小學科學實驗中學生慣性思維的干預策略例談

范蓓

【摘? ?要】小學科學學習強調以探究為核心，以實驗為支撐。在實驗教學中，教師要幫助學生突破慣性思維，培養學生的創新思維。具體而言，教師應“修正記錄單，實現從證據到概念的建構；創新實驗材料，實現從現象到本質的探究；豐富實驗方案，實現從單一到多元的突破”，以此幫助學生建構科學概念，提升學生的科學素養。

【關鍵詞】小學科學；慣性思維；實驗；概念

慣性思維也稱思維定式，是由先前的活動造成的一種對活動的特殊心理準備狀態或活動傾向性。《義務教育科學課程標準（2022年版）》在課程目標中指出：學生需要掌握分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯想與想象、重組思維、發散思維、突破定式等基本的思維方法，能從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價值的觀點和解決問題的方法。小學科學學習強調以探究為核心，以實驗為支撐。在實驗教學中，教師要幫助學生突破慣性思維，培養學生的創新思維。本文以三次實驗教學為例，分析學生的慣性思維，并提出相應的干預策略。

一、修正記錄單，實現從證據到概念的建構

在科學學習中，利用證據對知識進行解釋和論證，是構建科學概念的主要方式之一。很多科學證據是通過實驗觀察得來的，這就要求教師在設計實驗時，要借助合適的支架呈現學生的觀察結果，使學生的思維過程可視化。實驗記錄單是十分合適的支架，教師可以利用實驗記錄單引導學生在觀察時記錄第一手證據，為后續的交流討論提供依據。

【案例1】

教科版《科學》四年級下冊《種子的傳播》一課的教學中，教師帶領學生研究“一種植物種子是否僅有一種傳播方式”，課堂教學過程如下。

教師讓學生觀察蒼耳、蓮蓬、蒲公英、葡萄的特征，并推測這些植物的種子的傳播方式。

生：蒼耳有刺，且比較輕，所以靠動物傳播；蓮蓬表面干、硬，并且生活在水里，所以靠水傳播；蒲公英的種子像傘，很輕，有毛，所以靠風傳播；葡萄顏色鮮艷、味道鮮美，所以靠動物傳播。

師：你們同意這個小組的意見嗎？

生：同意。

師：還有什么要補充的嗎？

（生沉默）

師：誰來總結一下這些種子的傳播方式？

生：蒼耳種子的傳播方式為動物傳播；蓮蓬種子為水傳播；蒲公英種子為風傳播；葡萄種子為動物傳播。

【案例分析】

表面上看，上述實驗觀察十分成功，所有小組都能觀察到蒼耳、蓮蓬、蒲公英、葡萄的特征，并且找到了對應的傳播方式。然而，學生并沒有從“種子的傳播方式與種子的結構及生長環境特征之間的關系”進行分析，他們很難將觀察到的種子結構特征轉化為確定種子傳播方式的證據。這就導致學生在匯報時陷入了“一種植物種子只有一種傳播方式”的慣性思維。

【教學改進】

為了突破“一種植物種子僅有一種傳播方式”的慣性思維，教師對實驗記錄單進行了調整。表1為單一性的實驗記錄單，表2為思維含量更高的實驗記錄單。

如表1所示，學生需要把這些種子的結構特點寫在一個格子里，然后根據這些特點來判斷種子的傳播方式。每個小組一份實驗記錄單，組員合作完成。表2所示的記錄單中，教師采用讓每個學生先獨立思考，再在小組內討論交流的方式進行記錄，具體操作方法如圖1所示。

首先，學生獨立觀察種子，并將觀察到的種子結構和生長環境特征寫出來。這樣每個學生都能在觀察中主動參與，形成自己的觀點。其次，學生在觀察結束后進行小組討論，討論的主題是“你是根據種子的什么特征推測出它的傳播方式的”，這就是一個依據證據建構概念的過程。最后，學生在填好表2后在組內將種子的每個特征與對應的傳播方式進行連接。例如，學生注意到蒼耳較輕，想到動物傳播和風傳播兩種方式；看到蒼耳扔到桌上會彈起來，想到自體傳播。由此，學生得出結果：蒼耳種子的傳播以動物傳播為主，以風傳播、自體傳播為輔。這樣“一種植物種子僅有一種傳播方式”的慣性思維就得到了修正。

二、創新實驗材料，實現從現象到本質的探究

透過現象看本質是科學研究的基本方法，這種方法在實驗教學中同樣適用。實驗中，學生需要觀察實驗現象，理解現象產生的原因，抓住現象背后隱含的本質原理。其實，在教科版《科學》中，存在著很多現象不明顯的實驗，如用蠟燭探究二氧化碳輕重的實驗以及比較鐵、銅、鋁三種金屬導熱性的實驗等。為了讓實驗現象更明顯，教師需要改進實驗器材、實驗方案，優化實驗教學方法。

【案例2】

教科版《科學》四年級上冊《聲音的高與低》一課的教學中，教師帶領學生探究“裝水少的杯子發出的聲音是否一定高”。課堂上，教師在課件上出示了一道題，如圖2所示。

全班共41人，其中29人認為用嘴吹1號至4號玻璃杯口，聲音將會由高到低變化。這是因為1號杯中水最少，水振動得最快，所以聲音最高。

【案例分析】

回答上述問題前，學生準備了四個水量不同的杯子，依次敲擊來辨別聲音的高低，結論是：裝水越少的杯子，敲擊后發出的聲音越高。約71%的學生在回答圖2所示的題目時，認為用嘴吹和敲擊一樣，都是使水發生振動，因此陷入了“裝水少的杯子發出的聲音一定高”的慣性思維。事實上，敲擊杯子時，發生振動的物體是水，而用嘴吹杯口時，發生振動的物體是空氣。學生沒有弄清楚發聲的物體，其科學學習停留于表象，因而陷入了思維誤區。

【教學改進】

為了幫助學生明確科學原理，突破慣性思維，教師對實驗材料進行了改進，目的是將音量放大，使物體的振動可視化，使學生容易觀察現象，順利得出科學本質。

1.利用共鳴盒，放大音量

教科版《科學》四年級上冊《聲音的強與弱》一課中，教材安排了讓學生用不同力度撥動鋼尺（如圖3），明確振動幅度與聲音強弱關系的活動。由于撥動鋼尺發出的聲音比較弱，加上周圍其他聲音的干擾，學生不能很好地得出振動幅度與聲音強弱的關系。為此，教師自制共鳴盒，將聲音導管與共鳴盒連接起來，避免實驗受外界的干擾，具體如圖4所示。這樣，學生能夠得出“振動幅度大，聲音強；振動幅度小，聲音弱”的規律。

2.利用塑料管，呈現振動

為了讓學生感受“聲音高低與振動快慢的關系”，教師讓學生吹長短不同的塑料管，并在塑料管底部貼一張小紙條。這樣，學生在吹氣時，就能明顯看到不同塑料管底部紙條的振動情況。在此基礎上，教師引導學生思考“紙條和什么有接觸？”“是什么讓紙條發生振動？”等問題。學生由此理解吹氣能引起塑料管內空氣的振動，從而產生聲音。再次實驗時，學生觀察紙條振動的快慢情況，有以下發現：吹短管時，紙條振動得快，發出的聲音高；吹長管時，紙條振動得慢，發出的聲音低。教師還可以在塑料管上安裝彈簧夾，讓學生敲擊塑料管，觀察彈簧夾的振動情況，再次明確發生振動的物體。

3.利用傳感器，量化振動

在塑料管底部貼紙條的方式能讓學生從定性的角度得出聲音高低與振動快慢的關系。為了讓學生從定量的角度分析聲音高低與振動快慢的關系，教師進一步改進實驗。在學生吹長短不同的塑料管時，教師將聲波傳感器與電腦進行連接，用直觀的振動波紋圖呈現塑料管內空氣的振動頻率變化（如圖5）。這樣，學生能夠直觀地看到：吹短管時，空氣振動快，聲音高；吹長管時，空氣振動慢，聲音低。

上述實驗中，教師利用共鳴盒將聲音放大，利用塑料管使振動可視化，利用聲波傳感器使振動量化。學生完成了從現象到本質的飛躍，深度理解了物體振動快慢與聲音高低的關系。

三、豐富實驗方案，實現從單一到多元的突破

實驗方案是科學實驗的基礎，直接決定實驗效果和課堂效率。學生對實驗方案的思考和操作是建構科學概念的前提。在實驗教學中，教師要鼓勵學生從生活中尋找跟課堂實驗相近的情境，嘗試用不同的思路制訂實驗方案，讓問題的解決方法從單一走向多元。

【案例3】

在進行教科版《科學》三年級上冊《水到哪里去了》一課的課堂小結時，教師出示了一杯冒著白氣的熱水，讓學生說一說眼睛看到的白氣究竟是什么。令人意外的是，班級中僅10%的學生知道白氣是小水滴，其余的學生都認為是水蒸氣。

【案例分析】

多數學生認為熱水上方的白氣是水蒸氣，出現這一慣性思維是由于學生對“水蒸氣看不見、摸不著的特點”不夠了解。教材沒有安排了解水蒸氣特點的短時實驗，僅安排了一個歷時兩天的長時實驗，即在兩個大小相同的杯子里放等量的水，放在通風處，一個杯子用塑料薄膜封住，另一個杯子敞口放置。學生只能通過圖片觀察兩個杯子的水量變化，模糊地說出水蒸氣的特點。

【教學改進】

為了突破“熱水上方的白氣是水蒸氣”的慣性思維，教師結合學生的生活經驗，提供了研究水蒸氣的四個層層遞進的實驗方案，如圖6。

學生通過方案1和方案2，觀察到水蒸氣無色、無味、看不見、摸不著等特點，并感受到水變成水蒸氣的過程中會吸熱；通過方案3和方案4，在短時間內看到水蒸氣變成小水滴的過程。這四個實驗豐富了學生的體驗，加深了學生對水蒸氣特點的了解，進而使學生突破了“熱水上方的白氣是水蒸氣”的慣性思維。

總體而言，突破學生慣性思維的干預策略是以學生的前概念為基礎的。干預的過程也是學生修正和完善前概念并構建新概念的過程。教師要從學生的實際情況出發，采用有效的策略，幫助學生突破原有認知，建構完整的科學概念。

參考文獻：

［1］賴金瑛.別讓慣性思維束縛了你［J］.科學大眾（中學生），2020（11）.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

（浙江省湖州市長興縣實驗小學）