論學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

王晶

科學(xué)思維是一種建立在事實(shí)和邏輯基礎(chǔ)上的理性思考，是科學(xué)方法在思維過程中的具體表現(xiàn)。在教學(xué)中，我們可以把科學(xué)視為一種思維方式，科學(xué)探究過程就是用科學(xué)的思維方式獲取知識(shí)的過程。因此，科學(xué)探究和科學(xué)思維在本質(zhì)上是相通的，前者側(cè)重于科學(xué)知識(shí)獲得的過程，后者則側(cè)重于學(xué)習(xí)者內(nèi)在的思維過程。科學(xué)思維過程是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解科學(xué)知識(shí)，進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建的過程。

《小水珠是從哪里來的》一課按照思維類型來分，屬于“認(rèn)識(shí)某種（類）事物的變化規(guī)律、原因、內(nèi)在機(jī)理”的課型。這種類型的課涉及的科學(xué)思維方法主要有比較、歸納（簡(jiǎn)單列舉、因果關(guān)系）、概括、演繹、判斷等。下面以本課為例，談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)學(xué)生的思維能力。

創(chuàng)設(shè)情境，激活思維

思維品質(zhì)是人的思維的個(gè)性特征。思維品質(zhì)反映了每個(gè)個(gè)體智力或思維水平的差異，主要包括深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性、敏捷性和系統(tǒng)性六個(gè)方面。本課主要培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和深刻性。

1.以“難”引思，培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性

“提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要?！毙W(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)“提出問題”在5～6年級(jí)的具體要求是：能基于所學(xué)的知識(shí)，從事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系等角度提出可探究的科學(xué)問題。本課重點(diǎn)關(guān)注的是思維的靈活性，即從不同角度、方向、方面，能用多種方法來思考問題。

在本課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，我為每組學(xué)生準(zhǔn)備了一個(gè)剛從冰箱冷藏室里拿出來的裝有500毫升水的礦泉水瓶，引導(dǎo)學(xué)生觀察，他們觀察發(fā)現(xiàn)礦泉水瓶的外壁有一層小水珠。此時(shí)，教師布置任務(wù)：“兩人一組，利用托盤里的干毛巾，盡快將礦泉水瓶外壁的小水珠擦干凈?！北M管學(xué)生十分努力，但是礦泉水瓶外壁的小水珠無論如何也擦不干凈。面對(duì)這個(gè)短時(shí)間不可能完成的任務(wù)，學(xué)生頭腦里很快產(chǎn)生了疑問：這些擦不凈的小水珠到底是從哪里來的？此時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表各自的看法，學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)大膽猜想：小水珠可能來自冰箱;可能是瓶口封閉不嚴(yán)流出來的;可能是瓶身有洞滲出來的;可能是來自空氣中……學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象，作出多種猜想，他們思維的靈活性得到了培養(yǎng)。

2.以“實(shí)”引思，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性

小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)“作出假設(shè)”在5～6年級(jí)的具體要求是：能基于所學(xué)的知識(shí)，從事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系等角度提出有針對(duì)性的假設(shè)，并能說明假設(shè)的依據(jù)。在質(zhì)疑環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)不同的猜想，在已有生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上尋找證據(jù)，以事實(shí)為依據(jù)，采用排除的方法，說明有些猜想是不成立的。

針對(duì)這些水可能來自冰箱的觀點(diǎn)，學(xué)生提出了這樣的質(zhì)疑：這些礦泉水瓶從冰箱里拿出來已經(jīng)有一段時(shí)間了，用抹布擦了幾次，瓶子外面依然有水，說明水不可能來自冰箱。

學(xué)生仔細(xì)觀察瓶子后，發(fā)現(xiàn)瓶身無孔，瓶蓋擰緊，沒有水從瓶?jī)?nèi)滲出。此時(shí)，教師再次從冰箱中拿出裝有紅色水的礦泉水瓶，學(xué)生發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)的水是紅色的，瓶子外壁的水是無色的，用淺色的干毛巾擦拭，發(fā)現(xiàn)小水珠依然擦不干凈。瓶口封閉不嚴(yán)流出來、瓶身有洞滲出水的觀點(diǎn)也被排除。

學(xué)生發(fā)現(xiàn)這些瓶子除了跟干的抹布接觸過以外，只和空氣接觸過，再聯(lián)系《空氣的組成》和《水到哪里去了》兩課所學(xué)知識(shí)，意識(shí)到這些小水珠來自空氣的可能性最大。

在實(shí)證面前，大部分學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的猜想是錯(cuò)誤的，但是他們難以認(rèn)同礦泉水瓶外壁上的水只能來自空氣的事實(shí)，于是認(rèn)知沖突產(chǎn)生了。

強(qiáng)化引領(lǐng)，建構(gòu)概念

1.搭建思維發(fā)展的腳手架

有了《空氣的組成》和《水到哪里去了》的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)知道空氣中含有水蒸氣，但由于水蒸氣不可見，再加上沒有學(xué)過體積和百分?jǐn)?shù)，他們理解課文中關(guān)于空氣的組成的描述比較困難?；谖迥昙?jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，我采用了化“虛”為“實(shí)”的方法，為學(xué)生的思維發(fā)展搭建由形象思維向抽象思維過渡的腳手架。

首先，把學(xué)生不易理解的“按水蒸氣所占空氣體積的百分比”的描述轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以理解的“1立方米空氣中水蒸氣的質(zhì)量”。利用課件提供新的事實(shí)：當(dāng)氣溫為20℃時(shí)，當(dāng)空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和時(shí)，每立方米的空氣中含有水蒸氣17.3克。一般情況下，每立方米的空氣中實(shí)際含有水蒸氣約10克左右。在面積為16平方米、高3米的房間中，水蒸氣的含量約為500克。

其次，把不可見的水蒸氣轉(zhuǎn)化為可以看見的水。教師一邊引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)室的大小，一邊向?qū)W生介紹：在通常情況下，像科學(xué)教室這樣的3間房子里，含有的水蒸氣總量大約為1500克，大約相當(dāng)于3瓶礦泉水的重量。

最后，為每組發(fā)一個(gè)常溫下裝有500克水的礦泉水瓶，讓學(xué)生感受500克水的重量。常溫礦泉水瓶的出現(xiàn)，以及前面的事實(shí)證據(jù)，幫助學(xué)生順利地完成了由形象思維向抽象思維的轉(zhuǎn)變。

2.滲透求異法

常溫礦泉水瓶的出現(xiàn)也讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的事實(shí)：常溫礦泉水瓶的外壁并沒有出現(xiàn)小水珠。通過對(duì)兩個(gè)礦泉水瓶進(jìn)行比較，學(xué)生發(fā)現(xiàn)只有涼的礦泉水瓶的外壁上才會(huì)有小水珠出現(xiàn)。此時(shí)，大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)意識(shí)到小水珠的出現(xiàn)還可能跟水蒸氣遇冷有關(guān)。

設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)的意圖是讓學(xué)生學(xué)會(huì)一種科學(xué)思維的方法——求異法，即比較某現(xiàn)象出現(xiàn)的場(chǎng)合和不出現(xiàn)的場(chǎng)合，如果這兩個(gè)場(chǎng)合除一點(diǎn)不同外，其他都相同，那么這個(gè)不同點(diǎn)就是這個(gè)現(xiàn)象的原因。

3.滲透求同法

教師可以鼓勵(lì)學(xué)生回憶日常生活中是否見過類似瓶子外有水珠的現(xiàn)象，學(xué)生很快列舉出生活中大量的例子，如寒冷的冬天從室外進(jìn)入室內(nèi)時(shí)，眼鏡上會(huì)出現(xiàn)小水珠;做飯的時(shí)候，鍋蓋上會(huì)出現(xiàn)小水珠……在列舉出大量實(shí)例后，學(xué)生經(jīng)過比較分析，發(fā)現(xiàn)了這些現(xiàn)象的共同之處：有蒸發(fā)或沸騰現(xiàn)象發(fā)生，也就是有水蒸氣;要有冷的（涼的）物體。基于此，學(xué)生作出“小水珠的形成可能是水蒸氣遇到比水蒸氣冷的物體后形成”的猜想。

這一環(huán)節(jié)教學(xué)的設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生學(xué)會(huì)另一種科學(xué)思維的方法——求同法。求同法又稱契合法，是判明現(xiàn)象間因果聯(lián)系的一種邏輯方法，即如果在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)的兩個(gè)或兩個(gè)以上的場(chǎng)合中，唯有一個(gè)情況是共同的，那么，這個(gè)共同的情況就可能是被研究現(xiàn)象的原因（或結(jié)果）。

此環(huán)節(jié)的教學(xué)，不僅為學(xué)生概念的建構(gòu)提供了大量的事實(shí)依據(jù)，也使他們進(jìn)一步了解了求同法，同時(shí)也明確了研究的問題：小水珠是水蒸氣遇到冷的物體后形成的嗎？

在教學(xué)過程中，教師通過層層鋪墊，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使他們產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望。當(dāng)學(xué)生面對(duì)問題束手無策的時(shí)候，教師為學(xué)生給予必要的啟發(fā)和幫助，引導(dǎo)他們改變自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)的過程中，逐步搜集更多的事實(shí)證據(jù)，完成“凝結(jié)”概念的建構(gòu)。

巧用推理，培養(yǎng)能力

1.運(yùn)用類比推理方法，嘗試解釋露的成因

凝結(jié)現(xiàn)象是生活中的常見現(xiàn)象，本節(jié)課“聚焦問題”的環(huán)節(jié)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生列舉了生活中大量的例子。此時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)這些現(xiàn)象中小水珠的成因進(jìn)行解釋。在此基礎(chǔ)上，提出了“露是怎么形成的”這一問題。

在這個(gè)過程中，學(xué)生認(rèn)真分析了露出現(xiàn)的季節(jié)、時(shí)間、位置，發(fā)現(xiàn)露和實(shí)驗(yàn)中冷的礦泉水瓶外壁出現(xiàn)的小水珠有相似之處，從而推斷露是空氣中的水蒸氣接觸到比較冷的石頭、樹葉所形成的小水珠。在此基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并利用黑色金屬罐、冷水、濕毛巾、溫度計(jì)等材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終明確露的成因。

2.運(yùn)用演繹推理方法，判斷物體溫度的高低

在學(xué)生明確了小水珠的成因后，教師提出問題：小明在浴室中洗澡時(shí)，看到浴室內(nèi)有兩根金屬水管，一根水管上有很多水滴，而另外一根水管上沒有水滴，他猜一根是熱水管，一根是冷水管，但他又怕燙傷不敢摸，請(qǐng)你幫他判斷哪根是冷水管？并說出理由。學(xué)生已經(jīng)掌握了凝結(jié)概念，所以很快作出判斷：有水滴的是冷水管。理由是：水蒸氣遇到冷的物體會(huì)在物體表面形成小水珠，冷水管溫度比熱水管溫度低，所以有小水珠的水管是冷水管。

3.利用逆推方法，巧妙去除小水珠

在學(xué)生明確小水珠的成因后，教師再一次引導(dǎo)他們思考：裝有冷水的礦泉水瓶外壁上的小水珠，真的沒辦法擦干凈嗎？此時(shí)，學(xué)生想到的最簡(jiǎn)單的方法就是不去管它，直到礦泉水瓶的溫度和室溫相同時(shí)，沒有了溫度差，自然就不會(huì)有小水珠了。我問學(xué)生為什么會(huì)這樣想，學(xué)生說：“水蒸氣遇到冷的物體會(huì)在物體表面形成小水珠，如果沒有冷的物體，水蒸氣就無法形成小水珠了?！?/p>

本課教學(xué)，教師為學(xué)生的科學(xué)探究創(chuàng)設(shè)了寬松的探究環(huán)境，讓他們有自由思考的空間。在教學(xué)的不同環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用觀察法、實(shí)驗(yàn)法，探究和描述事物的主要特征。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生以客觀事實(shí)為依據(jù)，綜合運(yùn)用比較、求同法、求異法、類比推理、演繹推理、逆推等多種思維方法，建構(gòu)凝結(jié)概念。在整節(jié)課的教學(xué)中，科學(xué)思維訓(xùn)練貫穿教學(xué)的始終。這樣，不僅可以讓學(xué)生的科學(xué)探究更加深入，也發(fā)展了他們的科學(xué)思維能力。