小學科學教育中的科學思維及其培養策略

小學科學課程的主要任務是培養小學生的科學素養。通過學習小學科學課程，學生能夠體驗科學探究的過程，初步了解與小學生認知水平相適應的一些基本的科學知識和科學方法；具備初步的科學探究能力、思維能力、創新能力、解決實際問題以及進行表達和交流的能力等。在小學科學教育中，使學生獲得一些基本的科學知識是基礎，培養學生的科學思維能力是核心。

一、思維和科學思維

（一）思維及其特征

思維作為哲學、生理學、心理學、教育學等不同學科的研究對象，有不同的定義。心理學上，有研究者認為思維是人腦對客觀事物的間接和概括的反映，是以感覺、知覺為基礎的高級認知過程。客觀事物直接作用于人的感覺器官，產生感覺和知覺，并以感性形象反映事物的個別屬性，使人把握各種現象和事物的外部聯系。思維則運用分析和綜合、抽象和概括等各種智力操作對感覺信息進行加工，以存儲于記憶中的知識為媒介，反映事物的本質和內部聯系。

思維具有概括性、間接性和問題性。概括性是指思維能夠解釋事物的本質屬性以及事物之間的本質聯系和規律，通過大腦對信息進行概括加工，從而得到概括程度高的知識，如科學概念。間接性指的是通過思維，根據已知的信息認識沒有觀察到的事物；憑借知識經驗，對沒有直接作用于感覺器官的事物及其屬性加以認識；對根本不能直接感知的事物及其屬性或聯系進行認識；能對現實事物認知的基礎上進行蔓延式的擴展。問題性指的是思維總是指向解決某個任務的，思維過程體現問題解決中通常涉及的發現問題、明確問題、提出假設、檢驗假設等環節。

（二）科學思維及其特征

科學思維從屬于一般思維。人們對科學思維有不同的理解：一種是“科學的思維”，指的是思維的科學化，是一種時間成本最省、正確高效和可操作性的思維。另一種是在科學實踐活動中形成和應用的思維，與日常思維相對應，是思維的下位概念。本文的科學思維指的是第二種理解。

科學思維是為了達成對客觀世界本真的認識，具有意識的人腦借助探究等形式，對自然界中事物的本質屬性、內在規律及自然界中事物間的聯系和相互關系的間接的、概括的和建構的反映。該反映以科學知識經驗為中介，體現為對多變量因果系統的信息加工過程。科學思維作為思維的一種特殊形式，具備間接性、概括性、建構性、問題性、邏輯性、生產性、客觀性等特性。

科學思維可以分為抽象科學思維、形象科學思維和直觀科學思維。抽象科學思維以科學概念、科學理論等抽象的形式概括事物的本質，把握事物的內在聯系；形象科學思維則主要用形象材料來概括事物的本質，它以客體為原型經過加工提煉形成新形象，即科學表象；直觀科學思維是以科學概念和科學表象結合而成的“知識組塊”為思維材料的思維。抽象科學思維是科學思維中最普遍、最基本的類型。

科學探究過程一般要經歷“提出問題——猜想與假設——制定計劃與設計實驗——分析思考與結論”等過程。有研究者認為科學思維主要遵循提出問題、搜尋事實、捕獲信息、立論解釋的過程。美國哲學家薩默維爾認為科學思維經歷五個環節：問題的發現和表述、假說的提出、根據假說進行演繹、通過觀察和實驗驗證演繹、得出結論。他們認為，科學思維是在掌握知識和技能的過程形成的。

（三）小學生的科學思維

小學生的科學思維是一般思維與科學課的有機結合，是一般思維在科學課中的具體表現，是一般思維與科學教育的結晶，是科學能力的核心。小學生的科學思維能力是指在解決科學問題和學習科學知識過程中進行思維所應有的個性心理特征。

科學思維方法和品質是科學思維能力的重要組成部分。科學思維方法是在學習科學知識和解決科學問題過程中應有的思維方法，主要有分析綜合、比較分類、抽象概括、科學推理、臻美等。科學思維品質是指在學習科學知識和解決科學問題過程中逐步形成和發展的，并在這個過程中表現出來的，直接影響工作效率的智力特征，包括深刻性、靈活性、批判性、敏捷性和獨創性。掌握一定的科學思維方法，具有一定的科學思維品質，是小學生在學習科學知識和解決科學問題過程中進行思維活動的必要條件。

二、培養學生科學思維的策略

（一）圍繞概念教學，是培養小學生科學思維的有效途徑

探究式學習是小學科學課程的主要學習方式，在教學中要避免學生毫無目的、為探究而探究的學習過程。教師應當引導學生從身邊的日常生活、自然現象或社會熱點問題出發，圍繞概念來開展探究活動。

科學概念是小學生認識自然世界的基礎。學生可以運用認識或理解科學概念，觸類旁通地解決學習和生活中遇到的某些問題。圍繞科學概念開展探究式學習，有利于提高學生的學習效率，從而更好地認識和理解科學知識，培養他們的科學思維能力，為今后進一步學習科學知識奠定良好的基礎。

科學概念的形成過程是以感覺、知覺和表象為基礎，通過分析、綜合、抽象、概括、系統化、具體化等思維活動，從個別到一般，從具體到到抽象，從現象到本質的認識過程。

因此，教師需要根據課程內容的要求，圍繞科學概念以及具體學習內容之間的聯系，考慮學生對科學概念學習的發展途徑進行教學設計，安排教學環節和過程。

（二）創設教學情境，從學生前概念出發，引導學生聚焦到合適的探究問題

有效的探究式學習必須以學生已有的知識和經驗為起點，學生通過自己努力，或在教師和同學的幫助下達到可以發展的程度作為階段目標。教學時，老師可以通過實驗、游戲、謎語、故事等方式設置與學生生活經驗和教學內容相關的學習情境；可以通過提問和討論，以及利用圖表、回答選擇題、預測等方式了解學生的前概念，并以此為依據調整教學策略或內容，引導學生聚焦到合適的探究問題上。

教師在教學過程中需要注意：一次探究活動應集中探究一個可以通過實證研究解決的明確問題，不宜向學生提出涉及復雜的、超出兒童探究能力的問題。教師在準備問題時，需要注意以下四個方面：

1.問題的復雜程度

問題不能過于簡單，應當是需要學生通過收集資料、檢驗假設才能加以解決的問題。例如：教師呈現一個引起認知沖突的事件，用嘴輕輕吹一張8.5厘米×11厘米的薄紙上部，紙就飛起來，讓學生探究“紙為什么會飛起來”。學生通過實驗，最后形成一個推論（概念）：“在一個物體表面，如果上面的空氣運動快于下面的空氣運動，這個物體將會飛起來。”

2.問題要與學生的知識和能力水平相適應

探究的問題不能太難，應當與學生的知識背景與能力發展水平相適應，還要與學生所要學習的專業領域相關。例如：兩株同樣大小的樹苗被移植到同樣的土壤里，接受同樣的水分。然而，其中一株比另一株長得大得多，是什么因素導致了兩株樹苗的生長差異呢？

3.問題能激發學生的學習興趣

探究的問題要能激發學生的好奇心、學習興趣和內在動機。如果問題中含有一個似乎有悖于常理的矛盾，就能增強學生的好奇心和探究欲望。例如：把不同的金屬條（通常是鐵和銅）疊壓焊接成一根單一的金屬片。加熱這個疊壓片，金屬開始膨脹，但是兩種金屬的膨脹率是不一樣的，其內部壓力迫使這個疊壓片呈彎曲形狀，這根彎條的外周就是由那種膨脹系數高的金屬組成。那么，彎曲金屬條的外周是哪種金屬？

4.問題的情境性

問題不要表現為一個或一組抽象的提問，應當隱含在一個特定的具體情境之中。例如：兩個男孩在不同地區宿營，準備他們的晚飯。他們點燃了火，把肉和菜混在一起，放在火上煮。不一會兒，A同學嘗了一下煮熟的東西，發現已經熟了。B同學也嘗了一下自己煮熟的東西，發現連土豆和胡蘿卜都沒熟，這是為什么呢？

（三）重視證據的收集

學生在探究過程中為證實假設、解決問題而設法收集證據時，教師應當給予指導。在收集證據的過程中，教師要引導學生積極思考哪些信息是解決問題所需要的，指導學生確定收集信息的方法和呈現信息的方式。信息來源主要包括學生的觀察和實驗所得，有時也包括從其他渠道獲得的第二手資料。在收集數據的過程中，教師要讓學生及時地把有關數據收集起來，使所獲得的數據盡可能準確；要讓學生明白實驗數據需要經過多次測試得出，要尊重事實，不能人為更改數據。同時引導學生把數據用合適的方式表達出來，以便于分析和推理，形成一定的解釋。

（四）重視引導學生從證據中進行分析推理、得出結論，關注學生的討論與交流

科學探究必須基于證據，信息和數據的收集非常重要。在獲得信息和數據之后需要進行分析，作出判斷，對探究的問題進行回答。在這個過程中，學生將從直覺中獲得的日常概念上升為科學概念是科學研究的關鍵，也是探究式科學教學的重要方面。在引導學生進行分析推理、得出結論時，教師要注意學生的探究內容與所學概念的關聯，注意使用科學分類和模型等方法，幫助他們理解主要的科學概念。

交流與討論是教師和學生、學生和學生之間重要的互動過程，是培養學生科學思維的重要途徑，貫穿探究式學習的全過程。尤其是在學生進行分析推理、得出結論的過程中，交流與討論更是不可缺少的重要手段。教師在組織探究活動時，要讓學生充分地表達他們的想法，發現認知沖突，鼓勵學生進一步思考，開展探究。不要急于誘導學生解答或給出答案，更不要簡單地給予肯定或否定，而是給他們足夠的時間思考，充分展開交流和討論。

在交流與討論中，還可以培養學生學會傾聽別人的意見和評價，接納不同觀點等開放的科學態度，促使他們學會尊重事實、尊重他人、尊重和欣賞不同意見，并從他人意見中得到啟發和幫助。

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