優化實驗教學 提高學生思維能力

〔摘" "要〕" 在小學科學實驗課程中，教師指導學生整理實驗數據、梳理實驗過程、論證實驗結果，讓他們用實驗的方法解決具體問題，既可以增強科學實驗教學的實操性、實用性和有效性，又能借此啟發學生的建模思維、邏輯思維、推理思維、創造性思維等，使其逐漸形成較強的科學思維能力。對此，為了達到上述教學效果，本文從科學思維培養視角出發，闡述教師通過開展模型建構、實驗論證、過程設計、實驗解題等教學活動，提高學生科學思維能力的具體策略。

〔關鍵詞〕" 小學科學；科學思維能力；實驗教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 067-069

在當前素質教育環境下，小學科學實驗課程的教學目標并不僅僅是讓學生掌握科學實驗的步驟和方法、掌握相關的知識與技能，還要讓他們通過實驗操作、實驗論證，得到抽象思維、推理思維、問題思維等多種思維的發展，最終形成良好的科學思維能力。對此，教師若想更好地落實素質教育要求，高效提升學生的科學思維能力，需要對實驗課程的教學方法進行合理優化，利用模型建構、推導論證、邏輯梳理、實驗反思等方式，幫助學生從感性認知過渡到理性認知，使其在深刻理解科學知識的同時，提高科學思維能力。

一、科學思維能力概述

科學思維能力，指的是從科學的角度出發，運用分析思維、邏輯思維、推理思維、創新思維等，客觀認知事物的本質內涵、內在聯系、內在規律、本質屬性等多個方面的一種思維能力。科學以自然現象為主要研究對象，研究的目的在于揭示自然界中各種現象的產生原理、本質內涵，發現其中的運動規律、內在聯系等。這說明科學研究的對象具有一定的客觀性特點，它們并不以人的意志為轉移。因此，在探索科學知識、研究科學現象時，需要將自然現象、自然規律、科學事實等在腦中形成科學圖景，再對其進行科學的加工、改造和處理，最終從感性認識上升為理性認識，實現對科學現象的深刻認識。而這種理性的認知過程便是一種科學思維能力。由此可見，科學思維能力具有較強的敏捷性、靈活性、精確性、深刻性、概括性、創造性等特點。

二、優化實驗教學提高學生科學思維能力的依據

（一）建構主義學習理論

建構主義學習理論強調學習是一個文化參與的過程，學習者需要參與知識探索和知識實踐活動中去，通過深入思考和動手實踐，實現對相關知識的理解和建構。建構主義認為，知識是人們對客觀世界的一種假說或解釋，它會隨著人們對世界認知程度的不斷深入而產生新的假設和解釋。這一理論為教師開展培養學生科學思維能力的實驗活動提供了有力的參考依據。教師可以在實驗活動中，引導學生對科學知識進行拓展思考和深入分析，讓他們在理解和建構新知識的同時，提升邏輯思維、創造性思維等多種科學思維能力。

（二）義務教育課程標準

2022年版《義務教育科學課程標準》（以下簡稱“科學課程標準”）明確提出，教師應當對學生進行學科核心素養方面的教育，其中包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個方面。由此可見，教師在科學實驗課程中培養學生的科學思維能力，既能更好地滿足科學課程標準的教學要求，又能更加高效地完成科學課程的教學總目標，讓學生在扎實掌握科學知識的同時，提升靈活運用能力，提高實驗認知的效率和質量。

三、優化實驗教學提高學生科學思維能力的策略

（一）豐富科學實驗活動，培養科學思維能力

在小學科學課程中，教師為了高效培養學生的科學思維能力，需要對實驗活動合理優化，可以開展模型建構、實驗論證、流程梳理等科學實驗活動，讓學生在完成各種實驗任務的同時，得到科學思維能力的培養與提升。

1.指導建構實驗模型，發展抽象思維

在科學實驗中，教師指導學生圍繞實驗數據建構模型，將實驗中的復雜問題、復雜關系合理簡化，利用模型把具象化的實驗現象抽象成直觀清晰的數據對比結構。這樣既可以促使學生更加快速地得出實驗結論，又能借此培養他們的抽象思維，使其在數據對比、數據研究、數據整理過程中，實現對科學理論的深入理解，從而提高實驗認知的質量。

以教科版小學科學三年級下冊“物體的運動”單元第5課《比較相同距離內運動的快慢》教學為例。此節課要求學生用比較運動時間的方法，比較當運動距離相同時，物體運動的快慢；通過實驗操作，理解“當距離相同時，用時短運動快，用時長運動慢”的理論。針對上述教學目標，教師可以開展模型建構科學實驗活動，讓學生在實驗過程中建構實驗數據模型，使其在深入理解科學理論的同時，提高抽象思維能力。例如，教師先把班級學生進行合理分組，并為各組提供軌道、小球、計時器、小木塊等實驗材料，讓他們以小組合作的方式進行科學實驗。在實驗開始前，各組組長需要先分配成員的任務，再進行實驗操作。比如，兩名成員分別操作兩條軌道上的小球，一名成員負責計時，另一名成員負責記錄數據。在實驗過程中，兩名實操者需要讓兩個小球在軌道起點同時開始運動，計時者需要精準把握兩個小球達到終點的時間，記錄者需要精準記錄兩個小球從起點到終點的所用時長。之后，教師需要指導各組學生整理多次實驗的數據，建構實驗模型（如表），同時，比較和分析表中數據，總結實驗結論。

學生通過制作實驗模型，既可以把零散的實驗數據進行科學整理，在數據對比分析過程中快速得出實驗結論，又能借此形成較強的抽象思維能力，提高模型分析與認知的水平。

2.開展實驗論證活動，發展推理思維

科學理論的理解與論證是實驗的主要方向和主要目的。對此，教師為了讓學生形成較強的科學思維能力，可以結合實驗開展理論論證活動。在科學實驗活動中，教師需要引導學生進行理論猜想、現象分析和科學論證，讓他們在深入思考和結論推導過程中，構建科學思維體系，同時，得到推理思維的啟發和培養，在深入理解科學理論的同時，提升論證認知的水平，提高實驗學習的質量。

以教科版小學科學四年級上冊“聲音”單元第3課《聲音是怎樣傳播的》教學為例。學生需要通過實驗操作，知道聲音能夠在氣體、液體、固體中傳播，而不能在真空環境中傳播。對此，教師可以圍繞此單元知識點創建科學實驗活動，讓學生對聲音的傳播理論進行猜想和驗證，使其在實驗結論推導和論證過程中，提高推理思維能力。例如，教師先用播放器在教室某個角落播放一段音樂，讓學生聆聽音樂，感受聲音的傳播方式，引導他們對聲音的傳播知識進行深入思考，并提出相關猜想。比如，班級各個位置的學生都能聽到音樂，這說明聲音是向四面八方傳播的。對此，有的學生提出如下猜想：聲音能夠傳播到教室的各個角落，是否因為教室中充滿空氣？針對這一猜想，教師可以開展實驗論證活動，讓學生用玻璃罩、抽氣筒、鬧鐘進行實驗操作，根據實驗現象判斷猜想是否準確，并總結實驗結論。學生根據上述現象能夠確定之前的猜想是正確的，同時，根據實驗結論推導出科學理論，即聲音傳播需要介質，聲音不能在真空中傳播。學生經歷實驗猜想和實驗論證的過程，不僅可以實現對科學理論的透徹理解，還能在分析和推導過程中形成良好的推理思維，提升科學思維能力。

3.梳理科學實驗流程，發展邏輯思維

科學實驗并不是盲目進行的，而是要遵循嚴謹的、合理的、富有邏輯的實驗步驟，這樣才能透徹理解科學現象，真正明白科學理論的含義。對此，教師為了增強科學實驗教學的有效性，提高學生的邏輯思維能力，提升他們的實驗學習質量，可以開展實驗過程梳理與設計活動。在此項活動中，教師需要為學生創造更加自由、更加靈活的實踐空間，讓他們自行梳理實驗流程，自主設計實驗步驟，并且，確保實驗各個環節的科學性與合理性，在增強實驗有效性的同時，培養他們的邏輯思維能力。

以教科版小學科學五年級上冊“光”單元第6課《光的反射現象》教學為例。教師為了讓學生扎實掌握光的反射知識，可以開展自主實驗活動，讓他們自行設計實驗步驟，科學梳理實驗流程，并在實驗操作中理解光的反射概念，知道光的反射規律。首先，教師將班級學生分成多個實驗小組，每組提供手電筒、卡紙、膠帶、白板、鏡子等實驗材料，然后讓各組自行設計實驗方案，規劃嚴謹合理的實驗步驟，并進行實驗操作。例如，有的小組對光的反射實驗步驟進行交流討論，確定如下實驗操作流程：用手電筒、卡紙等材料制作能夠發出狹窄光束的實驗工具；用紙盒或不透光布營造黑暗的實驗環境；在黑暗中用手電筒照射鏡子，讓鏡子反射的光照到白板上；調整手電筒方向，標記光反射在白板上的不同位置；觀察實驗現象，總結光的反射概念，分析反射光的傳播特點和傳播規律。然后，此組學生再按照實驗步驟動手操作，最終得出“光碰到鏡面改變傳播方向，被反射回去，這種現象叫作光的反射”和“反射光沿直線傳播”兩個實驗結論。學生通過梳理實驗流程，設計實驗步驟，按步驟進行實驗操作，既可以高效認知科學知識，又能在實驗方案規劃和應用過程中得到邏輯思維的培養，從而提升科學思維能力。

（二）利用實驗解決問題，提高科學思維能力

科學課程的最終教學目的是讓學生客觀、科學地認知世界，真正理解自然現象、人文現象，能夠用科學知識解決實際問題。對此，教師可以在實驗課程中創建解決實際問題的活動，讓學生通過實驗操作，了解相關知識的實際用途，引導他們運用創造性思維找尋高效解決問題的方法。使其通過科學實驗，完成知識探究與應用任務，同時，得到創造性思維啟發，提高科學思維能力。

以教科版小學科學六年級上冊“工具與技術”單元第4課《改變運輸的車輪》教學為例。此節課圍繞“車輪”主題展開，學生需要通過完成科學實驗任務，了解車輪的運動原理，知道車輪的實際用途，知道車輪對人類生產生活的影響，掌握用各種指標判斷物體運輸效果的方法，能夠正確選擇高效的運輸工具。對此，教師可以提出“裝有車輪的運輸工具有哪些優勢？”“如何快速運送重物？”等問題，讓學生圍繞問題進行科學實驗，判斷各種運輸工具的運輸效果，總結車輪的優點，創造性地解決運輸問題。例如，在實驗活動中，學生先用繩子、木板、車輪等材料制作平板、木牛流馬和小推車運輸工具，再將沙袋分別放入三個工具之中，通過實驗操作，探索各運輸工具的特點，最終確定適合運輸重物的工具。比如，學生分別推動平板、木牛流馬和小推車，讓三個工具載著同等重量的沙袋，沿著同一條曲線運動，記錄每個工具的運輸時長、每種工具的用力情況及其他指標，分析各項工具的運輸特點。比如，平板運輸用時最長，不易轉彎，且消耗體力；木牛流馬雖然轉彎相較于平板更省力，但反復抬起和落下的動作更加消耗體力，且穩定性差；小推車不僅速度最快，而且省時省力，轉彎也更為靈活，運動過程也更加平穩。最終，各組學生得出“用帶有車輪的工具運輸重物更為方便”這一結論。學生通過制作實驗工具，進行實驗比較，能夠直觀感受到有車輪運輸工具的優勢，知道車輪在實際生活中的主要用途，同時，在科學實驗中提高創造性思維能力，提升解決實際問題的水平。

綜上所述，在小學科學課程中，教師可以采用多種實驗教學方法，利用多樣化實驗活動啟發學生的各種思維，如邏輯思維、推理思維、創造性思維等，讓他們在實驗探知、動手操作過程中加深對科學知識的理解，同時，形成較強的科學思維能力。

參考文獻

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