發展科學思維與創新，促進核心素養養成

羅小飛

[摘要]結合典型的科學教學案例，從模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新四個方面探討如何發展學生的“科學思維與創新”素養，從而促進學生核心素養的養成。

[關鍵詞]科學思維與創新;核心素養;模型建構;科學推理;科學論證;質疑創新

[中圖分類號]G633.98? [文獻標識碼]A? [文章編號]1674-6058（2020）02-0083-03

列夫·托爾斯泰曾經說過知識，只有當它靠積極的思維得來，而不是憑記憶得來的時候，才是真正的知識。”因此，我們不僅要在思想上重視“科學思維與創新”，還要在實際行動中對“科學思維與創新”加以培養。“科學思維與創新”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新四個方面。下面筆者結合具體教學案例來談談如何在科學教學中發展學生的“科學思維與創新”素養，促進學生核心素養的養成。

一、模型建構

模型建構作為一種認知手段和思維方式，是學生根據研究的問題和情境，在對客觀事物抽象和概括的基礎上構建易于研究的、能反映事物本質特征和共同屬性的理想模型、理想過程、理想實驗和科學概念的過程。模型建構有助于幫助學生抓住事物的關鍵要素，加深學生對概念、過程和系統的理解，促進學生形成系統思維。

【典型案例1】月球與月相（第2課時）

本節課的授課對象是七年級學生，教學難度較大。在知識層面上，學生在小學六年級下冊已學過月相變化，也了解了月球自身是不會發光的，我們所看到的月光是月球反射的太陽光，知道月球繞地球逆時針運行，等等。但是，對于深層次的內容，如月相的成因及變化規律，學生還沒能有效掌握，也無法做出具體的解釋。在能力層面上，學生初步具備了小組合作學習的能力、解決簡單問題的能力及一定的讀圖能力，但他們正處于從形象思維向抽象思維轉化的過渡期，空間想象能力較弱。在這樣的情況下，引導學生進行模型建構，有助于學生抓住月相的成因及變化規律的本質。

片段欣賞一：月相的成因

在月相成因的實驗中，用平行光源當作太陽光去照射白球（模擬月球），看看能照亮白球的多少面積（如圖1）;然后請學生坐在各自的座位上不要動，畫出自己所觀察到的白球形狀，特別提醒學生用留白表示被平行光源（模擬太陽光）照亮的部分，用打斜線表示未被照亮的部分，最后讓學生展示各自的作品。

月球繞著地球轉，地球又繞著太陽轉，三者位置不斷在變化，所以才使得地球上的人看月球的角度不同，看到的月相也在不斷地變化。通過立體模型的展示（如圖2），讓學生比較直觀地感受太陽、地球和月球三者位置的動態變化。

片段欣賞二：月相的變化規律教師首先自制月相變化模型;接著再讓部分學生將其戴在頭上（如圖3），身臨其境地感受月相的變化規律;然后讓每位學生都將自己當作地球上的觀察者，用自己的一只手，在同一個平面內平舉半邊染黑的球來進行觀察（如圖4）;最后讓學生結合模型畫出對應位置的月相。這樣，學生有效掌握了月相的變化規律，收到非常好的教學效果。模型建構，為學生認識客觀事物的本質提供了有效手段和思維方式。

二、科學推理

科學教育研究和實踐中所提出的科學推理，不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類比推理，還包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類等思維方法，以及組合推理、概率推理、相關推理、因果推理等推理形式。

【典型案例2】化學推斷專題復習初中化學內容包括物質的性質、基本反應類型、物質間的相互轉化等，涵蓋內容多，相互之間的聯系錯綜復雜，學生對相應的知識內容能做到系統性學習已經很不容易了。化學推斷對于學生而言難度很大，再加上學生的科學推理能力不強，開展化學推斷專題的復習教學教師定要下一番苦功。教師在兼顧趣味性的基礎上，要特別注重學生歸納推理、演繹推理、類比推理、分析與綜合、組合推理等科學推理能力的培養。

教師可先讓學生進行相應化學知識的儲備，然后將化學推斷專題分成描述型、框圖型、表格型、連線型四類。通過生動剖析推斷過程，及時提煉推斷秘訣，讓學生有效掌握相關的科學推理思維及方法。

片段欣賞一：“描述型”推斷題演繹

【例1】某白色粉末加水溶解，得無色透明溶液;向所得溶液中加入AgNO₃溶液，產生白色沉淀，再加入足量稀HNO₃，沉淀部分溶解，白色粉末可能是由Na2CO₃、NaNO₃、NaCl、BaCl₂、CuSO₄、CaCO₃中的一種或幾種混合而成。則白色粉末一定含______，一定不含______，可能含______。

片段欣賞二：“表格型”推斷題演繹

【例2】A、B、C、D分別是鹽酸、碳酸鈉、硝酸銀、氯化鈣四種溶液中的一種，將它們兩兩混合后，觀察到的現象如圖7所示，請回答：

（1）A、B、C溶液中溶質的化學式是?______，______，______。

（2）C和D反應的化學方程式為______。

（1）A、B、C溶液中溶質的化學式

（2）C和D反應的化學方程式為

綜上，在各種類型的化學推斷題中，學生可以靈活選擇順推法、逆推法、組合法、篩選法等方法進行科學推理，進而切實提升自身的科學推理能力。

三、質疑創新

質疑創新的核心是科學創造力。科學創造力是在科學知識學習、科學問題解決和科學創造活動中，根據一定的目的，運用一切已知信息，在新穎、獨特且有價值的（或恰當的）某種產品的產生過程中表現出來的智能品質或能力。

【典型案例3】水在植物體中的代謝（第1課時）

對于植物吸水和失水的實驗，教材只是將蘿卜條放人清水和鹽水后，比較蘿卜條質量和形狀的變化。實驗較單一，趣味性不強，開放性不夠。對此，教師可鼓勵學生進行創新實驗，這樣學生的學習興趣和學習積極性都會被激發和調動起來，還可以有效培養學生的質疑能力和創新能力，可謂一舉兩得。

蘿卜條放人清水和鹽水后的變化（如圖10）：

秋葵放入清水和鹽水后的變化（如圖11）：

茄子放入清水和鹽水后的變化（如圖12）：

土豆放入清水和鹽水后的變化（如圖13）：

將植物放人清水后，定性觀察發現：植物顏色變淺，表面變光滑，氣味變淡，硬度變大，形狀堅挺;定量觀察發現：植物長度變長，橫截面積、體積和質量均變大。而將植物放入鹽水后，定性觀察發現：植物顏色變深，表面變粗糙，氣味變濃，硬度變小，形狀皺縮;定量觀察發現：植物長度變短，橫截面積、體積和質量均變小。

結論：植物放人清水中會吸水，放人鹽水中會失水。

設計意圖：讓學生根據自己組的“奇思妙想”分組實驗，小組合作進行實驗探究，觀察實驗現象，記錄實驗數據。在交流過程中，學生充分展現了語言表達能力和實驗創新思維。

四、科學論證

科學論證是個人引用數據或資料來支持自己或反駁他人論點的過程。科學論證能力是以科學知識為中介，積極面對問題，對所獲得的數據資料進行解釋說明，提出自己的論點，反思自己和他人論點的不足并提出反論點，同時能反駁他人的質疑和批判的高階思維能力。

【典型案例4】艷麗多姿的生物（第4課時）

通過前面3個課時的學習，學生已經知道地球上艷麗多姿的生物是和它們生活的環境相適應的。教師可順勢追問：“生物和環境之間，還有其他的關系嗎？”學生有的說生物影響環境，有的說環境影響生物。到底誰對呢？請學生討論，然后展開辯論。通過辯論，學生提出了各自的觀點，具體如下：

通過這樣的“辯論賽”，學生的科學論證思維得到了很好的鍛煉，學生學會聯系生活實際找尋典型案例論證自己的觀點，并及時反駁其他同學的觀點。

上述幾個教學案例是筆者在平時的教學中付諸實踐，且收到比較好的效果的教學課例。大家也可以舉一反三，讓“科學思維與創新”經常運用到常規的教學中去，為培養學生的核心素養服務。

[參考文獻]

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