借助探究實驗 培養(yǎng)科學(xué)思維

顧益明

科學(xué)思維是指用科學(xué)客觀的視角，對實驗對象、自然現(xiàn)象進(jìn)行觀察并對其本質(zhì)不斷探究、推理、研習(xí)的思維模式，形成科學(xué)思維對學(xué)生的思辨、推理能力的養(yǎng)成發(fā)展都大有裨益。因此，科學(xué)思維的培養(yǎng)被視為科學(xué)學(xué)科的主要導(dǎo)向。而合理的科學(xué)實驗?zāi)軌蜃寣W(xué)生有效構(gòu)建科學(xué)思維體系，進(jìn)而深化理解科學(xué)難點，把握科學(xué)知識內(nèi)涵，補(bǔ)足科學(xué)思維漏洞，培養(yǎng)科學(xué)核心素養(yǎng)，對其后續(xù)的科學(xué)能力提升以及跨學(xué)科能力的綜合發(fā)展都有著深遠(yuǎn)的影響。

一、透析實驗原理，培養(yǎng)論證能力

論證能力是小學(xué)科學(xué)的重要素養(yǎng)之一，同時也是科學(xué)思維的核心能力。教師可以根據(jù)實驗內(nèi)容，設(shè)計科學(xué)的實驗步驟，讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下自主進(jìn)行實驗，學(xué)生積極參與、大膽猜想、嚴(yán)謹(jǐn)操作、科學(xué)論證，在邏輯論證中構(gòu)建科學(xué)思維體系，在實踐操作中促進(jìn)能力縱向發(fā)展。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級上冊第一單元第六節(jié)《光的傳播》為例。在小學(xué)科學(xué)思維模式下，學(xué)生對光學(xué)這一抽象的科學(xué)體系較為陌生，教材上對其介紹也較為簡略，通過文字介紹與口頭講解難以讓學(xué)生真正把握相關(guān)的知識點。對此，教師可以這樣引導(dǎo)學(xué)生：“同學(xué)們，我們對光的認(rèn)識很有限，今天我們通過實驗，對光的傳播路徑進(jìn)行研究，給每個小組分配一盞紅外線燈、兩張帶著小孔的紙質(zhì)屏障以及固定裝置，大家先打開手電筒，將紅外線燈對準(zhǔn)墻面，再觀察墻上的現(xiàn)象，如果在墻面前用固定裝置固定一個紙質(zhì)屏障，會發(fā)生什么呢？如果再固定一個紙質(zhì)裝置呢？”學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，主動進(jìn)行推演論證，對光的傳播這一抽象的概念會產(chǎn)生自己的理解，學(xué)生在使用紅外線燈照向墻面時，發(fā)現(xiàn)墻上會出現(xiàn)一個明顯的光點，隨即將光這個抽象的物理要素具象化。學(xué)生在教師所提出的猜想下，繼續(xù)后續(xù)的實驗，在墻面前設(shè)置一個紙質(zhì)屏障，學(xué)生經(jīng)過觀察可以發(fā)現(xiàn)，受到紙質(zhì)屏障阻擋后，墻面上的光點消失了，而光點出現(xiàn)在紙質(zhì)屏障上，同理再添加一層紙質(zhì)屏障，光點再次出現(xiàn)在最近的一層紙質(zhì)屏障上，教師引導(dǎo)學(xué)生將孔洞置于同一直線上，光點再一次在墻面上出現(xiàn)。

教學(xué)過程中，學(xué)生通過對實驗結(jié)果提出猜想，光的傳播路徑是直線，通過對比光線不經(jīng)過同一直線上的小孔和經(jīng)過同一直線上的小孔的照射效果，學(xué)生認(rèn)識到光線是無法拐彎的，進(jìn)而得出結(jié)論：光是通過直線進(jìn)行傳播的。學(xué)生在自主進(jìn)行實驗操作的過程中，猜想論證，建立了科學(xué)思維的連續(xù)性，圍繞教師所提出的光的傳播路徑形式這一思維指向問題，在理論引導(dǎo)下，設(shè)計猜想，收集數(shù)據(jù)，主動探究，實踐操作，對比驗證，在得出實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上，更加高效地促進(jìn)論證能力的提升和科學(xué)思維體系的構(gòu)建。

可見，在教學(xué)中引入科學(xué)實驗有著較強(qiáng)的思維邏輯性，教師在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維中的推理論證能力時，可通過設(shè)置合理恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)實驗進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生由淺入深地思考科學(xué)問題，促使學(xué)生提出猜想、提出論證，同時學(xué)生會更加投入到實驗操作與流程觀察中，讓實踐操作與信息捕捉等科學(xué)思維中的輔助能力得以發(fā)展，最終形成良性循環(huán)，高效構(gòu)建科學(xué)思維體系。

二、掌握實驗方法，提升建模技巧

思維建模是科學(xué)思維的重要組成部分，合理的實驗方法可以優(yōu)化建模形式的選擇，能夠?qū)?fù)雜的科學(xué)問題簡易化，把抽象的科學(xué)元素具象化。學(xué)生在對實驗方案和建模形式深入思考的同時，對實驗中的變量因素，誤差數(shù)值進(jìn)行全方位把握，運(yùn)用科學(xué)的實驗與建模技巧，將控制變量、等效替代等科學(xué)思維方法貫穿始終。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊第三單元第十課《摩擦力》的教學(xué)為例。作為力學(xué)三大性質(zhì)力之一的摩擦力，對后續(xù)科學(xué)乃至物理的跨學(xué)科學(xué)習(xí)都至關(guān)重要。在小學(xué)階段，學(xué)生需要對摩擦力有基本的認(rèn)知，包括摩擦力的基本概念、摩擦力數(shù)值的近似測定等。因此，教師需要引導(dǎo)學(xué)生建立正確的實驗?zāi)Ｐ?，輔以與之相關(guān)的科學(xué)思維概念，讓學(xué)生定性地研究該科學(xué)元素的性質(zhì)，以及相關(guān)影響因素，在學(xué)習(xí)的同時，讓科學(xué)思維得以縱深發(fā)展。教師在教學(xué)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立建模，讓其認(rèn)識到非傳統(tǒng)元素是無法用常規(guī)方法進(jìn)行觀測以及實驗的，可運(yùn)用類比法與量綱分析等建模方法進(jìn)行實驗：“同學(xué)們，我們對摩擦力的認(rèn)知還比較模糊，在絕對靜止的情況下，我們該如何感知摩擦力？如何近似地測量摩擦力呢？”學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的情境下，不斷嘗試，逐步發(fā)現(xiàn)較為合適的模型：將小木塊放置于沙礫之上，用手在水平方向上移動小木塊，學(xué)生可以明顯感知到反方向上有一股力量在拖拽著小木塊，阻止著小木塊移動。

在此情況下，教師可以適時介紹一定的實驗工具輔助學(xué)生進(jìn)行后續(xù)實驗數(shù)值的測量，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步打開思維，選擇更加合適的實驗?zāi)Ｐ?。教師可以介紹彈簧測力器，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在彈簧測力器與小物塊連接后，在近似保持勻速直線運(yùn)動情況下，彈簧測力器的數(shù)值與摩擦力相近，在排除誤差的情況下，甚至達(dá)到近似相等，最終學(xué)生能夠在自己的建模設(shè)計下，獲取到實際可行的實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生在建模過程中始終以等效替換的科學(xué)思維方法貫穿始終，因此，在潛移默化中固化了科學(xué)思維方法。學(xué)生在不斷探索中，逐步提升建模技巧、優(yōu)化模型構(gòu)建、完善科學(xué)思維認(rèn)知，保證學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的綜合發(fā)展和科學(xué)思維體系的穩(wěn)固建成。

可見，在教學(xué)科學(xué)方法與科學(xué)模型構(gòu)建的過程中，教師應(yīng)起到引導(dǎo)者的作用，輔助學(xué)生深入思考，全面考慮各種模型的合理性，以及對實驗的影響，嚴(yán)格把控誤差，讓學(xué)生對實驗方法、實驗?zāi)Ｐ驼归_思維風(fēng)暴，在方法探索與建模構(gòu)思中使學(xué)生科學(xué)思維的深刻性得到發(fā)展。

三、展示實驗成果，提升思辨水平

思辨能力同樣也是科學(xué)思維的重要組成分支，其能力的體現(xiàn)往往依托學(xué)生的語言水平，學(xué)生在科學(xué)思維的基礎(chǔ)上，融合語言技巧與邏輯思維，在報告總結(jié)中錘煉語言，在交流批判中提煉邏輯，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)內(nèi)涵的理解，提升科學(xué)思維，展現(xiàn)思辨水平。

以蘇教版小學(xué)科學(xué)四年級上冊第十二課《點亮小燈泡》的教學(xué)為例。針對較為復(fù)雜的電路問題，需要學(xué)生以團(tuán)隊的方式共同進(jìn)行解決。如，讓學(xué)生進(jìn)行LED 手環(huán)的制作，往往需要進(jìn)行前期的電子元件調(diào)查以及采購、手環(huán)設(shè)計圖的設(shè)計、手環(huán)電路的基本連接等多個方面，最終得到的結(jié)果往往也各有不同，教師往往難以對每個小組的成果都進(jìn)行了解。因此，教師可以讓學(xué)生自主編寫成果報告，鍛煉學(xué)生的思辨能力，給予學(xué)生展示的平臺，讓小組之間互相評價、交流展示，將思維過程轉(zhuǎn)化為文字，培養(yǎng)科學(xué)思維中的思辨能力?！袄蠋?，我們小組的LED小手環(huán)，采用的是普通的LED 燈，但是我們沒有用電池作為電源，而是選用了太陽能板。同時我們沒有采用接口的形式，而是以焊接的形式進(jìn)行串聯(lián)電路的構(gòu)造，這樣讓LED 手環(huán)更加耐用，佩戴起來更加舒適?！睂W(xué)生在總結(jié)自己實驗成果的過程中，思辨能力和表達(dá)能力均得到有效提升。

可見，語言是思辨的外殼，是思維的結(jié)晶，是思路的展示。優(yōu)化科學(xué)課堂中學(xué)生的語言訓(xùn)練，讓他們在表達(dá)中不斷提煉實驗精髓、在思考中繼續(xù)加工語言邏輯，可以發(fā)展其科學(xué)思維，涵育其核心素養(yǎng)。

總之，在課程改革的背景之下，構(gòu)建學(xué)生的科學(xué)思維體系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，已成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)的核心任務(wù)，而借助科學(xué)實驗進(jìn)行輔助教學(xué)，既是符合當(dāng)前教學(xué)理念的明智之舉，也是培養(yǎng)學(xué)生實踐操作能力的合理方案?？茖W(xué)合理的實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的同時，保證了學(xué)生學(xué)科能力的綜合發(fā)展，夯實了后續(xù)科學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。