科學探究活動中學生思維能力的培養

陸亞波 毛國永

[摘 要]在科學探究活動中培養學生的思維能力，應根據科學探究的特點，結合具體的教學內容進行。本文以《電磁感應》一課為例，闡述了在發現提出問題、建立猜想和假設、設計實驗方案、分析處理實驗數據、反思與評價、鞏固與應用等環節中學生逆向思維、聯想思維、發散思維、邏輯思維、辯證思維和創新思維的培養。

[關鍵詞]科學探究 思維能力 電磁感應

[中圖分類號] G633.98 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2016）170000

思維是科學探究最重要的核心，思維性是科學探究最基本的特征之一，思維能力的培養和科學探究能力的提高是相輔相成的。在科學探究活動過程中，無論是發現提出問題、建立猜想與假設、設計實驗方案、分析處理實驗數據、反思與評價，還是知識的鞏固與應用，我們都非常重視學生思維能力的培養。本文以華師大版初中科學八年級下冊《電磁感應》一課為例，談談在科學探究活動過程中對學生思維能力的培養。

一、在發現提出問題過程中培養學生的逆向思維

愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”學生發現問題、提出問題的能力對培養學生的思維能力和創新精神具有極為重要的意義。而逆向思維又是創新思維的重要方式。實踐中，我們往往通過引導學生逆向思考、反向設問，來引導學生發現問題、提出問題，同時培養學生的逆向思維能力。

例如《電磁感應》上課開始，我們先讓學生回顧奧斯特實驗：實驗現象是怎樣的？它的實質是什么？在此基礎上引導學生提出問題：既然電能夠產生磁，那么，反過來磁能否產生電呢？（事實上，在學習發電機之前，我們也先讓學生復習電動機的實質：電能轉化為機械能，然后再引導學生提出問題：能否制造出一種把機械能轉化為電能的機器呢？）這樣，通過引導學生逆向思考、反向設問，使學生發現提出問題，同時培養了學生的逆向思維能力和創新精神。

二、在猜想和假設過程中培養學生的聯想思維

聯想思維是一種重要的思維方式，它能使兩個看去不相關聯的事物建立聯系，從而產生創新設想和成果。在科學探究活動過程中，建立猜想和假設常常需要聯想思維。實踐中，我們往往通過引導學生思考兩個事物之間的相似點，而在兩個事物之間建立聯系，從而發現問題、建立猜想，同時培養學生的聯想思維能力。

例如《電磁感應》一課中，在提出問題“磁能否產生電”后，我們引導學生回憶、思考電和磁之間的相似點和聯系：電荷分正負、能吸引輕小物體，磁鐵分南北極、能吸引鐵磁性物質；同種電荷互相排斥、異種電荷互相吸引，同名磁極互相排斥、異名磁極互相吸引；電荷周圍有電場，磁體周圍有磁場，電場和磁場往往同時出現；生活中有電磁鐵、電磁爐、電磁波；等等。在此基礎上，引導學生提出猜想：磁也可能產生電，什么樣的磁能夠產生電。這樣，通過聯系電和磁的有關知識，幫助學生提出猜想，也培養了學生的聯想思維能力。

三、在實驗設計過程中培養學生的發散思維

科學實驗設計是科學探究中最激發學生創造力的一個部分，因而也是科學探究中最富有魅力的一個部分。一個科學實驗方案的設計完成需要通過綜合運用各種思維，特別是發散思維。實踐中，我們往往通過設置問題情景，組織學生相互交流討論，引導學生從各個不同角度進行思考，設計出合理的實驗方案，同時培養學生的發散思維能力。

例如在上述教學之后，我們沒有直接演示課本的實驗，而是通過提出以下幾個問題，鼓勵學生相互交流討論，啟發學生從各個角度深入思考，來找出實驗所需的器材并設計實驗方案。

問題1：要探究利用磁場獲得電流，需要哪些器材？

生1：要提供磁場，需要有磁體；

生2：作為電流的載體，需要有導線；

生3：檢驗是否產生電流，需要有電流表；

生4：控制電路通斷，需要有開關。

問題2：如何利用上述器材來進行實驗？

生1：奧斯特實驗中是把小磁針放在通電導線周圍，觀察小磁針是否發生偏轉，本實驗是否可以把導體放在磁場里觀察能否產生電流？

生2：導體可能是靜止地放在磁場里，也可能是在磁場中運動；

生3：導體可能是平行磁感線放在磁場中，可能是垂直磁感線放在磁場中，也可能是斜放在磁場中，還可能是繞在蹄形磁鐵上……

生4：電路可能是斷開的，也可能是閉合的。

這樣，通過對以上幾個問題的探討，逐步引導學生找出實驗器材并設計出具體的實驗方案，同時也訓練了學生的發散思維能力。

四、在分析處理實驗過程中培養學生的邏輯思維

邏輯思維也是一種重要的思維方式。在科學探究活動中，一個實驗結論，往往需要根據研究的問題和提出的假設，通過對大量的實驗數據和現象進行分析、比較、歸納、推理乃至綜合，運用邏輯思維得到。因此，分析處理實驗過程有助于培養學生的邏輯思維能力，訓練學生思維的深刻性和縝密性。

例如本課中，在設計出實驗方案并完成實驗之后，我們引導學生對實驗條件和實驗結果（如下表）進行分析：

師：比較第②③（或⑤⑥）兩項的實驗條件，有什么共同特點？

生1：都是導體在磁場中做切割磁感線運動。

師：比較第①項和第②③項的實驗條件和實驗結果，可以看出，要產生感應電流需要什么條件？

生2：導體在磁場中做切割磁感應線運動。

師：比較第②③項和第⑤⑥項的實驗條件和實驗結果，可以看出，要產生感應電流還需要什么條件？

生：導體必須是閉合電路的一部分。

師：綜合上述結果，可得出產生感應電流的條件是什么？

生：閉合電路中的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動，導體中會產生感應電流。（如圖1所示）

這樣，通過引導學生對實驗現象進行分析、比較、歸納、綜合，了解了電磁感應的概念，發現了產生感應電流的條件，同時也培養了學生的邏輯思維能力。

五、在反思與評價過程中培養學生的辯證思維

辯證思維是一種更高層次的思維方式，它能使學生全面、辯證地看待問題。在科學探究活動中，引導學生對實驗方案、實驗過程、實驗結果等進行反思與評價，有助于學生更加全面、深刻地理解科學知識，培養學生思維的全面性和辯證性，同時使學生養成經常反思的習慣。

例如在通過實驗得到電磁感應的條件之后，我們繼續引導學生對實驗方案、實驗過程、實驗現象、實驗結果進行思考，作出反思與評價：

反思與評價一：反思上述實驗方案，還有沒有其它途徑能利用磁場來獲得電流？

可能的途徑1：保持導體靜止不動，讓磁體運動，使閉合電路的一部分導體在磁場中作做割磁感應線運動。（如圖2所示）

可能的途徑2：保持線圈靜止不動，讓磁體運動，使線圈（即閉合電路的一部分導體）在磁場中做切割磁感應線運動。（如圖3所示）

可能的途徑3：保持導體靜止不動，不斷改變磁場強度。

反思與評價二：反思上述實驗現象，怎樣使觀察到的實驗現象更明顯？

可能的方法1：用靈敏電流計代替電流表，重復上述實驗。

可能的方法2：用磁性更強的電磁鐵代替U形磁鐵，重復上述實驗。

可能的方法3：增加導體數量（比如用線圈代替導體），重復上述實驗。

反思與評價三：反思上述實驗過程和實驗結果，還能提出什么問題？

問題1：電磁感應的實質是什么？

問題2：感應電流的方向可能與什么有關？

問題3：感應電流的大小可能與什么有關？

問題4：如果是整個閉合電路在磁場中做切割磁感應線運動，電路中是否會產生感應電流？

問題5：如果電路斷開，讓導體在磁場中做切割磁感應線運動，會產生什么結果？

……

在此基礎上，我們提供器材，鼓勵學生通過小組合作進行探究。

這樣，通過多角度設問，鼓勵學生從多個方面進行反思與評價，不僅促進了學生對科學知識的理解，也使學生的思維得到了有效的訓練。

六、在知識的鞏固與應用中培養學生的創新思維

知識的鞏固與應用是掌握知識的重要的兩個階段。把探究得到的結論遷移運用到生活實際或新的情境中，不僅有助于學生掌握知識，而且能提高學生分析解決實際問題的能力，從而為學生創新思維的訓練打下堅實的基礎。

例如本課實驗結束后，我們出示下列問題，引導學生進一步思考、討論：

問題1：電磁感應原理在生活生產中可能有什么應用？

問題2：生活中常看到這種現象：電動自行車沒電時，用腳踩踏就能發出電來，說說其中的道理。

問題3（演示）：用導線連接指示燈的兩個接線柱后，指示燈不發光；而把它放置于電磁爐上，啟動電磁爐，指示燈能發光，如圖4所示。已知家用電磁爐內部有一個很大的線圈，你能解釋其中的道理嗎？

這樣，通過引導學生運用所學知識來解釋生活中的現象、分析解決生活中的簡單問題，鞏固了已學知識，同時也有效地培養了學生的創新思維。

[ 參 考 文 獻 ]

1.《例談實驗探究法在初中科學教學中的運用》劉煜華、毛國永《教育與探索》2008年第12期.

（責任編輯 黃春香）