在實驗方案設計中培養學生的批判性思維

徐文達

在小學科學課教學中，應當著力培養學生的批判性思維。設計實驗方案是探究式學習的重要環節，也是培養學生批判性思維的重要載體。怎樣在引導學生設計實驗方案中，培養他們的批判性思維呢？

學會審視

一個實驗方案就是一個有機的系統，有諸多因素需要綜合考慮，任何一個因素的考慮不周或缺失，都有可能讓實驗方案失去科學性。引導學生在實驗方案的設計中學會審視，全方位考量實驗方案的方方面面，既有利于實驗方案設計的科學性，也對學生批判性思維的培養具有重要意義。

1.關注整體，引導學生全面分析實驗方案

小學生對客觀事物的整體把握能力比較弱，審視事物時往往抓不住要點，顧此失彼，時常出現“撿了芝麻，丟了西瓜”的現象。因此，教師要引導學生學會全面、具體審視事物的方法，使之能夠基于整體對實驗方案全面分析。

如教學《火山》一課時，一名學生設計的火山噴發模擬實驗的方案為：用酒精燈加熱裹有番茄醬的土豆泥。這個方案怎樣呢？教師引導學生從整體對實驗方案全面分析：要設計火山噴發的模擬實驗，需思考用什么來模擬地球內部的巖漿，用什么來模擬地球構造中的地殼，用什么讓巖漿噴出，還要思考通過怎樣的設計，能準確地知道巖漿在什么地方噴出。從這名學生設計的實驗方案不難看出，用番茄醬來模擬地球內部的巖漿，用土豆泥來模擬地球構造中的地殼，用酒精燈加熱讓番茄醬噴出，而加熱后番茄醬在什么位置噴出不好判斷。通過分析，學生認識到這個方案中忽略了地殼厚薄對比的設計，無法判斷番茄醬從哪個具體位置噴出，故這一實驗方案不夠嚴謹。

2.關注細節，引導學生反復推敲實驗方案

細節決定成敗。一個完善的實驗方案，需要充分考慮細節，而對細節的關注，恰恰是小學生的弱項。因此，引導學生審視實驗方案時，要引導他們反復推敲細節，看細節處理是否合適、嚴密。

在《杯子變熱了》一課的教學中，一名學生提出的實驗方案為：把鋁棒固定在支架上，用凡士林把火柴粘在鋁棒上，然后用酒精燈對鋁棒的一端進行加熱，看鋁棒上的火柴掉落的順序?；鸩袢绻菑木凭珶艏訜岬奈恢闷鹣蛄硪粋纫来蔚袈洌驼f明熱在鋁棒里是沿著溫度高的部分傳向溫度低的部分。這個方案比較詳細，具有很強的操作性。對這個方案進行審視時，要引導學生注意細節的把握，如每根火柴棒上凡士林用量的多少、火柴棒的間隔距離等，這些細節都有可能影響到實驗的效果。

學會質疑

小學生由于知識經驗的缺乏，在面對權威和別人的建議時，常常出現迷信、盲從的傾向。要培養學生的批判性思維，就要在實驗方案中引導學生學會質疑。

1.不迷信，敢于挑戰權威

學會質疑，首先要做到不迷信權威，敢于挑戰。在實驗方案設計中，教師要引導學生獨立思考，對實驗方案有自己的獨立看法、獨特見解，對別人的實驗方案敢于質疑。

如《火山》一課，教材上呈現了兩個模擬實驗情境，其中一個情境是加熱用番茄醬和土豆泥做成的裝置。教材意圖很明確，就是給學生方法的引領，提示學生把番茄醬看作地球內部的巖漿，把土豆泥看作是地球構造中的地殼，觀察加熱后的實驗現象，認識到地球內部溫度高、壓力大，巖漿從地殼薄的地方噴出，形成火山。這個模擬實驗的整體構想是沒有問題的，但在具體操作上有沒有問題呢？教師要引導學生進行質疑。如教材圖示是放在一個淺托盤里組裝實驗裝置，這就給操作帶來了較大困難：一是往土豆泥做成的“火山”中注入番茄醬的數量難以把握，注入多了，極可能造成番茄醬會從“火山”底部滲透出來;注入少了，加熱后番茄醬會出現噴不出來的現象。二是地殼的厚薄對比效果不理想，學生通常會把“火山”頂端設計成“地殼”最薄的部分，由于種種原因，實驗中“巖漿”常常會從一側溢出。學生發現，教材中的圖示實驗情境，在具體操作上有一定難度，需要再想辦法改進。

2.不盲從，善于從不同角度思考

學會質疑，還要做到不盲從別人的觀點。在實驗方案設計中，教師要引導學生會從不同角度思考，尋找解決問題的多種可能性。

如《土壤里有什么》一課的教學中，一名學生提出驗證“土壤里是不是有水”的方案是：把土壤放在蒸發皿里，蓋上玻璃片，用酒精燈加熱，看看玻璃片上有沒有小水珠，有小水珠說明土壤里有水，否則說明沒有。這個方案先利用加熱方式使土壤里的液態水轉化成氣態水，再利用冷玻璃把氣態的水凝結成液態的水，方案很具體。是不是還有其他方法呢？教師可以引導學生從其他角度思考：除了用眼看到水，還可以用哪種感官感知到水？如用手來感知，學生在采集實驗用的土壤時，一般會采集一些比較潮濕的土壤，在這種情況下，就可以直接用手來感知水的存在。

學會比較

比較是訓練批判性思維的重要方法之一。一個問題的解決，方法往往是多種多樣的，實驗方案的設計也因方法的不同存在多樣性。在這眾多的實驗方案中，選擇哪一個才是合適的呢？這就需要引導學生學會比較。

1.引導學生尋找最簡方案

一個實驗方案簡捷與否，涉及很多因素。小學科學提倡用“瓶瓶罐罐”做實驗，這是因為實驗中需要的好多器材實驗室里沒有，必須到生活中尋找，因而決定實驗方案的簡捷與否，除了操作要簡捷外，還要考慮材料是否容易獲得。在具體教學中，教師要引導學生立足自己的生活實際，尋找最簡捷的方案。

如《杯子變熱了》一課的教學，三個學生設計的方案如下：

學生1：先把銅棒固定在支架上，然后用凡士林把火柴粘在銅棒上，再用酒精燈對銅棒的一端加熱。

學生2：先在圓鐵片上放一些蠟末，然后把鐵片放在三腳架上，用酒精燈對圓鐵片的中心加熱。

學生3：先在長鐵片上用濕紗布擦上一層水，用試管夾夾住長鐵片，然后用酒精燈對長鐵片的一個角加熱。

以上三個實驗方案在思路上是一致的，只是實驗中所用器材、物品不一樣。針對上述方案中所涉及的器材、物品，教師可以先引導學生看看學校實驗室里有哪些，如果沒有，再引導學生看看在生活中哪些比較容易獲得。這就需要學生結合自己的生活實際進行選擇，哪些器材、物品容易獲得，就選擇哪個方案。

2.引導學生尋找最合理方案

合理的方案是獲得正確科學實驗結論的保證。在面對多種實驗方案時，教師要引導學生反復比較，找出最合理的方案。如在《認識光》一課的教學中，怎樣驗證“光可能是沿著直線傳播”的猜想呢？學生提出的驗證方案如下：

學生1：分別找一根直的、一根彎的塑料管，先通過彎的塑料管的孔看蠟燭的火焰，能夠看到火焰，則證明猜想是錯誤的，否則是正確的;再通過直的塑料管的孔看蠟燭的火焰，能夠看到火焰，則證明猜想是正確的，否則是錯誤的。

學生2：先通過彎的紙筒的孔看蠟燭的火焰，能看到火焰，則證明猜想是錯誤的，否則是正確的;再把彎的紙筒變成直的，通過直的紙筒的孔看蠟燭的火焰，能看到火焰，則證明猜想是正確的，否則是錯誤的。

學生3：先通過自然狀態下的橡膠管的孔看蠟燭的火焰，由于自然狀態下的橡膠管是彎曲的，能看到火焰，則證明猜想是錯誤的，否則是正確的;然后把橡膠管拉直，通過直的橡膠管的孔看蠟燭的火焰，能看到火焰，則證明猜想是正確的，否則是錯誤的。

三組實驗方案，哪個更合理呢？教師可以引導學生進行分析比較，反復篩選。本實驗是一個對比實驗，唯一不同的要素是器材孔洞的曲和直，其他要素如器材孔洞的口徑大小等要保持完全一致。第一個方案的兩種塑料管除了直、彎的不同外，可能還會出現管的口徑大小不一的問題;第二個方案由于紙的柔韌性不好，把彎的紙筒變成直的時，可能會出現紙筒不夠直的問題;第三個方案則較好地克服了前兩種方案的弊端，故第三種方案是比較合理的。