科學(xué)探究活動中學(xué)生思維能力的培養(yǎng)

陸亞波 毛國永

[摘 要]在科學(xué)探究活動中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，應(yīng)根據(jù)科學(xué)探究的特點，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容進行。本文以《電磁感應(yīng)》一課為例，闡述了在發(fā)現(xiàn)提出問題、建立猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗方案、分析處理實驗數(shù)據(jù)、反思與評價、鞏固與應(yīng)用等環(huán)節(jié)中學(xué)生逆向思維、聯(lián)想思維、發(fā)散思維、邏輯思維、辯證思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)探究 思維能力 電磁感應(yīng)

[中圖分類號] G633.98 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2016）170000

思維是科學(xué)探究最重要的核心，思維性是科學(xué)探究最基本的特征之一，思維能力的培養(yǎng)和科學(xué)探究能力的提高是相輔相成的。在科學(xué)探究活動過程中，無論是發(fā)現(xiàn)提出問題、建立猜想與假設(shè)、設(shè)計實驗方案、分析處理實驗數(shù)據(jù)、反思與評價，還是知識的鞏固與應(yīng)用，我們都非常重視學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。本文以華師大版初中科學(xué)八年級下冊《電磁感應(yīng)》一課為例，談?wù)勗诳茖W(xué)探究活動過程中對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。

一、在發(fā)現(xiàn)提出問題過程中培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維

愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要?！睂W(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力對培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新精神具有極為重要的意義。而逆向思維又是創(chuàng)新思維的重要方式。實踐中，我們往往通過引導(dǎo)學(xué)生逆向思考、反向設(shè)問，來引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，同時培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

例如《電磁感應(yīng)》上課開始，我們先讓學(xué)生回顧奧斯特實驗：實驗現(xiàn)象是怎樣的？它的實質(zhì)是什么？在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生提出問題：既然電能夠產(chǎn)生磁，那么，反過來磁能否產(chǎn)生電呢？（事實上，在學(xué)習(xí)發(fā)電機之前，我們也先讓學(xué)生復(fù)習(xí)電動機的實質(zhì)：電能轉(zhuǎn)化為機械能，然后再引導(dǎo)學(xué)生提出問題：能否制造出一種把機械能轉(zhuǎn)化為電能的機器呢？）這樣，通過引導(dǎo)學(xué)生逆向思考、反向設(shè)問，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)提出問題，同時培養(yǎng)了學(xué)生的逆向思維能力和創(chuàng)新精神。

二、在猜想和假設(shè)過程中培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想思維

聯(lián)想思維是一種重要的思維方式，它能使兩個看去不相關(guān)聯(lián)的事物建立聯(lián)系，從而產(chǎn)生創(chuàng)新設(shè)想和成果。在科學(xué)探究活動過程中，建立猜想和假設(shè)常常需要聯(lián)想思維。實踐中，我們往往通過引導(dǎo)學(xué)生思考兩個事物之間的相似點，而在兩個事物之間建立聯(lián)系，從而發(fā)現(xiàn)問題、建立猜想，同時培養(yǎng)學(xué)生的聯(lián)想思維能力。

例如《電磁感應(yīng)》一課中，在提出問題“磁能否產(chǎn)生電”后，我們引導(dǎo)學(xué)生回憶、思考電和磁之間的相似點和聯(lián)系：電荷分正負(fù)、能吸引輕小物體，磁鐵分南北極、能吸引鐵磁性物質(zhì)；同種電荷互相排斥、異種電荷互相吸引，同名磁極互相排斥、異名磁極互相吸引；電荷周圍有電場，磁體周圍有磁場，電場和磁場往往同時出現(xiàn)；生活中有電磁鐵、電磁爐、電磁波；等等。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想：磁也可能產(chǎn)生電，什么樣的磁能夠產(chǎn)生電。這樣，通過聯(lián)系電和磁的有關(guān)知識，幫助學(xué)生提出猜想，也培養(yǎng)了學(xué)生的聯(lián)想思維能力。

三、在實驗設(shè)計過程中培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

科學(xué)實驗設(shè)計是科學(xué)探究中最激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的一個部分，因而也是科學(xué)探究中最富有魅力的一個部分。一個科學(xué)實驗方案的設(shè)計完成需要通過綜合運用各種思維，特別是發(fā)散思維。實踐中，我們往往通過設(shè)置問題情景，組織學(xué)生相互交流討論，引導(dǎo)學(xué)生從各個不同角度進行思考，設(shè)計出合理的實驗方案，同時培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

例如在上述教學(xué)之后，我們沒有直接演示課本的實驗，而是通過提出以下幾個問題，鼓勵學(xué)生相互交流討論，啟發(fā)學(xué)生從各個角度深入思考，來找出實驗所需的器材并設(shè)計實驗方案。

問題1：要探究利用磁場獲得電流，需要哪些器材？

生1：要提供磁場，需要有磁體；

生2：作為電流的載體，需要有導(dǎo)線；

生3：檢驗是否產(chǎn)生電流，需要有電流表；

生4：控制電路通斷，需要有開關(guān)。

問題2：如何利用上述器材來進行實驗？

生1：奧斯特實驗中是把小磁針放在通電導(dǎo)線周圍，觀察小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，本實驗是否可以把導(dǎo)體放在磁場里觀察能否產(chǎn)生電流？

生2：導(dǎo)體可能是靜止地放在磁場里，也可能是在磁場中運動；

生3：導(dǎo)體可能是平行磁感線放在磁場中，可能是垂直磁感線放在磁場中，也可能是斜放在磁場中，還可能是繞在蹄形磁鐵上……

生4：電路可能是斷開的，也可能是閉合的。

這樣，通過對以上幾個問題的探討，逐步引導(dǎo)學(xué)生找出實驗器材并設(shè)計出具體的實驗方案，同時也訓(xùn)練了學(xué)生的發(fā)散思維能力。

四、在分析處理實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維

邏輯思維也是一種重要的思維方式。在科學(xué)探究活動中，一個實驗結(jié)論，往往需要根據(jù)研究的問題和提出的假設(shè)，通過對大量的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行分析、比較、歸納、推理乃至綜合，運用邏輯思維得到。因此，分析處理實驗過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，訓(xùn)練學(xué)生思維的深刻性和縝密性。

例如本課中，在設(shè)計出實驗方案并完成實驗之后，我們引導(dǎo)學(xué)生對實驗條件和實驗結(jié)果（如下表）進行分析：

師：比較第②③（或⑤⑥）兩項的實驗條件，有什么共同特點？

生1：都是導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動。

師：比較第①項和第②③項的實驗條件和實驗結(jié)果，可以看出，要產(chǎn)生感應(yīng)電流需要什么條件？

生2：導(dǎo)體在磁場中做切割磁感應(yīng)線運動。

師：比較第②③項和第⑤⑥項的實驗條件和實驗結(jié)果，可以看出，要產(chǎn)生感應(yīng)電流還需要什么條件？

生：導(dǎo)體必須是閉合電路的一部分。

師：綜合上述結(jié)果，可得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？

生：閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動，導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。（如圖1所示）

這樣，通過引導(dǎo)學(xué)生對實驗現(xiàn)象進行分析、比較、歸納、綜合，了解了電磁感應(yīng)的概念，發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力。

五、在反思與評價過程中培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維

辯證思維是一種更高層次的思維方式，它能使學(xué)生全面、辯證地看待問題。在科學(xué)探究活動中，引導(dǎo)學(xué)生對實驗方案、實驗過程、實驗結(jié)果等進行反思與評價，有助于學(xué)生更加全面、深刻地理解科學(xué)知識，培養(yǎng)學(xué)生思維的全面性和辯證性，同時使學(xué)生養(yǎng)成經(jīng)常反思的習(xí)慣。

例如在通過實驗得到電磁感應(yīng)的條件之后，我們繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生對實驗方案、實驗過程、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果進行思考，作出反思與評價：

反思與評價一：反思上述實驗方案，還有沒有其它途徑能利用磁場來獲得電流？

可能的途徑1：保持導(dǎo)體靜止不動，讓磁體運動，使閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中作做割磁感應(yīng)線運動。（如圖2所示）

可能的途徑2：保持線圈靜止不動，讓磁體運動，使線圈（即閉合電路的一部分導(dǎo)體）在磁場中做切割磁感應(yīng)線運動。（如圖3所示）

可能的途徑3：保持導(dǎo)體靜止不動，不斷改變磁場強度。

反思與評價二：反思上述實驗現(xiàn)象，怎樣使觀察到的實驗現(xiàn)象更明顯？

可能的方法1：用靈敏電流計代替電流表，重復(fù)上述實驗。

可能的方法2：用磁性更強的電磁鐵代替U形磁鐵，重復(fù)上述實驗。

可能的方法3：增加導(dǎo)體數(shù)量（比如用線圈代替導(dǎo)體），重復(fù)上述實驗。

反思與評價三：反思上述實驗過程和實驗結(jié)果，還能提出什么問題？

問題1：電磁感應(yīng)的實質(zhì)是什么？

問題2：感應(yīng)電流的方向可能與什么有關(guān)？

問題3：感應(yīng)電流的大小可能與什么有關(guān)？

問題4：如果是整個閉合電路在磁場中做切割磁感應(yīng)線運動，電路中是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流？

問題5：如果電路斷開，讓導(dǎo)體在磁場中做切割磁感應(yīng)線運動，會產(chǎn)生什么結(jié)果？

……

在此基礎(chǔ)上，我們提供器材，鼓勵學(xué)生通過小組合作進行探究。

這樣，通過多角度設(shè)問，鼓勵學(xué)生從多個方面進行反思與評價，不僅促進了學(xué)生對科學(xué)知識的理解，也使學(xué)生的思維得到了有效的訓(xùn)練。

六、在知識的鞏固與應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

知識的鞏固與應(yīng)用是掌握知識的重要的兩個階段。把探究得到的結(jié)論遷移運用到生活實際或新的情境中，不僅有助于學(xué)生掌握知識，而且能提高學(xué)生分析解決實際問題的能力，從而為學(xué)生創(chuàng)新思維的訓(xùn)練打下堅實的基礎(chǔ)。

例如本課實驗結(jié)束后，我們出示下列問題，引導(dǎo)學(xué)生進一步思考、討論：

問題1：電磁感應(yīng)原理在生活生產(chǎn)中可能有什么應(yīng)用？

問題2：生活中?？吹竭@種現(xiàn)象：電動自行車沒電時，用腳踩踏就能發(fā)出電來，說說其中的道理。

問題3（演示）：用導(dǎo)線連接指示燈的兩個接線柱后，指示燈不發(fā)光；而把它放置于電磁爐上，啟動電磁爐，指示燈能發(fā)光，如圖4所示。已知家用電磁爐內(nèi)部有一個很大的線圈，你能解釋其中的道理嗎？

這樣，通過引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識來解釋生活中的現(xiàn)象、分析解決生活中的簡單問題，鞏固了已學(xué)知識，同時也有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

1.《例談實驗探究法在初中科學(xué)教學(xué)中的運用》劉煜華、毛國永《教育與探索》2008年第12期.

（責(zé)任編輯 黃春香）