。

生4：前面的是陡的，變化得快；后面的是平的，代表變化得慢。

師：通過一幅折線圖只能說明你們小組內的水溫變化，而科學結論要能夠經得起眾人的反復檢驗，（下轉第36頁）（上接第31頁）我們把四組的折線圖放在一起，仔細觀察對比，其他組的結果是否也能支持你們小組的觀點呢？

生5：是的，水降溫的速度的確是先快后慢。

利用數字化技術的及時性、交互性，擴大師生交流的空間，實現了學生之間的自評、互評，有效促進學生對科學本質的認識生成。本課中，師生通過組內的個體論證，再到全班同學之間的集體論證，最終發現熱水降溫的普遍現象，即形成規律，真正體現科學的可驗證性。

三、關注探究方法

任何一項研究都離不開方法的支撐。自然科學研究方法中的實驗方法、歸納方法、實證方法都要求有嚴密的論證過程和對結論的檢驗，由此形成對自然規律的正確解釋。科學探究活動中，教師對學生進行探究方法的指導也有著同樣重要的意義。

1.講求實驗操作的規范

科學的實驗探究離不開規范的操作方法，數字化實驗設備的應用同樣有規范使用的教學必要。如“溫度傳感器金屬末端是浸沒在水中，不能靠近杯壁，也不能靠近杯底，為什么？”；對實驗中“每次測量水溫后溫度傳感器需要拿出水面嗎？”；“不要人為影響水溫的變化，對此你是怎樣理解的？”學生在思考中發現，傳感器靠著杯壁或杯底，以及拿出水面都會使得測量的溫度不是真實的水溫；而用手扇風，對著杯子哈氣，或是用物體靠近水杯的做法會影響水的自然降溫，這些都是對科學探究不精細的表現。正因為學生經過思維的碰撞，理解了為什么要這么做，不這么做會出現哪些后果，這種順逆兩方面的思考與求真，使得學生能更像科學家一樣嚴謹實驗，參與研究。

2.追求探究過程的完整

科學課程追求對事物本質以及變化規律的認知，運用數字化技術可以實現時空，甚至虛實的轉變，把一些漫長的、復雜的現象呈現在學生面前，有助于學生接收到更多的信息量，獲得更為直觀、透徹的理解。在本課教學中，學生只是測量了10分鐘的水溫變化，想要獲得更加精準確鑿的證據，還需要更長時間的觀察探究。于是，教師出示一組熱水和冷水在一小時中水溫變化的圖表，先引導學生觀察熱水的折線圖，思考“坡度陡說明了什么，坡度較平說明了什么，分組實驗做的十分鐘折線圖和這兒的哪一段相似，這更能得出哪一種結論？”從而幫助學生建立數據間的聯系與延伸。接著引導學生觀察冷水的溫度變化折線圖，繼續思維風暴：“用來做對比的冷水水溫在一小時內有什么變化，從中你有什么發現或想法？”在學生發現冷熱水一小時溫度變化的規律后，進行拓展思維：“再過一小時呢，一天后呢，這兩杯水又會有什么變化？”學生通過分析綜合的思維研究方法，對照熱水的降溫與冷水的升溫，獲得一個質的飛躍：隨著時間的推移，無論是熱水，還是冷水，水溫都將趨于室溫。而這，還不是本課的結束，“熱水為什么會變冷，冷水為什么會緩慢地變熱，這又是為什么呢？”引導學生將物體溫度的變化與熱量的傳遞建立起朦朧模糊的聯系，帶著問題出課堂，進而為下節新課的學習做下鋪墊。

總之，在信息化教學的大環境中，教師要充分利用數字化優勢，始終關注學生思維力的培養，啟發學生勤于思考，發現問題，主動探究，以達到科學素養提高的最終目的。

【作者單位：宜興市湖濱實驗學校 宜興市中小學教學研究室 江蘇】