凸顯科學(xué)思維能力

錢海丹

摘 要： 本文通過對2014年杭州市中考科學(xué)試題的分析研究，發(fā)現(xiàn)試題總體注重對學(xué)生思維能力的考查，特別是在生活實(shí)例中如何選擇、運(yùn)用思維策略的能力。試題中運(yùn)用頻繁的思維方法有整體思維、轉(zhuǎn)化思維和探究思維。在科學(xué)教學(xué)中需注重科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生掌握基本的思維方法。

關(guān)鍵詞： 中考試題 整體思維 轉(zhuǎn)化思維 探究思維

《初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》），確定了初中科學(xué)課程的性質(zhì)是以對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識為基礎(chǔ)、以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的綜合課程。在課程目標(biāo)上，它強(qiáng)調(diào)理解科學(xué)探究，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣，以解決實(shí)際問題[1]。初中科學(xué)教學(xué)來源于生活，又以生活為目的。2014年杭州市中考科學(xué)試題，除結(jié)合生活實(shí)際考查基礎(chǔ)知識和技能外，更重視對過程與方法、體驗(yàn)與探究的考查，展現(xiàn)科學(xué)思維品質(zhì)，符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》與《中考命題細(xì)則》的要求。

一、整體思維，宏觀把握

整體思維是一種很重要的科學(xué)思維方法，該思維方法的關(guān)鍵是拋開復(fù)雜的關(guān)系，不著眼于局部，從整體上把握對象之間的內(nèi)在聯(lián)系。面對問題，將其作為一個(gè)整體處理，整體分析，迅速設(shè)計(jì)出解決思路，從而快速地解決問題。運(yùn)用整體思維方法能夠化繁為簡，化難為易，是學(xué)生思維全面性和靈活性的體現(xiàn)。

例如，2014杭州市中考試題第6題：短跑運(yùn)動(dòng)員在某次百米賽跑中測得5秒末的速度是9.0m/s，10秒末到達(dá)終點(diǎn)的速度為10.2m/s，則下列說法正確的是（？搖）

A.前5秒內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的平均速度為4.5m/s

B.后5秒內(nèi)運(yùn)動(dòng)員的平均速度為9.6m/s

C.本次百米賽跑中運(yùn)動(dòng)員的平均速度為10.0m/s

D.本次百米賽跑中運(yùn)動(dòng)員的平均速度為9.1m/s

解析：這一題在考查“速度”、“瞬時(shí)速度”和“平均速度”的概念的同時(shí)，考查學(xué)生從整體上把握信息的能力。若學(xué)生糾纏于“5秒未的速度”、“10秒末到達(dá)終點(diǎn)的速度”這些信息，則往往會使問題復(fù)雜化，陷入計(jì)算困境，容易選錯(cuò)。運(yùn)用整體思維，從運(yùn)動(dòng)員的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程分析，會發(fā)現(xiàn)本題的重點(diǎn)信息是“百米賽跑”和“10秒末到達(dá)終點(diǎn)”，由“百米”和“10秒”可直接求得運(yùn)動(dòng)員在百米賽跑中的平均速度是10m/s。

除了上述物理問題外，整體思維也用于解決化學(xué)問題，具體體現(xiàn)在用守恒法解題?；瘜W(xué)反應(yīng)是原子或離子之間的重新組合，反應(yīng)前后組成物質(zhì)的原子個(gè)數(shù)、物質(zhì)的質(zhì)量始終保持不變即守恒。解題時(shí)，從整體出發(fā)，認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，直接抓住物質(zhì)變化過程中的特有的守恒關(guān)系，能夠快速準(zhǔn)確地解答問題。例如：第30題第一小題Cu2S在空氣中灼燒的化學(xué)方程式配平，根據(jù)反應(yīng)前后原子個(gè)數(shù)守恒。第37題，……將30克鄰叔丁基苯酚完全燃燒，生成88克CO2和25.2克H2O（無其他產(chǎn)物）。已知鄰叔丁基苯酚的相對分子質(zhì)量為150，第一小題求30克鄰叔丁基苯酚中含碳元素多少克，氫元素多少克，根據(jù)反應(yīng)前后各元素質(zhì)量守恒，直接求出CO2中的碳元素質(zhì)量和H2O中的氫元素質(zhì)量?？傊瑢W(xué)生在解答這類問題的過程中，要把握全局、整體思維，充分調(diào)用已有知識，透過問題表象，抓住對象的科學(xué)本質(zhì)，而不是僵化在題目所設(shè)的情景之中。

二、轉(zhuǎn)化思維，靈活運(yùn)用

在解決一些陌生的復(fù)雜的實(shí)際問題時(shí)，可以通過轉(zhuǎn)化思維的方法，將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為理想模型、將正向思維轉(zhuǎn)化為逆向思維、將一般條件極端化、將文字?jǐn)⑹鲛D(zhuǎn)化為圖像、將隱含條件轉(zhuǎn)化為明朗實(shí)用等。運(yùn)用轉(zhuǎn)化思維方法使得問題熟悉化、簡單化、直觀化，在解決問題的同時(shí)，可以有效訓(xùn)練學(xué)生思維的敏捷性、靈活性、深刻性和創(chuàng)造性，提高思維品質(zhì)。

例如，第35題：汽車超載是當(dāng)前發(fā)生交通事故的重要根源。為了加強(qiáng)監(jiān)控，各地均設(shè)置超載監(jiān)測站。如圖1所示，已知某汽車的自重為2噸，其載重量為10噸?，F(xiàn)讓該汽車前輪開上地磅秤，其讀數(shù)為5噸，后輪開上地磅秤讀數(shù)為6噸，且前后輪與地面的接觸面積相等。問：（1）該汽車的前后輪對地面的壓強(qiáng)是否相同？為什么？（2）該汽車是否超載，通過分析計(jì)算說明理由。

圖1

解析：“電子地磅秤”對學(xué)生來說是一個(gè)全新的情景，完全陌生的問題，若思維能力不足，則往往無從下手。本題要求學(xué)生在知識性基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用轉(zhuǎn)化思維，將該問題轉(zhuǎn)化為熟悉的“杠桿模型”?！案軛U”這一物理模型，是由具有共同特征的一些工具，運(yùn)用整體思維，忽略次要因素進(jìn)而抽象出來的，以便于研究問題。其特征是：硬棒，在力的作用下能夠繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)?！半娮拥匕醭印狈Q量時(shí)符合該特征，分別以前車輪和后車輪為支點(diǎn)，建立“杠桿模型”，根據(jù)杠桿的平衡條件，運(yùn)用極端化轉(zhuǎn)化思維，得出汽車對地面的總壓力與最大載重時(shí)重力的大小關(guān)系，判斷汽車是否超載。

本題考查轉(zhuǎn)化思維的靈活性還體現(xiàn)在，對“電子地磅秤”稱量的問題也可以從整體思維出發(fā)，將一般性的“稱量”物理過程轉(zhuǎn)化為狀態(tài)條件“靜止?fàn)顟B(tài)”“受力平衡”。受力分析，汽車對地面的總壓力為“前輪”壓力和“后輪”壓力之和，再根據(jù)汽車對地面的總壓力與最大載重時(shí)重力的大小關(guān)系，判斷汽車是否超載。除此之外，像第19題：分別用“兩同學(xué)在繩兩端反向拉”和“一段套在柱子上，兩同學(xué)在繩一端同向拉”兩種不同的方法，將彈性繩的兩端拉環(huán)分別套在相隔一段距離的兩根柱子張，用來曬衣服，考查“條件”轉(zhuǎn)化思維。第22題，由北京本地PM2.5來源分布圖，判斷對減少PM2.5效果最不顯著的措施，考查“圖像”轉(zhuǎn)化思維。第34題：推導(dǎo)證明發(fā)光點(diǎn)S和在豎直平面鏡中所成的像S′到平面鏡的距離相等，考查“數(shù)學(xué)”轉(zhuǎn)化思維。轉(zhuǎn)化思維，考查的轉(zhuǎn)化類型、題型都是多樣化的，一般與其他思維方法綜合解題。

三、探究思維，全面滲透

《課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，初中科學(xué)課程必須體現(xiàn)科學(xué)探究精神。科學(xué)探究是創(chuàng)造性思維活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)和邏輯推理交互作用的過程[1]?；诖苏n程理念，科學(xué)中考試題越來越注重考查學(xué)生的探究思維品質(zhì)。探究性思維是根據(jù)一定的目的，運(yùn)用已有的知覺材料，在頭腦中進(jìn)行的前后一貫的、有條有理的、有根有據(jù)的思維活動(dòng)，它包含各種具體的思維方法，如比較、分類、判斷、歸納、演繹、想象和分析、綜合等。學(xué)生只有深入理解科學(xué)探究，具備科學(xué)探究的能力，養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣，形成科學(xué)探究的思維，在遇到實(shí)際問題時(shí)，才不會茫然不知所措。

例如第25題：小明在生活中觀察到：點(diǎn)燃的小木棒燃燒端朝上，往往沒燃盡就熄滅，而燃燒端朝下，往往不熄滅。從燃燒的條件看，你認(rèn)為燃燒端朝上的小木棒，沒燃盡就熄滅的最主要原因是？搖？搖？搖？搖，若小木棒事先涂油，燃燒端朝上也不易熄滅，請說明理由。

解析：本題考查的知識點(diǎn)是“可燃物燃燒的條件”及“木頭與油的著火點(diǎn)哪個(gè)低”。要求學(xué)生針對“可燃物燃燒的條件”，準(zhǔn)確地判斷出木條熄滅的原因，到底是因?yàn)闆]有達(dá)到著火點(diǎn)還是因?yàn)檠鯕獠蛔?，這里需要進(jìn)行探究。通過分析，熄滅的木條和燃著的木條所處的空氣環(huán)境是相同的，氧氣含量相同，排除氧氣的原因后，就能確定是沒有達(dá)到著火點(diǎn)使木條熄滅。涂上油后，油的著火點(diǎn)低，燃燒產(chǎn)生熱量，使小木棒較易達(dá)到著火點(diǎn)。

對探究思維的考查，最典型的題型是實(shí)驗(yàn)探究題。如本卷的第29題，探究“環(huán)境溫度對菜豆種子萌發(fā)的影響”實(shí)驗(yàn)，考查學(xué)生科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、變量分析能力、基于實(shí)驗(yàn)結(jié)論的推測能力。第31題，探究“一定質(zhì)量的某種金屬和同體積鹽酸反應(yīng)快慢的影響因素”實(shí)驗(yàn)，考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、處理，以及觀察到的現(xiàn)象的原因分析。對探究思維的考查并不是獨(dú)立的，而是幾乎滲透在每一道題目中。解題時(shí)，只有靈活選擇各種適合的思維方法，才能快速準(zhǔn)確地解決問題。

四、教學(xué)啟示

有人說“教育就是忘記了在學(xué)校所學(xué)的一切之后剩下的東西”?？茖W(xué)教育的意義之一就是培養(yǎng)不會忘卻的思維能力，思維教育極其重要。因此，要將思維教育寓于知識教育之中，將思維教育貫穿于教學(xué)全過程，通過教與學(xué)活動(dòng)使學(xué)生掌握正確的、科學(xué)的思維方法，全面發(fā)展學(xué)生的思維能力，提高思維品質(zhì)。開展思維教育的途徑有：改進(jìn)教學(xué)方法；把與課程內(nèi)容相對應(yīng)的思維形式和思維方法教給學(xué)生；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好有關(guān)課程，發(fā)展辯證思維能力；使學(xué)生保持欲動(dòng)的思維狀態(tài)；重視創(chuàng)造性思維的訓(xùn)練等[2]。在初中科學(xué)課堂教學(xué)中，到底什么樣的具體途徑和方法能夠提高思維教育的有效性，值得我們不斷深入探索研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：2-6.

[2]思維詞典[M].杭州市：浙江教育出版社，1996：427.