例談科學(xué)教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

劉飛

[摘 要]科學(xué)探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。學(xué)生對(duì)世界有著天然的好奇心，他們需要通過科學(xué)探究來解開自己的困惑，了解世界，但因?yàn)殚L(zhǎng)期缺乏科學(xué)思維的訓(xùn)練，他們的研究往往隨心所欲，無法獲得科學(xué)的結(jié)論。因此，教師要讓學(xué)生在科學(xué)探究的過程中逐步形成科學(xué)的思維方式，讓學(xué)生的好奇心以科學(xué)的方式得到滿足。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)探究 科學(xué)思維 解決問題

[中圖分類號(hào)] G623.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-9068（2015）09-004

杜威說：“盡管一切思維的結(jié)果都?xì)w結(jié)為知識(shí)，但知識(shí)的價(jià)值最終還是服從它在思維中的應(yīng)用?！笔裁词强茖W(xué)思維？簡(jiǎn)單地說，科學(xué)思維是大腦借助探究和論證的形式，對(duì)各種信息進(jìn)行科學(xué)加工的思維活動(dòng)?！犊茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心。”這其實(shí)是希望通過學(xué)生的自主研究與探索，使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到發(fā)展，并最終提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)探究與科學(xué)思維的培養(yǎng)是和諧的統(tǒng)一整體，科學(xué)思維引導(dǎo)著探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的行進(jìn)與調(diào)整，而親歷完整的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，才能使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到更好的發(fā)展。教師可以從實(shí)驗(yàn)探究的不同環(huán)節(jié)以及實(shí)驗(yàn)探究能力發(fā)展的不同階段對(duì)此進(jìn)行有意識(shí)的引導(dǎo)，使學(xué)生的科學(xué)思維能力在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程中得到不斷的滲透與提高。

“好風(fēng)憑借力，送我上青天”——架設(shè)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)射器

觀察和實(shí)驗(yàn)都是以人的感覺為基礎(chǔ)的，但感覺器官對(duì)客觀現(xiàn)實(shí)的反映是有一定范圍的，如人的聽覺范圍從20～20000HZ、視覺范圍從波長(zhǎng)380～780nm等。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須充分考慮學(xué)生的感覺特點(diǎn)，幫助學(xué)生從無法感知到能夠感知，再到很好感知乃至充分感知。而觀察儀器和測(cè)量工具的應(yīng)用，就是人類感覺器官的延伸和知覺特性的反映，放大鏡、顯微鏡擴(kuò)展了視閾，電流表將電流的存在及其強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)。嘗試將實(shí)驗(yàn)中不能或很難看見的現(xiàn)象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生能夠順利地按照科學(xué)思維的過程進(jìn)行研究，就是科學(xué)教師需要研究的地方。

第一節(jié)：五年級(jí)上冊(cè)“導(dǎo)體和絕緣體”

磨課前

怎樣才能讓小燈泡發(fā)光呢？在課上，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握“閉合電路中，電流通過小燈泡時(shí)可以使它發(fā)光”的知識(shí)，想出“將物體接入簡(jiǎn)單電路中，通過小燈泡的亮與滅來判斷是導(dǎo)體還是絕緣體”的方法。但因?yàn)椴煌矬w的導(dǎo)電性能不同，實(shí)施過程中有很大的問題：有些物品明明是導(dǎo)體，但不能使燈泡發(fā)光，如鉛筆芯、人體等。此時(shí)，如果堅(jiān)持檢測(cè)結(jié)果，無疑有悖真理，給學(xué)生留下錯(cuò)誤印象，但如果強(qiáng)行糾正，學(xué)生就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法產(chǎn)生懷疑。無論哪一種情況，學(xué)生都會(huì)對(duì)前面的思維過程產(chǎn)生懷疑，科學(xué)思維的節(jié)奏就會(huì)被打亂。無奈，我只能拿出驗(yàn)電球來進(jìn)行檢測(cè)。看上去問題解決了，但其實(shí)更麻煩：學(xué)生并不清楚驗(yàn)電球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)于復(fù)雜的電路板更是不明所以，教師很難解釋清楚為什么用它而不是之前學(xué)生研究出的檢測(cè)電路來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。一節(jié)課在不明不白中結(jié)束。

磨課后

這節(jié)課上，我采用讓學(xué)生自由選擇組裝檢測(cè)器的教學(xué)模式，當(dāng)然有的小組選擇了小燈泡做指示器，也有的小組選擇小馬達(dá)和小喇叭。這說明學(xué)生的思維進(jìn)程已經(jīng)到了“如何利用不同材料設(shè)計(jì)理論上的檢測(cè)器”，接下來就是實(shí)踐的過程。當(dāng)然，這一過程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)理論與現(xiàn)實(shí)其實(shí)有著一定的差距，他們的理論檢測(cè)器可能會(huì)存在一定的問題（與常識(shí)不完全吻合）。

在小學(xué)科學(xué)教科書中，導(dǎo)體定義為“容易讓電流通過的物體”，絕緣體定義為“不容易讓電流通過的物體”。從中，我們可以清楚地找到“電流”二字。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步形成了“電流是什么”的概念，這時(shí)大家無一例外地都想到了“直接”看到電流的通過是最好的判定標(biāo)準(zhǔn)。此刻的思維活動(dòng)轉(zhuǎn)化為“設(shè)計(jì)一種大家看得見電流通過的檢測(cè)電路”。那么，最能將電流大小直接呈現(xiàn)在眼前的就是電流表這一工具了。將電流表接入電路中替代小燈泡制成檢測(cè)電路，其實(shí)是將小燈泡這種間接呈現(xiàn)方式變成直接呈現(xiàn)方式，這也更符合學(xué)生的思維習(xí)慣。此前，學(xué)生的思維都在上升與前進(jìn)的過程中，成功的結(jié)果似乎觸手可及。但是，教師通過經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的積累知道，并不是所有的電流表接入電路都能有滿意的效果。如果此時(shí)沒有在材料上預(yù)設(shè)，學(xué)生的思維過程將戛然而止，他們將再次否定自己，而失敗的原因他們現(xiàn)在并沒有能力進(jìn)行一一分析。此刻，教師呈現(xiàn)的經(jīng)過選擇的合適量程的簡(jiǎn)單電流表，無疑滿足了學(xué)生最急需解決的思維道路上的那道坎簡(jiǎn)單連接之后，電流表指針轉(zhuǎn)動(dòng)了，電流的大小一目了然，學(xué)生的思維順暢了，他們完成了探究過程的最重要步驟“改進(jìn)方法——實(shí)驗(yàn)成功”。

科學(xué)思維的產(chǎn)生并不是一蹴而就的，需要教師為學(xué)生的思維起跳搭設(shè)合適的架手。學(xué)生的年齡特點(diǎn)決定了他們的觀察能力、分析能力等都不能同成人相比，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果越直觀越好。只有想到學(xué)生所能想到的，并將他們沒有想到的技術(shù)問題一并解決，才有可能讓學(xué)生的“科學(xué)思維之旅”出發(fā)順利，保證不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的思慮不周和他們還沒有掌握一些知識(shí)而中途夭折。

“沉舟側(cè)畔千帆過，病樹前頭萬木春”——引爆學(xué)生科學(xué)思維的點(diǎn)火器

小學(xué)生喜愛科學(xué)課的一個(gè)重要原因就是可以實(shí)驗(yàn)，這使得實(shí)驗(yàn)有了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的作用，但很多時(shí)候教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)考慮到了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，卻沒有考慮到是否符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，是否符合他們的探究興趣。這樣的實(shí)驗(yàn)只會(huì)讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)過程枯燥，科學(xué)思維的發(fā)展也得不到提升。因此，我們必須優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，在啟發(fā)的基礎(chǔ)上盡量讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)思維的過程，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與探究學(xué)習(xí)融合起來，在讓學(xué)生獲得知識(shí)、學(xué)到技能的同時(shí)形成科學(xué)精神，讓實(shí)驗(yàn)真正激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的火花。

第二節(jié)：三年級(jí)下冊(cè)“把固體放到水里去”

磨課前

在研究“溶解”這一問題時(shí)，根據(jù)教材的設(shè)置，我以食鹽作為容易溶解的物質(zhì)代表來解說。由于食鹽溶解在水中后就無法再看見，教材又將高錳酸鉀作為觀察溶解現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)材料，但這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我手忙腳亂、心驚膽戰(zhàn)。

高錳酸鉀是一種強(qiáng)氧化物質(zhì)，高濃度下有刺激性與腐蝕性，通常用來消毒的高錳酸鉀濃度僅為0.01%，而觀察溶解實(shí)驗(yàn)的是高錳酸鉀的固體結(jié)晶。雖然盛裝在塑料袋中，但顆粒易黏附在袋子內(nèi)壁，學(xué)生常常會(huì)動(dòng)手去摳，即使我再三強(qiáng)調(diào)，也還是會(huì)有學(xué)生這樣做。因?yàn)閷W(xué)生剛剛接觸科學(xué)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的規(guī)范以及危害還沒有形成清晰的認(rèn)識(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)手指被高錳酸鉀染黑時(shí)，一些學(xué)生會(huì)放進(jìn)嘴里吮吸，這真的是太危險(xiǎn)了！

磨課后

下課后，我聽到學(xué)生說：“食鹽也容易溶解，那我們?yōu)槭裁床挥檬雏}做實(shí)驗(yàn)，非要用那么危險(xiǎn)的鉀？”“食鹽為什么不能染色后再做實(shí)驗(yàn)?zāi)兀窟@樣我們不就能看清楚了嗎？”……學(xué)生說得多好！他們開始質(zhì)疑并改進(jìn)。我立刻帶領(lǐng)學(xué)生展開了“用染色食鹽觀察溶解現(xiàn)象”的討論，大部分學(xué)生都認(rèn)為這是一個(gè)好方法。接下來，我們做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可是結(jié)果是鹽不能染色，顏料看上去包裹住了鹽粒，可是放進(jìn)水里后卻自己先漂起來了，起不到任何作用。這是為什么呢？這樣一個(gè)非常符合邏輯的預(yù)設(shè)為什么無法實(shí)現(xiàn)呢？問題出在哪里？我和學(xué)生一起陷入了思考。學(xué)生在課后不斷實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：使用的染色材料無論是水彩、水粉、油畫或是丙烯顏料，好像自己本身就不能溶解于水，當(dāng)然不能在水中指示食鹽的溶解。而我也在資料的查找中發(fā)現(xiàn)，顏料其實(shí)成分復(fù)雜，有些還含有油脂和膠，我們用顏料來染色，無異于緣木求魚。

學(xué)生的研究熱情沒有低落，反而高漲起來了，因?yàn)椤敖o食鹽染色”的問題已經(jīng)讓他們的探究之心加速。學(xué)生的思維進(jìn)入尋找“既能給食鹽染色，又能在水中和食鹽一起溶解的物質(zhì)”的環(huán)節(jié)。大多數(shù)人認(rèn)為給鹽染色是不能實(shí)現(xiàn)的，但學(xué)生卻沒有停下追尋的腳步。一個(gè)學(xué)生給我?guī)砹撕孟?，他的家長(zhǎng)是研究花色苷的，他認(rèn)為這種物質(zhì)可能幫到我們的實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過資料查找，我了解到花色苷廣泛存在于葡萄、血橙、藍(lán)莓、茄子皮、櫻桃、草莓、桑葚、牽?；ǖ戎参锏慕M織中，最重要的是，它和食鹽可以共存于水中。大家在聽到這個(gè)消息的時(shí)候都?xì)g呼起來，我們覺得離勝利又近了一步，接下來我和學(xué)生展開了給食鹽染色的研究。有的學(xué)生用葡萄汁染色，有的學(xué)生用紫薯汁染色，但是效果都不太理想。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)失敗的原因是花色苷的濃度太低以及天然植物中其他雜質(zhì)太多。

就在研究似乎進(jìn)入死胡同的時(shí)候，一個(gè)學(xué)生通過資料查找想到了紅酒。這種用葡萄釀造的紫紅色液體的顏色就來自于花色苷，它的花色苷含量比天然時(shí)要更高，而且其中的酒精成分可以通過加熱去除。在學(xué)生的合作以及家長(zhǎng)的技術(shù)支持下，我們終于獲得了紫紅色的鹽。學(xué)生清楚地看到紫紅色的鹽在水中慢慢地散開，和水混合，直至將整杯水染成紅色的全過程，他們非常激動(dòng)，作為教師的我更激動(dòng)。如果沒有意外聽來的一句話，我可能還會(huì)一直重復(fù)著用高錳酸鉀做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，用強(qiáng)制性的手段將學(xué)生科學(xué)思維的火種硬生生地熄滅，讓他們停留在“操作工”的層面上，而不是像現(xiàn)在一樣，他們?nèi)硇牡赝度胍粋€(gè)實(shí)驗(yàn)的研究，用自己的力量去實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想，完成科學(xué)思維的過程。

“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”——保障學(xué)生科學(xué)思維的推進(jìn)器

目前的課堂上，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法往往沒有自由度，無論學(xué)生想了多少，通常都是由教師選定一兩種。即使給學(xué)生一些權(quán)利，也僅僅是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的一小部分，最終學(xué)生會(huì)跳進(jìn)教師設(shè)的“陷阱”里面。一旦出現(xiàn)意外，教師會(huì)及時(shí)將“脫軌”的學(xué)生拉回來，因?yàn)檫@已經(jīng)超出了這節(jié)課準(zhǔn)備的范圍。長(zhǎng)此以往，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生越來越?jīng)]有研究的熱情。誠(chéng)然，小學(xué)科學(xué)課堂有著時(shí)間與材料的種種限制，但學(xué)生的科學(xué)思維無法真正完整地進(jìn)行，這將使他們科學(xué)思維的能力逐步衰退。

其實(shí)，只要教師肯在課前進(jìn)行充分的教材鉆研與學(xué)生情況摸索，依然可以在有限的條件下讓學(xué)生遵循自己的思維過程進(jìn)行探索性試驗(yàn)。探索性實(shí)驗(yàn)就是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生設(shè)計(jì)或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，根據(jù)已掌握的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能所進(jìn)行的創(chuàng)造性思維活動(dòng)。它能進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)涵和外延的理解，有效地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維及科學(xué)素質(zhì)。

第三節(jié)：三年級(jí)下冊(cè)“使沉在水里的物體浮起來”

磨課前

我以“讓沉在水里的雞蛋浮起來”的問題導(dǎo)入，引出加適量的鹽的方法；再通過捏橡皮泥變成小船，得出增加體積的方法；最后由游泳圈能幫助不會(huì)游泳的人浮在水面上想到借助漂浮物的方法。

整節(jié)課，器材都是由教師給出，學(xué)生并不清楚為什么研究對(duì)象在不停變換，而他們能探究的就是怎樣加鹽才更科學(xué)，小船怎樣捏才更好。其實(shí)，這樣的探究實(shí)驗(yàn)其實(shí)沒有多少科學(xué)思維的價(jià)值，因?yàn)檎嬲目茖W(xué)研究沒有人會(huì)幫你選研究對(duì)象和實(shí)驗(yàn)方法，這些都需要經(jīng)過科學(xué)思維及探究實(shí)驗(yàn)獲得。

磨課后

為了讓學(xué)生親歷完整的科學(xué)思維過程，在考慮到這個(gè)年齡段學(xué)生的知識(shí)水平的基礎(chǔ)上，我有了這樣一次大膽的嘗試：只選取唯一的一種研究對(duì)象——土豆，一節(jié)課的目的只有一個(gè)，讓土豆從沉到浮，沒有過多的講解與實(shí)驗(yàn)條框的限制。學(xué)生一節(jié)課做的就是“想方法——驗(yàn)證它——改進(jìn)它——成功”。當(dāng)然，如果在第三步結(jié)束后發(fā)現(xiàn)不成功，就又要從第一步重新開始。

其實(shí)，在課前，我是有惶恐的：這樣的課會(huì)上成什么樣？學(xué)生會(huì)不會(huì)想到合適的方法？他們會(huì)不會(huì)在實(shí)驗(yàn)中弄傷自己？可是在上課的過程中，我發(fā)現(xiàn)自己多慮了，學(xué)生平時(shí)的科普讀物已經(jīng)給了他們足夠的啟示。死海的秘密，學(xué)生們都知道，加鹽理所當(dāng)然地成為第一個(gè)被找出來的方法，他們還現(xiàn)鹽在達(dá)到一定量的基礎(chǔ)上才可以做到。一些學(xué)生從小船中得到啟示，想到了將土豆中間掏空做土豆船的方法。雖然實(shí)驗(yàn)中用到了小刀，我也只是提醒了一聲“小心”，學(xué)生在操作時(shí)小心翼翼、互相提醒，讓同組的同學(xué)有一個(gè)安靜的環(huán)境完成這項(xiàng)工作。結(jié)果，學(xué)生做的土豆船甚至比我之前預(yù)備的還要精致，他們?cè)诮?jīng)歷一次實(shí)驗(yàn)失敗后進(jìn)行了縝密的思考，做出了優(yōu)化的選擇，這就是科學(xué)思維形成的過程。

最令人驚嘆的當(dāng)屬研究借助漂浮物方法的學(xué)生，最初，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，他們選擇了泡沫板，可是土豆塊不規(guī)整，泡沫板也是。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)隨意放土豆，土豆會(huì)立刻從板上翻下去，有的小組想到了小心尋找合適位置的方法，通過幾次嘗試，他們成功了。但是，這個(gè)結(jié)果他們顯然不滿意，因?yàn)樘话踩?，需要改進(jìn)。他們想到了用膠帶固定的方法，可是膠帶沾水黏性大大降低了，普通方法不行?！翱梢岳p繞嘛！”“嗯，成功了?！薄翱墒强雌饋砗孟癫粔蛎烙^，怎么辦？”“好像吸管也是個(gè)不錯(cuò)的材料，綁起來做‘竹排？”“還是容易散！”“哈哈，把吸管豎著插過土豆，吸管兩端都封上不濕水的可塑橡皮，中間不就形成氣柱了嗎？”就這樣，土豆船又牢又穩(wěn)當(dāng)，成功了！

心理學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)者的內(nèi)部動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)的真正動(dòng)力。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是通過矛盾的不斷沖突激化和解決而發(fā)展的，學(xué)生認(rèn)識(shí)到解決這個(gè)矛盾的必要性，從而激發(fā)認(rèn)知需求，使思維處于興奮狀態(tài)。在整個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)過程中，從提出問題開始到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解決問題，學(xué)生都始終處于獨(dú)立思考、積極探索的學(xué)習(xí)環(huán)境中，心理活動(dòng)始終處于“發(fā)現(xiàn)問題——邏輯思維——?jiǎng)邮衷O(shè)計(jì)——成功或失敗——經(jīng)驗(yàn)總結(jié)——期待新研究”這一良性循環(huán)過程中。樣的探究實(shí)驗(yàn)，才是真正有價(jià)值的，才能真正起到促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的作用。

（責(zé)編 莫彩鳳）