通過《地震的成因及作用》模擬實驗發展學生思維能力

蔣振東

〔摘? ? 要〕? 在小學科學教學中，科學思維的培養處于核心地位。在地球與宇宙領域的教學中，教師可以通過基于模型找證據的方法引導學生分析問題、大膽猜想、提出假設、收集證據。在探究實踐中培養學生的科學思維能力。在《地震的成因及作用》一課的學習中，學生始終圍繞假說的提出與證明，嘗試解釋地震的成因，并應用模擬實驗收集證據和模型解釋觀點，充分發展了學生的推理論證與模型思維等科學思維能力。

〔關鍵詞〕? 小學科學；模擬實驗；思維能力

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 067-069

一、背景

在講解《地震的成因及作用》時，發生了這樣一個片段：學生細致地利用三層泥土搭建完地表巖層，用拉拽與碰撞方法觀察“模擬巖層”的變化，只見“模擬巖層”毫無聲息地裂開或者產生了褶皺。

學生匯報：“我們認為板塊運動導致地表巖層的撞擊產生了地震，板塊分離時模擬巖層裂開了，產生了地震。”“我們也觀察到了板塊撞擊產生褶皺，這就是地震的成因?！迸c預設不同，也有學生提出了不同觀點：“老師，我們看到褶皺產生時‘地面’也沒地震??？”一時之間大家陷入了爭論。有的說：“請你想象一下，地震就是產生了：巖層都裂開了，力量得多大啊？”還有學生拿著模型演示，一邊撞擊一邊用手抖動“模擬巖層”。但是也有學生支持質疑同學的觀點：“我們看到褶皺產生時特別慢，可是地震發生卻特別快，這明顯不是地震。”而有些學生急于得出結論，甚至認為“地震發生了，但是咱們看不到”。我肯定了質疑小組的科學精神，然后用能量積累與釋放解釋了地震形成的過程，通過講授解答了學生的疑惑。

二、提出問題

課后，我陷入了思考。本課是教科版五年級上冊“地球表面變化”單元中的一課，在單元學習中，學習本課之前學生已經初步了解了地球地表多樣的地形并猜測了其成因，認識了地球內部的結構與板塊的運動，從本課開始系統認識地球內部與外部力量對地形的營造與改變。本課的模擬實驗只能證明板塊運動可以展示巖層斷裂，也可以使巖層產生褶皺，但是無法證明地震發生?？捎行W生在忽略證據的情況下就草草產生了結論，他們在模擬實驗中到底有沒有思考呢？思考又有多深呢？通過課后訪談我發現，大部分學生將主要精力集中在想辦法把模型做好，“越像越好”，只是借助模型“演”了一下地震的過程，在學習活動中沒有提出自己的觀點，更沒有嘗試觀察模擬實驗尋找證據。這也就導致本課成了一節“怎樣精巧設計板塊撞擊模型”的手工課，看似培養了模型思維，實際上學生的思維參與局限在了概括原型特征設計模型上?；仡櫸覀円酝厍蚩茖W的學習活動，往往也會出現“為了模擬而模擬”“造模型而不用模型思考”的現象。那么，該怎么解決呢？

三、解決問題

《小學科學教學關鍵問題》一書中闡述了地球與宇宙科學認識的一般過程。地球科學的認識過程，是對地球系統客體進行觀察，采用思辨的方式尤其是辯證的思考，提出了關于地學對象的存在和發生、發展的假說。通過假說解釋地球系統各種現象的存在特點和運行規律，因此地球與宇宙領域研究經常應用模擬實驗和模型說明。在地學思維過程中表現出更多地注重事實、更多地運用假說、更多地需要辯證思維。通過查閱文獻，我也認識到本課涉及地震成因中“彈性回跳”理論，這也是典型的假說提出與證明的研究過程。

（一）重構課堂：通過假說的論證將學生科學思維能力培養貫穿于探究全程

參考蔡曙山《科學發現的心理邏輯模型》，在假說的提出與證明等這一系列的過程中，需要經歷大量的科學思維。如在起始階段，運用歸納概括觀察到的資料信息，而假說的提出階段運用歸納推理、溯因推理和類比推理，論證階段一般展開歸納和演繹推理與類比推理。

再次分析教材，我將模擬實驗納入假說的論證過程之中，使模擬實驗成為搜集證據、闡述觀點的途徑。課堂上由真實地震現象提出問題，基于經驗與觀察提出合理假設，然后展開搜集證據與論證。而模擬實驗則作為收集與論證的重要方法，引導學生基于模型觀察，利用模型尋找證據，使用模型解釋。重新設計之后，本課中學生始終圍繞地震成因這一核心問題展開研究，大膽假設，主動搜集證據展開論證，探究的全過程都需要思維深度參與。

（二）巧設梯度，通過不同目標的模擬實驗幫助學生尋找證據

本課假設提出階段是典型的運用溯因推理提出假設。通過瀘定地震視頻提出研究問題——地震的成因是什么。再閱讀資料，觀看地震造成影響的圖片。學生主動思考：造成地表破裂、地面隆起等現象的原因有哪些可能呢？大膽地運用溯因推理提出假設。

課堂實錄：生：“我觀察圖片中柵欄被分割成兩部分，猜測造成的原因可能是板塊撞擊形成地震，使地表分離，造成柵欄被分開?！薄拔铱吹綀D片上地表都隆起來了，道路被擠壓彎曲，我認為可能是板塊撞擊產生的地震?！薄拔矣^察到地震時地表有很大裂縫，可能是板塊分離時產生了地震。”

在假說的論證階段，我繼續深挖證據意識，引導學生構建模型、理解模型、應用模型收集證據。為了幫助其更好地收集證據，我對實驗進行了大膽的改進。現有實驗問題：原模擬實驗中，即使設計者使用干燥的泥巴，但因為泥巴本身不是脆性材料，而地殼上部是脆性變形域，學生是無法感知到應力累積與釋放的，也就無法收集到地震成因的關鍵證據——能量的積累與釋放。因此本課我降低了構建模型的難度，提升了應用模型思考問題的深度。我參考其他版本教材中地震成因的實驗，設計了兩輪有層次的實驗。

第一輪模擬實驗，學生利用模型展開類比，結合模型分析板塊運動對巖石圈產生了哪些影響。經過觀察、比較、概括，發現板塊的擠壓、分離使巖石圈發生斷裂、褶皺、升降等現象。然后利用類比推理將模型與觀察過程照片原型建立聯系，為自己的假設提供證據。

第二輪模擬實驗前，教師引導學生思考：是否找到了地震發生的證據？是否觀察到地震產生時能量的釋放？有的學生說觀察到了模擬巖石圈輕微的抖動，可以作為證據，但大部分人認為沒有證據，這也發展了其批判思維。在學生疑惑時，教師演示第二個模擬實驗，繼續尋找證據。當泡沫塑料板模擬巖石圈上層受力時，學生觀察到了明顯的褶皺，在巖石圈斷裂的瞬間，一聲巨響啟發了學生。

實錄——

師：“模擬巖石圈發生斷裂時，地震發生了嗎？”

生：紛紛表示發生了。

師：你認為什么時刻發生了地震？你又有什么證據？

生1：我認為就是巖石圈斷裂那一刻發生了地震，因為我看它突然就斷裂了，能量釋放了。

生2：我認為在模擬巖石圈斷裂時釋放了能量，我聽到很大的聲音，這種聲音就是一種能量。

師：嗯，咱們模擬實驗時找到了模擬巖石圈斷裂時能量積累與釋放的證據，那如果是真實的地震發生時能量怎樣釋放呢？

學生再次聯系原型，將兩次模擬實驗收集到的證據與觀察到的真實地震現象進行類比，得出了科學的結論。

四、反思與討論

《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出了“思維型探究實踐”這一新命題，將科學思維的培養作為小學科學課程素養目標的核心。胡衛平教授對“思維型探究”的解讀是：“科學探究是一個復雜的教與學的實踐行為，是激活學生情感與思維的實踐行為，是根據事實證據建構科學解釋的實踐行為?！笨梢?，要加強探究實踐活動，促進學生思維深度參與，就不能把科學探究單純看作是一套機械的可標準化操作的實驗方法，而是要建構目標明確、學生深度合作、師生情感交融且讓探究充滿科學思維的實踐體系。在探究的各個階段，學生的思維得到激發，實現了科學觀念與能力之間、不同學科之間、不同發展階段之間的銜接和整合，最終促進了學生核心素養的協調發展。

回顧本課，學生始終圍繞著核心問題展開假說的提出與論證，地震成因論證的過程也是學生科學觀念建構的過程。在假說的提出與論證活動中，需要學生進行證據與假設、模型與原型之間的科學推理，需要對自己的論證展開批判性思考，需要在與其他同學進行交流與分享、評價與反駁的過程中逐漸建構概念。這一系列活動，發展了學生的證據意識及分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法。通過探究實踐，發展了學生的科學觀念、科學思維，進而培養了學生的態度責任。

在地球與宇宙領域開展基于假說的探究實踐活動，構建思維型課堂，能有效培養學生的批判性思維和問題解決能力，培養其科學精神，使學生在探究過程中體會科學知識產生的過程，更深刻地理解科學的本質。我將本課的認識形成一種教學方法，運用到地球科學的很多內容上，比如六年級科學下冊《浩瀚宇宙》一課，其中制作銀河系模型就可以引導學生運用模型開展論證活動。通過思維型探究的落實，搭建思維課堂，發展學生科學素養。

參考文獻

[1]胡衛平.在探究實踐中培育科學素養：義務教育科學課程標準（2022年版）解讀[J].基礎教育課程，2022（10）：7.

[2]蔡曙山.科學發現的心理邏輯模型[J].科學通報，2013（34）：14.