科學規律教學研析

李菲

〔摘? ? 要〕? 小學科學教學過程中，學生核心素養的培養離不開科學規律的學習?？茖W規律教學是科學思維能力培養的重要途徑。教師需要提供合適的腳手架，幫助學生充分挖掘與科學規律相關的前概念，掌握實驗歸納的思維方法，在解決實際問題中理解應用，逐步培養科學思維能力。

〔關鍵詞〕? ?小學科學；科學規律教學；思維能力

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 14? ? 019-021

小學科學課程要培養的學生核心素養，包括科學觀念、科學思維、探究實踐、責任態度等方面。其中，科學觀念是在理解科學概念、規律、原理的基礎上形成的對客觀事物的總體認識。學生要形成初步的科學觀念，不僅需要建構科學概念，還需要掌握科學規律。近年來，教師對科學概念的關注度較高，但是對科學規律教學的研究較少。本文結合蘇教版小學科學的具體教學案例，談談指向思維能力發展的科學規律教學。

一、小學階段的科學規律及其特點

科學規律反映了科學現象、科學過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律，反映了物質運動變化的各個因素之間的本質聯系，揭示了科學事物本質屬性之間的內在聯系。

小學階段涉及的科學規律主要包括以下三類。一是物質的運動規律，例如拉力大小與小車前進快慢的關系、磁鐵磁極相互作用的規律等；二是物質的變化規律，例如水沸騰的溫度變化規律、鹽在水中溶解快慢的規律等；三是自然界的變化規律，例如月相變化規律、一天中太陽高度角的變化規律等。

小學階段的科學規律具有以下三個顯著特點。

（一）科學規律的產生需要科學思維參與

要掌握自然界水循環的規律，學生僅僅通過模擬實驗觀察現象是不夠的。因為這一規律不能由模擬實驗直接得出，還需要基于實驗現象進行推理和想象。又如，研究電磁鐵磁力大小的影響因素，學生不僅要觀察實驗現象、獲得數據，還要經歷比較、分析等思維過程。

（二）科學規律體現了有關科學概念之間的內在聯系

科學規律是由一些概念組成的，反映了這些概念之間的內在聯系或關系。例如，蘇教版二年級的“力與橡皮筋長度的關系”，這個規律是由力有大小、力可以改變物體的形狀等概念組成的。它研究的是力的大小與形變程度之間的因果關系。又如，“拉力大小與小車運動快慢的關系”，這個規律是由力有大小、力可以改變物體的運動狀態等概念組成的。它研究的是力的大小與運動快慢之間的因果關系。

（三）科學規律有一定的局限性

科學規律應該是在一定范圍內發現的，或是在一定的條件下推理得到的。科學規律有它的適用范圍和成立條件。例如，蘇教版四年級“力與彈簧拉伸長度的關系”，這個規律如果超出了彈簧的彈性范圍就不成立了。

二、在科學規律教學中培養學生思維能力

（一）充分挖掘與科學規律相關的前概念

充分挖掘學生的前概念是探索科學規律的基礎。所以，教師需要提供各種條件與機會，讓學生盡可能地充分挖掘或暴露與科學規律相關的前概念。

例如，蘇教版五年級在研究杠桿規律時，有兩種挖掘前概念的方法。第一種是出示一個很重的箱子，幾個學生都搬不動它，此時，讓學生想辦法移動它。面對這樣的情境，有部分學生會想到用一個撬棍去撬動它。分析此時學生要調動的前概念是：用類似撬棍這樣的工具能輕松地撬起重物。挖掘的方式是回憶日常生活經驗。第二種是讓學生玩蹺蹺板。兩個體重差不多的學生，坐在蹺蹺板上，腳不能蹬地，想辦法讓蹺蹺板繞著支點上下轉動并盡可能地保持平衡。分析此時學生要調動的前概念有兩個：一是像蹺蹺板這樣的裝置是可以翹起重物的；二是怎么做才能讓對方撬起來或落下去。這時，學生挖掘前概念的方式有三種：一是回憶日常生活經驗；二是親自去玩一玩蹺蹺板，在真實的體驗中，用自己的想法進行嘗試；三是觀察兩位玩蹺蹺板同學的動作和蹺蹺板的狀態，獲得足夠的感性認識。

我們對比這兩種挖掘前概念的方法，第二種與第一種相比：從挖掘與科學規律相關的前概念的角度來看，不僅呈現了杠桿的裝置可以省力，還突顯了用力點到支點的距離與用力大小的關系；在獲得前概念的方式上，更貼近學生的生活，趣味性強，而且學生能在真實的體驗、觀察與思考中獲得足夠的感性認識。正是因為學生獲得了足夠的感性認識、挖掘了較多的前概念，才能為接下來研究杠桿省力、費力、不省力也不費力的規律奠定基礎。

因此，在科學規律的教學過程中，教師需要思考兩點：一是要研究的科學規律需要用到哪些科學概念，盡可能地提供各種條件幫助學生挖掘這些前概念，獲得足夠的感性認識；二是挖掘或獲得這些前概念的方式應該貼近學生的真實生活，可以是親身體驗、回憶、實驗、觀察、思考等。

（二）掌握實驗歸納的思維方法

科學規律的建立需要以相關的科學概念為基礎，結合抽象思維、形象思維和直覺思維，利用歸納、演繹、類比等各種思維方法，對觀察到的結果進行綜合、全面地分析。因此，學生在充分挖掘前概念的基礎上，應當選擇適當的途徑，利用合適的思維方法，對觀察到的現象進行分析，概括出科學規律?？梢娬莆账季S方法在建立科學規律的過程中顯得尤為重要。學生在建立科學規律時，常用的思維方法有：實驗歸納、理論分析、類比等。分析小學階段涉及的科學規律，發現在教學中常常使用實驗歸納的思維方法。

實驗歸納，即直接從觀察實驗結果中分析、歸納、概括而總結出科學規律的方法。在小學科學規律教學中的具體做法如下。

1.對實驗現象或日常生活經驗分析歸納得出結論

蘇教版二年級在研究“手電筒放置的遠近與光斑的關系”這一規律時，教師常用的做法就是通過實驗現象進行觀察，分析、歸納出結論。在實際教學時，學生拿著手電筒，將其上下移動，控制手電筒與桌面的距離，同時觀察光斑的大小與亮度。接著，學生匯報手電筒放置的遠近與光斑的關系。此時，教師會發現，學生多數會非常關注光斑的變化，僅能匯報光斑有大有小、有亮有暗，而忽視了手電筒放置的遠近，不能將手電筒的遠近與光斑的關系建立起聯系。顯然，通過這個實驗探究活動，學生并沒有建立該科學規律，更沒有掌握實驗歸納的思維方法。

歸納推理是由一些個別、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式。歸納推理的具體步驟為：搜集資料，即通過觀察、實驗，得出大量的感性材料；整理材料，即將材料歸類，并得出反應事物外部特征和條件的判斷；抽象概括，即經過分析、綜合、比較等，排除無關的、非本質的因素，抽象出各個本質因素，概括出一般性的規律。從這三個步驟來看，剛才的實驗探究僅僅進行了第一步搜集資料，教師就急著讓學生進行抽象概括了。顯然，這對二年級的學生來說難度較大，學生很難將手電筒的遠近與光斑的變化建立起聯系，大部分學生只能關注到光斑的變化。因此，在實驗后，教師必須給學生提供適當的腳手架，幫助學生整理材料和抽象概括，逐步掌握實驗歸納這種思維方法。

整理收集到的材料最常用的方法就是實驗記錄。教師可以改進實驗器材，用簡易的記錄方式，讓學生將觀察到的現象進行記錄。研究手電筒放置的遠近與光斑的關系時，可以利用雙頭夾將三個手電筒分別夾在鐵架臺的三個高度上，學生只需要打開不同位置的手電筒，三個大小、亮度不同的光斑就會照射到桌面上。此時，教師再提供一張記錄單，記錄單分三欄，分別標出手電筒的位置“遠、中、近”。學生將此記錄單放在手電筒下并平鋪在桌面上，就能在記錄單上呈現出三個光斑。學生只需要沿著光斑的輪廓畫出對應位置的光斑大小并寫出亮度即可。對此次實驗過程分析發現，學生的記錄過程不僅完成了第一步搜集資料，同時也完成了第二步整理材料。因為教師設計的記錄單將手電筒的位置遠、中、近標記出來，同時在相應的位置讓學生記錄光斑的情況。學生在記錄現象的同時，也在對不同位置照射的光斑進行了整理。第三步，抽象概括。教師可以設計關鍵問題：“依據觀察到的現象，思考手電筒放置的遠近與光斑大小、亮度有什么關系？”讓學生在比較、分析中概括出科學規律。

因此，對實驗現象或日常生活經驗分析歸納得出結論，學生不僅需要做實驗和觀察現象，還需要對搜集到的資料進行整理，進而經歷分析、比較、綜合等思維過程，概括出科學規律。教師需要適時地給學生提供腳手架，例如，改進實驗器材，方便學生操作；設計實驗記錄單，幫助學生整理信息；提煉關鍵問題，促進學生思維發展；等。

2.根據大量的實驗數據進行歸納得出結論

蘇教版小學科學五年級《擰螺絲的學問》一課，學生在認識輪軸之后，要研究“輪軸如何更省力”的規律。教師通過演示得到一組數據：軸上阻力1.8N，小輪上用力是1.1N，大輪上用力是0.6N。學生對這一組數據進行分析，初步得出了“在大輪上用力更省力”的結論。可是，作為科學規律，僅僅通過一組數據就得出結論是不夠嚴謹的。因此，教師引導學生質疑，一組數據是否能有力地證明觀點。接著為了獲得更多的數據，教師巧妙地改進實驗器材，將豎立的輪軸裝置改為平躺的。此外。將阻力和用力的鉤碼都改為彈簧秤。這樣一來，學生只需要將阻力的彈簧秤放置在不同的位置，就可以任意設置不同的阻力大小。接著在小輪和大輪上分別用力拉彈簧秤到平衡位置，就能讀出相對應的用力大小。因為每個小組設置的阻力各不相同，就會出現大量的實驗數據。

搜集到大量的實驗數據后，要對數據進行整理。教師提供的記錄單分為三列，分別是阻力、小輪上用力和大輪上用力。不同的阻力與相對應的小輪上用力、大輪上用力填在一行，這其實也是在幫助學生進行數據整理。最后，學生需要經過比較、分析，歸納出“輪軸如何更省力”的規律。面對大量的實驗數據，教師同樣需要給學生提供思維的腳手架。

因此，根據大量的實驗數據進行歸納得出結論需要學生具備證據意識，學會對大量的證據進行歸納和推理論證。在數據收集的過程中，要確保數據的多樣性，教師可以通過語言引導、實驗器材改進等方式，促使學生搜集大量的實驗數據。要使學生對數據進行簡單處理，教師可以利用列表式的記錄單等方式幫助學生整理數據。要使學生對大量的數據進行分析和歸納，教師可以提供常用的論證句式，幫助學生進行比較、分析、歸納等科學思維活動。

（三）在解決實際問題中理解應用

科學規律的學習是為了運用科學規律解決實際問題。因此，在科學規律教學中，教師要選擇恰當的實際問題，使學生掌握應用科學規律解決實際問題的思維過程、思維策略和思維方法，從而發展思維能力、分析問題和解決問題的能力等。

因此，教師提供給學生理解運用的問題，需要貼近學生的實際生活，是從真實生活中產生的。這樣才能激發學生的探究興趣，促使學生在不斷思考中解決問題。另外，這個問題還需要指向科學規律的運用。通過運用科學規律，檢驗對科學規律的掌握情況，同時能培養學生的思維能力、分析問題和解決問題的能力。

三、結語

總之，小學科學課程培養學生的核心素養離不開科學規律的學習。科學規律的自身特點使科學規律教學成為科學思維能力培養的重要途徑。在科學規律教學中，學生要充分挖掘與科學規律相關的前概念，掌握實驗歸納的思維方法，在解決實際問題中理解應用，逐步培養科學思維能力。

【本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題“小學科學‘雙螺旋結構課題構建與實施的研究”的階段性成果，編號：B/2021/02/174】

參考文獻

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[2]胡衛平.科學規律教學中思維能力的培養[J].學科教育，2004（6）：35-38.