以發展學生思維能力為重點改進小學科學課教學

張天芝

摘 要 發展學生的思維能力是小學階段科學課堂教學的重要目標，是培養學生能力的關鍵；重視學生思維能力的培養，是提升課堂教學實效的根本。在教學設計與實施中努力探索，創設能夠引起學生認知沖突的情境，引導學生主動思索、主動探究、積極思維，重視培養學生的科學思維能力，追求課堂教學實效。

關鍵詞 小學科學；思維能力；實驗

中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）09-0110-03

1 引言

發展學生的思維能力是小學科學課堂教學的重要目標，是培養學生能力的關鍵；重視并進行學生思維能力的培養，是提升課堂教學實效的根本。當前的科學課堂教學，以探究式教學為主，不論是提出問題、預測和猜想、實驗設計、尋求實證、數據收集與分析、結論與表達，還是其他各個步驟，對于學生建構正確的科學概念的過程來講，其核心活動都是思維，并且貫穿教學始終。學習并不是簡單的信息積累，它同時包含由于新舊經驗的沖突而引發的觀念轉變和結構重組。學習過程是新舊經驗之間雙向的、相互作用的過程。要想促使學生主動建構性卷入學習過程，教師就要有明確的教學目標，深刻了解學生的已有知識水平和經驗，重視對學生的科學思維能力的培養。

十多年的課程改革，突出學生的主體地位的教學理念深入人心。越來越多的小學科學教師以此為指導思想，在教學設計與實施中努力探索，創設能夠引起學生認知沖突的情境，引導學生主動思索，引導學生主動探究，啟發學生積極思維，重視培養學生的科學思維能力，追求課堂教學實效。

通過“擺”這一課例的分析，總結實踐探索的經驗，提高科學教學的質量。在備課過程中，教師進行教學背景、學生情況、教學方式和手段選擇等方面的分析，據此制定出教學目標和教學重點和難點。

2 科學概念

1）擺的擺動快慢與擺線的長度有關。

2）同一個擺，擺線越長，擺動越慢；反之越快（教學重點）。

3 過程與方法

1）能夠根據現象推測擺的擺動快慢與什么因素有關。

2）能夠根據推測進行相關實驗設計。

3）能夠通過測量，收集數據，并通過對數據的分析做出合理的解釋（在控制變量的條件下試驗并搜集證據，對數據進行分析，是教學難點）。

4）初步意識到獲取精確的數據需要反復測量。

4 情感、態度與價值觀

認識到對待科學研究要持實事求是的態度。為此，教師準備了學生分組實驗用的材料，包括擺的裝置、實驗記錄單、鐵架臺、自制量角器、軟尺、擺錘（3個，重量分別為5 g、10 g、20 g）、擺線等。同時，為方便教學，教師還準備了顯示10 s的計時器課件、鐘擺、電腦、投影。

5 教學過程

因為本課是在學習“機械鐘擺”的基礎上進行的，所以課前學生已經了解擺的構造。教學過程就此展開。

聚焦話題——在矛盾中發現問題 在上節課的教學中，學生了解了擺是由擺線和擺錘所構成的，擺動時的幅度叫作擺角，并且在活動中每個小組制作一個擺，記錄了在10 s

內擺的擺動次數（對擺幅大小有要求，但不講原因）。課下，教師統計學生記錄的數據，做成一幅柱狀圖。

上課時，首先出示柱狀圖讓學生觀察，他們會發現每組制作的擺在10 s內擺動次數是不同的，由此產生矛盾。在矛盾中，學生的興趣被激發，他們的思維也開始圍繞問題“擺的擺動快慢與什么因素有關”活躍起來。

【分析】學生在學習“機械擺鐘”時，因為制作擺、進行單擺的實驗活動，對單擺有了初步認識，但還沒能自覺地關注到不同的擺在擺動中的差異。課上，教師不是簡單地描述一下學生自制的單擺在10 s內擺動次數的數據，而是利用柱狀統計圖的方式表達實驗結果，學生自然感到新奇、熟悉且直觀。于是，觸發學生的思維，促使學生自覺融入情境，主動觀察、比較，在數據分析中發現矛盾，產生認知上的沖突，意識到擺的擺動次數與擺的結構可能存在某種關系，從而形成質疑——提出自己的真問題。

初步猜想和假設——大膽猜想，碰撞思維“火花” 在探究中，學生紛紛對研究的問題提出假設，經過分析和梳理，呈現出三個主要因素，即“擺角的大小”“擺錘的輕重”

“擺線的長短”，會影響擺的擺動快慢。在此基礎上，引導學生聯想操作活動時的情景，進一步提出“擺角的大小”“擺角的輕重”“擺線的長短”的變化對擺的擺動快慢具有怎樣的影響。教師希望學生的推測會出現分歧，彼此之間會質疑對方提出的假設，鼓勵學生互相探討，以使他們要研究的問題更具有指向性。在活動中，學生大膽想象，會碰撞出思維的“火花”，這可以極大地調動探究的興趣，培養質疑的科學態度，感悟聯系地看問題的思維方法。

【分析】在科學探究過程中，猜想與假設是對所研究事物的因果性、規律性做出調查或是眼前的一種解釋。它分為兩個環節：一是猜想；二是假設。猜想是學生接觸到問題后，在已有知識經驗的基礎上，對客觀現實依靠直覺而做出的各種判斷；而假設（狹義的）是將問題因果關系的猜想更加具體化地表達出來，期待控制條件的實驗予以驗證。教學中，僅猜想到“擺的擺動快慢可能與擺角的大小、擺錘的輕重、擺線的長短有關系”，學生接下來的實驗設計還是有明確的目的和針對性。而探討、假設的過程，因為生生之間的交流，反映出學生關于這一問題的原有認知經驗，教師基于此的指導才具有針對性，才有助于學生明確思考的方向——積極理解各因素之間的關系，給予自己的假設識別和學習控制變量，依次采集數據、分析數據，主動且建構性地卷入學習過程。

實驗計劃的制訂——“動手”前的思考

1）確定研究主題?！皵[角”“擺錘”，究竟哪一個因素最有可能影響擺的擺動快慢？在課堂上因為時間的關系，每個小組只能選擇一個問題進行研究。在選擇研究的問題上，教師應給學生更大的開放時間，讓他們小組自主選擇所要研究的問題。

2）設計實驗方案。在課堂上，小組成員根據所選擇的研究問題自主設計實驗。實驗中控制變量是本次實驗的關鍵，也是本課教學的一個難點。所以，在課堂上請學生闡述在實驗中自己控制的變量和保持不變的量分別是什么。在學生闡述不清楚時，教師適當點撥，使其不斷清晰并認識到在實驗中控制變量的重要性，培養學生考慮問題要全面的思想方法和嚴謹認真的科學態度。

3）實驗過程中的注意事項。本課的實驗研究需要小組成員之間團結協作才可以完成，實驗過程需要計時員、記錄員和觀察員，他們之間如果一個環節出現問題，就可能無法得到準確的數據。所以，在實驗前先讓學生進行交流，說一說在實驗中應該注意些什么，這樣他們就可以充分意識到團隊合作的重要性。

數據的收集與分析——根據事實證據形成解釋

1）收集數據。在學生實驗的時候，教師要觀察學生的實驗記錄單，了解學生的實驗進度，觀察學生的實驗關注度，鼓勵學生重復實驗；觀察有沒有為尋求和自己觀點一致而隨意取舍數據、修改數據的情況。如果發現問題，要及時在全班范圍內展開討論，分析問題所在，讓學生意識到保留原始數據的重要性，借此培養學生尊重數據的意識和嚴謹細致、實事求是的科學態度。

【分析】從課堂教學視頻中發現，有三個組“自作主張”，打破紀錄的限制，多收集了一些數據信息。學生如此的自主緣于教師為學生提供了較為開放的空間，促成了各組學生自主選擇研究專題，并針對大家的假設性解釋有目的地開展實驗、收集數據、尋求證據。

2）數據的交流與分析。教師要給學生比較充分的時間交流數據信息，引導學生在交流時先說明記錄單中兩個維度的關系，然后介紹數據信息，最后分析并得出結論。面對多個記錄單，還要引導學生發現在同一組實驗中，即使嚴格按照實驗規范去做，也很難得到完全相同的數據，從而意識到：實驗中誤差是不可避免的，可以通過嚴謹的實驗和增加實驗的次數來盡量減小誤差，得到準確數據。通過數據分析，得出結論：擺線的長短會影響擺動快慢（即：同一個擺，擺線越長，擺動越慢；擺線越短，擺動越快），而擺錘的質量不會影響擺的擺動快慢。至此，聯系研究方法和結論進行小結，突出本課的教學重點。

關于擺角的大小是否影響擺的擺動快慢的問題，“擺角小于5°時，其影響忽略不計；大于5°時就會有影響”，這是單擺的特殊性，本不是小學研究的問題，但是學生很容易發現并認為它是個影響因素。教師可以利用這個實驗豐富學生對科學研究的不同感受。所以，在“擺角的大小是否影響擺的擺動快慢”這個問題上，可以畫一個問號，啟發學生感悟；不是每次研究都會有一個圓滿的結果。啟發他們多思考：這可能是因為操作、自己的能力、對擺的認識等多種因素的影響造成的，所得到的實驗數據即使不能說明問題，對于別人的研究或者自己今后的研究，也是有參考價值的。

【分析】從教師的教學設計與實施情況看，這兩個環節有兩點促進教學的實效性：一是重視學生對數據及其之間關系的認識與分析，促成學生對數據信息的思維加工；二是重視科學方法學習、科學態度培養和獲取科學解釋的有機結合，促成三維目標的達成。

另外，還有一個值得稱道的細節?！白宰髦鲝垺钡囊粋€小組研究的是“擺角的大小是否影響擺的擺動快慢”，當這個小組在教師的鼓勵下與大家分享研究結果的時候，映入大家眼簾的記錄單上填滿了數據：“我們按照20°、40°、60°的幅度試驗5次，數據都差不多，好像擺角大小影響擺動快慢的情況不一定；后來我們又增加了10°和50°，結果還是差不多。我們就覺得自己原來想的和實驗結果不一樣?！苯處熂皶r肯定和鼓勵了學生，因為認識到：實驗目的明確，學生能更自覺地關注數據信息，從而自然促成他們主動地思考和自我反省；應該抓住這個有力的教育時機，實施科學思想方法和科學態度教育，啟發學生感悟科學的本質。

回顧與反思

1）讓學生談自己在這節課中的收獲，也是他們對本課教學內容進行梳理和歸納的過程，更是他們的自我評價。

2）出示鐘擺，讓學生分析怎樣調整時間已經慢了的機械時鐘。這個環節使本課的教學內容和實際的生活聯系了起來。

3）讓學生回家思考怎樣制作一個10 s擺動10次的擺，使本課的教學內容延伸到課后。

【分析】回顧和反思研究、學習的經歷，引導學生自我評價，有利于學生了解自己學習的結果和梳理學習過程，從而將新學到的知識、經驗和經歷與舊知識建立聯系，促進知識技能的內化；有利于培育學生自我監控的意識，培養學生反思的能力，促進學生積極主動地學習。