談小學(xué)科學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究課學(xué)生思維力的培養(yǎng)

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(fā)”。原教材從一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)開始，將手指分別插入冷熱水中，5秒鐘后再同時(shí)放入溫水水杯，體會兩個(gè)手指的感覺，旨在引導(dǎo)學(xué)生從一個(gè)冷熱錯(cuò)誤的感受指向測量上的溫度，即借助工具測量水溫，在此環(huán)節(jié)指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會使用溫度計(jì)并測量發(fā)現(xiàn)一杯熱水的降溫規(guī)律，教學(xué)建議為一課時(shí)。但很多一線教師在教學(xué)中都有這種體會，一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容繁雜，時(shí)間緊迫，且不論溫度計(jì)的粗劣制造以及觀測時(shí)的讀數(shù)誤差，僅是對于溫度計(jì)的正確規(guī)范操作就需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且在連續(xù)測量一杯熱水的降溫過程中，錯(cuò)誤計(jì)時(shí)也會產(chǎn)生無效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)繪制溫度變化的曲線圖又超出了四年級學(xué)生的知識水平。測量工具操作難度大，數(shù)據(jù)缺乏科學(xué)準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析不貼合學(xué)生的知能特點(diǎn)，這樣的教學(xué)又怎能有效促進(jìn)學(xué)生思維力的培養(yǎng)呢。因此，本人在教學(xué)時(shí)進(jìn)行了刪改，去掉體感溫度以及利用溫度計(jì)來測量冷熱不同水溫的環(huán)節(jié)，而是另辟蹊徑，選擇溫度傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。教學(xué)重點(diǎn)是借助溫度傳感器連續(xù)觀測一杯熱水的溫度變化過程，把教學(xué)難點(diǎn)定位為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)，發(fā)現(xiàn)水溫變化的規(guī)律。因其溫度傳感器測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，加上數(shù)字化軟件對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)能自動(dòng)生成圖表，極大地排除了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究中產(chǎn)生的不確定因素，因而可以更關(guān)注于學(xué)生思維力的養(yǎng)成和發(fā)展。

一、注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在科學(xué)教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)問題是科學(xué)探究的開始，設(shè)計(jì)方案是科學(xué)探究的驅(qū)動(dòng)，這就需要激發(fā)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)興趣，顯現(xiàn)較強(qiáng)的觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ约胺e極的交流表達(dá)熱情，而這些能力的形成離不開學(xué)生思維力的培養(yǎng)與優(yōu)化。

1.生活現(xiàn)象導(dǎo)入

創(chuàng)設(shè)問題情境，是科學(xué)探究活動(dòng)的常用導(dǎo)入方法。學(xué)生在特定的場景中，根據(jù)已有的生活經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)象、事物發(fā)表自己的觀點(diǎn)與質(zhì)疑，由此教師可以根據(jù)孩童的思維進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和策略的調(diào)整和改進(jìn)。上課伊始，教師現(xiàn)場傾倒一杯熱氣騰騰的開水，吸引學(xué)生的注意力，提問：你們看，老師倒了一杯開水，過了一段時(shí)間，水的溫度有什么變化，冷到什么程度？當(dāng)然，對于這種生活現(xiàn)象，學(xué)生很有生活經(jīng)驗(yàn)，知道隨著時(shí)間的推移，熱水會逐漸變冷。緊接著教師拋出第二個(gè)問題：從熱水變冷降溫的這個(gè)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(xué)生對此存在爭議，大部分人認(rèn)為是先慢后快，一部分人認(rèn)為是均勻降溫，鮮少有人認(rèn)為是先快后慢。面對學(xué)生的思維盲區(qū)，就是我們本節(jié)課的教學(xué)落腳點(diǎn)。

2.自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平是衡量其探究能力的重要標(biāo)尺。因此在小學(xué)階段，教師需加強(qiáng)這方面的思維力訓(xùn)練，充分利用學(xué)生已有的認(rèn)知，調(diào)動(dòng)孩童的主觀能動(dòng)性，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不斷完善和清晰。同樣通過兩個(gè)話題進(jìn)行激發(fā)學(xué)生的探究欲望：一是面對眾說紛紜的猜測，用語言來刺激學(xué)生躍躍欲試的好勝心態(tài)：“哪一種觀點(diǎn)是正確的，真理是掌握在少數(shù)人手里，還是眾人說了算？我們想要知道這個(gè)秘密需要怎么做？”學(xué)生很直接地想到做實(shí)驗(yàn)，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(gè)話題：想要知道這杯水降溫的過程，又該怎么測溫度呢？學(xué)生的大腦皮層再一次得到活躍，思維又向前推進(jìn)了一步。

教學(xué)片段1（分組交流之后的匯報(bào)發(fā)言）：

生1：把溫度傳感器插入水中，先測一次，過段時(shí)間再測一次。

生2：我覺得前面同學(xué)說的方法是對的，只是測的次數(shù)太少了，應(yīng)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(shí)間長一些，然后每隔幾秒鐘讀數(shù)一次，這樣就會獲得更精確的數(shù)據(jù)。

生4：我也覺得要一直插在里面讀數(shù)，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(tǒng)一的觀點(diǎn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)得多測幾次，測的總時(shí)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(xù)測量。

二、培養(yǎng)數(shù)據(jù)意識

數(shù)據(jù)意識是學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中，通過對觀察、實(shí)驗(yàn)等得到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、判斷時(shí)表現(xiàn)出來的心理傾向。但由于受學(xué)生判斷思維的局限與不足，往往會因數(shù)據(jù)意識的薄弱而最終影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，失去對事物現(xiàn)象本質(zhì)的求解。因此，教師要關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展，引導(dǎo)其對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解讀。

1.前期數(shù)據(jù)的解讀

只有懂得數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)探究中的重要性，才能充分理解科學(xué)本質(zhì)規(guī)律的嚴(yán)謹(jǐn)性和證據(jù)意識。四年級學(xué)生思維的關(guān)注點(diǎn)只是想發(fā)現(xiàn)測量出來的數(shù)據(jù)在逐漸降低變小，卻不曾想過要進(jìn)行前后兩個(gè)數(shù)據(jù)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(jù)，而這卻是整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的著眼處與用力點(diǎn)。因此，教師在探究前，先預(yù)設(shè)三組典型性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：第一組78、76、74、72……；第二組78、74、72、71……；第三組78、76、72、66……請學(xué)生觀察比較，這些數(shù)據(jù)分別可以對應(yīng)論證哪個(gè)觀點(diǎn)。學(xué)生通過數(shù)據(jù)的解讀，恍然大悟，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析原來是要從中尋找支持觀點(diǎn)的深層次現(xiàn)象。

2.生成圖表的解讀

利用形象的圖表分析，有利于學(xué)生對數(shù)據(jù)的深入解讀，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的效能發(fā)揮最大化。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)用，使學(xué)生能夠輕松便捷地獲得精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也對數(shù)據(jù)間的分析比較透徹，但一下子觀察并比較十個(gè)數(shù)字，尤其是在有一位小數(shù)的情況下，對四年級學(xué)生的口頭計(jì)算能力仍具有挑戰(zhàn)難度。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)勢就是能根據(jù)數(shù)據(jù)的變化實(shí)時(shí)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(xué)片段2（分組交流之后的匯報(bào)發(fā)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(diǎn)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(nèi)的水溫變化，而科學(xué)結(jié)論要能夠經(jīng)得起眾人的反復(fù)檢驗(yàn)，（下轉(zhuǎn)第36頁）（上接第31頁）我們把四組的折線圖放在一起，仔細(xì)觀察對比，其他組的結(jié)果是否也能支持你們小組的觀點(diǎn)呢？

生5：是的，水降溫的速度的確是先快后慢。

利用數(shù)字化技術(shù)的及時(shí)性、交互性，擴(kuò)大師生交流的空間，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生之間的自評、互評，有效促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識生成。本課中，師生通過組內(nèi)的個(gè)體論證，再到全班同學(xué)之間的集體論證，最終發(fā)現(xiàn)熱水降溫的普遍現(xiàn)象，即形成規(guī)律，真正體現(xiàn)科學(xué)的可驗(yàn)證性。

三、關(guān)注探究方法

任何一項(xiàng)研究都離不開方法的支撐。自然科學(xué)研究方法中的實(shí)驗(yàn)方法、歸納方法、實(shí)證方法都要求有嚴(yán)密的論證過程和對結(jié)論的檢驗(yàn)，由此形成對自然規(guī)律的正確解釋。科學(xué)探究活動(dòng)中，教師對學(xué)生進(jìn)行探究方法的指導(dǎo)也有著同樣重要的意義。

1.講求實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范

科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究離不開規(guī)范的操作方法，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的應(yīng)用同樣有規(guī)范使用的教學(xué)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(shí)驗(yàn)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(xué)生在思考中發(fā)現(xiàn)，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(shí)的水溫；而用手扇風(fēng)，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(xué)探究不精細(xì)的表現(xiàn)。正因?yàn)閷W(xué)生經(jīng)過思維的碰撞，理解了為什么要這么做，不這么做會出現(xiàn)哪些后果，這種順逆兩方面的思考與求真，使得學(xué)生能更像科學(xué)家一樣嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)，參與研究。

2.追求探究過程的完整

科學(xué)課程追求對事物本質(zhì)以及變化規(guī)律的認(rèn)知，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)空，甚至虛實(shí)的轉(zhuǎn)變，把一些漫長的、復(fù)雜的現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生面前，有助于學(xué)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(xué)中，學(xué)生只是測量了10分鐘的水溫變化，想要獲得更加精準(zhǔn)確鑿的證據(jù)，還需要更長時(shí)間的觀察探究。于是，教師出示一組熱水和冷水在一小時(shí)中水溫變化的圖表，先引導(dǎo)學(xué)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(shí)驗(yàn)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(jié)論？”從而幫助學(xué)生建立數(shù)據(jù)間的聯(lián)系與延伸。接著引導(dǎo)學(xué)生觀察冷水的溫度變化折線圖，繼續(xù)思維風(fēng)暴：“用來做對比的冷水水溫在一小時(shí)內(nèi)有什么變化，從中你有什么發(fā)現(xiàn)或想法？”在學(xué)生發(fā)現(xiàn)冷熱水一小時(shí)溫度變化的規(guī)律后，進(jìn)行拓展思維：“再過一小時(shí)呢，一天后呢，這兩杯水又會有什么變化？”學(xué)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(gè)質(zhì)的飛躍：隨著時(shí)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(jié)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(dǎo)學(xué)生將物體溫度的變化與熱量的傳遞建立起朦朧模糊的聯(lián)系，帶著問題出課堂，進(jìn)而為下節(jié)新課的學(xué)習(xí)做下鋪墊。

總之，在信息化教學(xué)的大環(huán)境中，教師要充分利用數(shù)字化優(yōu)勢，始終關(guān)注學(xué)生思維力的培養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生勤于思考，發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)探究，以達(dá)到科學(xué)素養(yǎng)提高的最終目的。

【作者單位：宜興市湖濱實(shí)驗(yàn)學(xué)校 宜興市中小學(xué)教學(xué)研究室 江蘇】