指向思維發展的小學科學實驗教學策略

王淑華

【摘? ?要】思維能力是科學學科核心素養的重要組成部分，它能幫助學生認識客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系。實驗教學是培養學生思維能力的重要載體。在浙教版《科學》教學中，教師“鼓勵自主探究，培養辨析思維；利用科學建模，培養抽象思維；巧用實驗材料，培養創新思維；組織科學計算，培養概括思維；活用對比實驗，培養分析思維”，以此發揮實驗教學的作用。

【關鍵詞】小學科學；實驗教學；思維發展；策略改進

思維是科學學科核心素養的重要組成部分，它能幫助學生認識客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系。實驗教學是培養學生思維能力的重要載體。然而，在當前的實驗教學中，很多教師對實驗過程的建構和實驗材料的處理不夠到位，導致學生的思維停留在表層。如何改變這種現狀？

教師首先要明白，思維的發生與發展必須要有相應實物的支撐和方法的支持。只有實物具象直觀，方式合理有效，思維的發展才有堅實的基礎。以教科版《科學》為例，教師應改進科學實驗教學，為學生完成自主探究、科學建模打下基礎，為學生思維的發展搭建橋梁。

一、鼓勵自主探究，培養辨析思維

科學探究指的是個體主動參與學習過程，深刻理解自然現象和規律，通過自身的實踐活動獲取知識，掌握方法，從而有效提高科學素養。學生積極主動地參與學習活動是思維獲得發展的前提。教師要保證學生的主體地位，指導學生經歷活動方案設計、活動實施、活動評價和反思改進等過程。

在教學教科版《科學》五年級下冊《用浮的材料造船》一課時，教師準備了一些粗細、長短相同但是竹節數量不同的竹子，讓學生自行選擇，用于制作竹排，并測試自己制作的竹排的載重量。學生選擇不同的竹子進行實驗。測試之后，學生驚奇地發現，雖然同是五根竹子制作的竹排，但是有兩個竹節的竹子做成的竹排的載重量比沒有竹節的竹子做成的竹排大很多。這就引發了學生的思維沖突。通過觀察其他小組的實驗，學生發現了差異。經過相互討論，學生得出結論：兩端的竹節能防止水流進竹子，因此載重量比沒有竹節的竹子做成的竹排要大。

在傳統的實驗教學中，學生自己捆扎木排、竹排，發現木排、竹排的載重量比獨木舟大，穩定性比獨木舟強。這是因為竹排和木排是由幾根竹子、木條捆扎而成的，其體積大、重心低，因此穩定性更好，載重量更大。實驗簡單，學生也容易理解。而在改進后的實驗中，學生自行選用竹節不同的竹子完成操作，不僅能夠達到上述教學效果，還能讓學生經歷思考、討論、辨析的過程。可以說，改進后的實驗為學生的思維發展提供了契機。

二、利用科學建模，培養抽象思維

科學的學習往往是從某個疑點開始的。科學建模對學生認識自然現象、學習抽象知識、提升思維能力起著重要的作用。如聲、光、電等抽象科學知識，學生較難感知，更難理解其原理。對此，教師在教學這些抽象概念時，要盡可能地挖掘教材中的疑點，采用學生易于接受的方式，將抽象概念直觀具象地呈現在學生眼前。

在教學教科版《科學》四年級下冊《點亮小燈泡》一課中，弄清燈泡和電池的內部結構是教學的難點。對此，教師采用以下教學方式：先拆解燈泡，讓學生觀察燈泡的內部結構及燈絲的連接情況，并用模型圖表現出來。接著讓學生探究點亮小燈泡的方法，把能點亮和不能點亮的幾種情況分類展示在黑板上（如圖1）。然后讓學生找出能點亮的電路有什么共同點、不能點亮的電路和能點亮的電路有什么不同點。學生很快發現能點亮的電路中，電流經過燈絲時會形成一個閉合回路，由此明白通路這一概念。同時，學生明白雖然出現短路時也能形成閉合回路，但電流不會經過燈絲，因此小燈泡不會亮。而出現斷路的情況時，不能形成閉合回路，因此小燈泡不會亮。教師引導學生借助具象的模型分析抽象的事物，由此掌握知識，習得概念。

以上實驗化抽象為具象，化疑難為簡單，關注學生的視覺感受，采用科學建模的方式喚醒學生的認知，讓學生理解知識及其背后的原理。

三、巧用實驗材料，培養創新思維

創新思維能夠幫助學生運用已掌握的基礎知識創造性地解決問題。在實驗教學中，教師應發揮學生的主觀能動性，鼓勵學生創造性地改進實驗，有意識地培養學生的創新思維。

以教科版《科學》五年級下冊《船的歷史》一課的教學為例，教材中的實驗材料是一根真正的木頭，學生要用工具將木頭中心挖空，做成真正的獨木舟。但在課堂中讓學生用小刀、剪刀一類的工具進行操作實屬不易，且實驗的安全系數也很低。為了降低制作難度，提高實驗安全性，教師引導學生思考是否可以選用比較好操作又類似木頭的物體來完成實驗。學生很快想到用黃瓜代替木頭，但是黃瓜比較脆，操作時容易斷，難以達到理想的效果。在教師的引導下，個別學生結合自身的經驗，想到用西葫蘆作為實驗材料。實踐證明，用西葫蘆代替木頭制作獨木舟的操作難度較低，實驗效果也很好。在實驗單的指導下，學生找到很多辦法讓獨木舟行得快而穩。比如將西葫蘆的底部削平讓其更平穩，將兩端較重的部位切掉，將內部盡量掏空使其更輕，使載重量更大。學生能快速完成操作，從而有更多的時間思考如何提高船的穩定性，增加船的載重量。

教學中，教師要引導學生突破教材，對現有的實驗材料進行改進與創新，突破實驗的重難點。同時還要引導學生從生活中易得的物品入手，開發一些低成本、易操作的實驗。這樣的創造性活動既激發了學生的學習興趣，又提高了學生的動手能力和創新能力。

四、組織科學計算，培養概括思維

計算是科學課堂中必不可少的一個環節。教師可以在課堂上組織學生開展計算活動，讓學生根據計算結果提煉科學結論，把握科學原理，以此培養學生的概括思維。

在教學教科版《科學》五年級下冊《增加船的載重量》一課時，傳統的教學方法是先調查學生的前概念，提問：將一張邊長為12厘米的正方形鋁箔紙做成底面積不同的船（如圖2），它們的載重量大小關系是怎樣的？學生會毫不猶豫地說出A、B、C船的載重量從大到小依次排列。依據是A船底面積最大，載重量最大，C船底面積最小，載重量最小，B船處于中間位置。當學生按照三種樣式把鋁箔紙做成船，再測試船的載重量時，會發現結果與猜測是吻合的。于是學生就會得出結論：船的底面積越大，載重量越大。但實際并不如此。船的載重量不僅與底面積有關，還與船的高度有關。

為了避免上述現象，教師在教學此課時，先出示四種船的模型（如圖3），調查學生的前概念，提問：哪艘船的載重量最大？大部分學生認為底面積越大，載重量越大，因此第一艘船的載重量最大。接著，學生分組完成實驗。通過實驗，學生很快得出每艘船的載重量。結果與自己的猜想存在較大差異。經過對比，學生發現第二艘船的載重量是最大的。經過討論和計算，學生意識到船的載重量與體積有關。經過這節課的學習，學生不僅練習了數學學科中的體積計算，還破除了自己的前概念，親身體驗到學習帶來的成就感。

上述實驗幫助學生概括出了計算小船載重量的方法，培養了學生的概括思維。

五、活用對比實驗，培養分析思維

分析思維能夠幫助學習者在“知其然”的基礎上“知其所以然”。在科學實驗探究中，有許多巧妙的構思和獨到的解決問題的方法能夠發展學生的分析思維。

如教學教科版《科學》六年級下冊《產生氣體的變化》一課時，教師投影展示圖4，并提問：把二氧化碳倒入裝有兩支高低不同的蠟燭的燒杯中，哪支蠟燭先滅？學生快速回答：矮的先滅。追問原因，學生肯定地回答：二氧化碳比空氣重。接著，教師出示圖5，提問：把燒杯倒扣在高低不同的兩支蠟燭上，哪支蠟燭先滅？學生因為慣性心理，會不假思索地說出“矮的先滅”。教師帶領學生進行實驗，實驗結果讓學生十分意外：竟然是高的先熄滅。此時，教師再拋出問題：為什么這次是高的先熄滅呢？經過多次探究、思考、分析，學生明白了這個實驗的原理不同于前面實驗的原理：圖4中，倒下去的二氧化碳比空氣重，二氧化碳沿著杯壁直接下落到杯底，再慢慢滿上來，因此矮的蠟燭先熄滅。而圖5中，蠟燭燃燒產生的熱的二氧化碳會上升，先充滿燒杯的頂部，因此高的蠟燭先熄滅。

上述實驗讓學生真正了解了二氧化碳的性質——二氧化碳不支持燃燒，同時又復習了之前學習的熱的氣體會上升的知識，還為初中密度知識的學習打下了基礎，可謂一舉多得。

愛因斯坦說：“教育就是當一個人把在學校所學全部忘光之后剩下的東西?！睂W生可能會遺忘科學知識，但在科學學習中形成的思維能力卻會伴隨其一生，對其終身學習產生重要影響。實驗教學作為科學教學的重要組成部分，承擔著培養學生思維能力的重要任務。教師應以學生為主體，尊重學生的身心發展規律，用實驗豐富學生的學習體驗，培養學生的思維能力，以此發揮實驗教學的作用。

參考文獻：

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［3］劉月霞，郭華.深度學習：走向核心素養［M］.北京：教育科學出版社，2021.

（浙江省杭州市淳安縣千島湖鎮第八小學）