例談實驗教學中科學思維的缺失與喚醒

費志明

（海寧市鹽官鎮(zhèn)初級中學，浙江海寧 314411）

初中科學是一門以實驗為基礎的學科，因此，實驗教學的效率高低直接影響到學生科學思維和科學素養(yǎng)的發(fā)展。學生通過實驗獲得感性知識，進行“科學的抽象”，使零碎的和片面的知識上升為各種科學概念和理論，從而認識事物的本質(zhì)，掌握事物的發(fā)展規(guī)律[1]36。如何引導學生科學實驗，喚醒學生科學思維，是提高實驗教學的關鍵。下面筆者結合自身實驗教學實例，就實驗過程中如何喚醒與培養(yǎng)學生的思維進行了有益的探索。

一、實驗設計過程中

（一）缺失：“設”而無“計”，無思維意識

初中科學課程標準要求：“能針對探究目的和條件，設計探究的思路，選擇合適的方法（觀察、實驗、調(diào)查、訪問、資料查詢等），制定探究方案?！盵2]10現(xiàn)階段，初中最重要的探究方法就是實驗法。在實際教學中，在設計實驗方案這一環(huán)節(jié)，許多學生還存在缺乏基本思路與方法等問題。

案例1“比較水與食鹽水誰更容易結冰”拓展性實驗方案的設計

生1：準備兩個杯子，一個里面加水，一個里面加食鹽水，放進冰箱的冷凍室，第二天早上看一看情況。

生2：準備兩個一樣大小的杯子，里面分別加相同質(zhì)量的水和食鹽水，放進冰箱的冷凍室，每隔一段時間進行觀察。

生3：準備兩個一樣的杯子，分別加入相同質(zhì)量的純凈水和食鹽水，放進冰箱的冷凍室，每30分鐘觀察一次，將現(xiàn)象記錄在設計好的表格中。

顯然，生1 的設計方案思維混亂，缺乏基本控制變量的思維，缺乏設計思路。生3的方案較合理。教師在此時若告知學生，生3的方案是正確的，你們就按這個方案做。這樣的結果，對于學生來說僅僅是獲得了一個比較合理的實驗方案，至于此方案的優(yōu)點在哪里，如何設計，學生因缺乏深度思考，并不會因此而了解。

（二）喚醒：集思廣益、分析對比，喚醒思維

面對不同的設計方案，教師不能急于告知正確的方案，而忽略了學生沉睡的思維。教師應該適當示弱，讓學生站出來充分表達。學生在自己的表達過程中或聽取他人的表達過程中往往會有思考，沉睡的思維會被喚醒。教師再引導學生圍繞實驗目標，分析對比每個方案的優(yōu)缺點，厘清實驗設計的思路。案例1 中，通過學生各自的充分表達，馬上就意識到了控制變量的問題，同時還發(fā)現(xiàn)生3 的方案中，時間間隔30分鐘可能還是太長，改為15分鐘或更短時間比較合理。這樣，在集思廣益、分析對比中，學生不僅找到了較合理的方案，同時還改進了方案，設計出了自己的最佳方案，逐步形成設計實驗方案的基本思路與方法。

二、實驗觀察過程中

（一）缺失：“觀”而不“察”，無思維加工

伽利略曾說過，“一切推理都是必須從觀察與實驗得來”[3]，從中可知觀察對于實驗是何等的重要。對實驗各階段進行觀察，就是學生“親自發(fā)現(xiàn)”的體驗，是學生獲取知識的必然途徑?！坝^”是看的意思，“察”是想的意思。在實際教學中，許多學生在實驗觀察過程中往往“觀”而不“察”，不經(jīng)過思維的加工，其觀察效果可想而知了。

案例2“探究氣體對外做功，內(nèi)能減小”的實驗（裝置如圖1）

圖1 氣體對外做功實驗

師：用氣筒往瓶里打氣，當氣壓達到0.2MPa左右時，記錄溫度計的讀數(shù)（如圖1a），同時拔掉鐵銷，觀察相關現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)。

（教師動手操作，演示實驗，同時提醒學生注意觀察。學生觀察教師的演示實驗，做好記錄）

師：請各小組匯報觀察記錄。

生1（小組代表）：我們小組觀察到瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧。

師：還有其他現(xiàn)象嗎？

生1：沒了。

師：哪些小組的觀察結果與這個小組相同？

（有4個小組舉手）

師：有觀察到不同現(xiàn)象的小組嗎？

生2（小組代表）：我們小組觀察到，除了瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧，電子溫度計由22.1℃變成了16.5℃，溫度下降了（如圖1b所示）。

……

教學片段中，有5個小組觀察到的現(xiàn)象只有白霧，有1個小組觀察到了白霧和溫度計的示數(shù)，竟然沒有一個小組能答全三方面的現(xiàn)象。

（二）喚醒：適度點撥、問題導引，引導思維

古代教育家孔子曾說：“疑是思之始，學之端?！盵4]可見學生的思維是從碰到實際的問題后才真正開始。學生在實驗觀察中，往往“觀”而不“察”，只知道實驗現(xiàn)象，而不知道每一個現(xiàn)象背后的科學本質(zhì)，最后就難以總結出實驗結論。因此，實驗教學要求教師善于創(chuàng)設問題，以問題為導引，引導學生思維。

思維引導：①瓶內(nèi)的白霧是水蒸氣液化而成，白霧的出現(xiàn)說明了什么？（生：水蒸氣遇冷液化，有白霧說明瓶內(nèi)溫度下降了）②瓶內(nèi)溫度下降說明內(nèi)能有什么變化？（生：溫度下降說明內(nèi)能減小了）③塞子由靜止到飛出，機械能有什么變化？（生：塞子運動了，說明機械能增加了）④減小的內(nèi)能哪里去了？增加的機械能哪里來的？（生：瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子運動的機械能）

三、獲得結論過程中

（一）缺失：“結”而不“論”，無思維綻放

科學結論的得出是建立在對大量的實驗數(shù)據(jù)進行歸因分析、理性推理基礎之上的。學生分析數(shù)據(jù)的過程就是對所學知識進行應用的過程，能有效地促進學生鞏固所學的科學知識，深化其思維。在實際教學中，當學生完成實驗觀察后，往往能在最短的時間內(nèi)獲得統(tǒng)一的“結論”。究其原因，學生結論的來源往往不是剛剛做過的實驗，而是唯書唯師。這種結論的得出，缺乏基本的思考，不利于學生科學思維的培養(yǎng)。

案例3探究光的反射定律的實驗

【教學片段1】

師：現(xiàn)在按要求分小組進行實驗（裝置如圖2）。

（學生按要求分小組做實驗）

師：實驗已經(jīng)完成，請各小組匯報實驗情況。

圖2 光的反射實驗一

生：我們小組實驗順利，可以得出：當發(fā)生光的反射時，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)；反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)。反射角等于入射角。

師：其他小組有不同意見嗎？

生（齊聲）：沒有。

【教學片段2】

圖3 光的反射實驗二

師：現(xiàn)在讓我們再來做一個實驗，若將紙板F傾斜，讓光仍貼著紙板F沿AO方向射向鏡面，如圖3 所示。此時反射光還在紙板F這一平面內(nèi)嗎？

生1（馬上舉手）：在的。

師：有贊同的嗎？

（學生的手從少到多，馬上全部舉起來）

師：能說一說理由的請舉手。

生2：反射光線和入射光線在同一平面內(nèi)啊。（只有生2舉手，其他學生都保持了沉默）

教學片段2 中，教師的鞏固練習雖然較難，但通過學生的表現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)學生存在明顯的從眾心理，自己缺乏思考；其次是對光的反射定律中“三線共面”的知識沒有完全理解。究其原因，就是教學片段1 中，學生得出的結論太完美，全班意見統(tǒng)一也太完美，很難說是依據(jù)實驗現(xiàn)象、深入分析對比獲得的。缺失了收集證據(jù)以及對證據(jù)進行分析的思維過程。

（二）喚醒：延遲判斷、借助追問，啟迪思維

科學活動中的思維，是學生通過頭腦的活動對實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)進行加工，由已知信息獲得新信息的過程[2]37。因此教師在獲得結論這一環(huán)節(jié)，既要避免學生直接參考書本或依賴好學生得出結論，又要避免直接將結論灌輸給學生，而忽視了學生思維能力的訓練，養(yǎng)成用知識的傳授代替思維培養(yǎng)的誤區(qū)。采用延遲判斷、借助追問等手段，充分發(fā)揮學生的主體作用，引導他們自主對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行分析，探究歸納實驗的結論，從而真正地啟迪學生思維，促進學生深度學習。在上面的教學片段中，教師可以通過追問，引導學生思考，促進思維深入。如：（1）法線與鏡面是什么關系？（2）F板的作用是什么？（3）三線共面的依據(jù)是什么？（4）你是怎么理解三線共面的？等等。依次引導學生思考，將現(xiàn)象與本質(zhì)聯(lián)系起來，構建更加清晰的光學知識體系。

四、交流和討論中

（一）缺失：“討”而不“論”，無思維碰撞

課堂交流和討論可以增加學生感情投入，活躍課堂氣氛，更能使學生的個人價值得到體現(xiàn)。學生在討論中，可以發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，同時還可以進行思維碰撞，迸發(fā)思維的火花。但在實際實驗教學當中，在交流和討論過程中往往是“討”而不“論”，出現(xiàn)“只開花不結果”的現(xiàn)象。

案例4氧氣的制取和性質(zhì)研究的實驗（制備氧氣的裝置如圖4）

圖4 加熱高錳酸鉀制氧氣

【課堂實錄】（記錄一些小組實驗過程中暴露的問題）

小組A：實驗過程中，由于一開始沒有檢查裝置的氣密性，最終只收集到半瓶氧氣。后來在教師的指導下，發(fā)現(xiàn)導管破損，改換器材，重做實驗，順利完成后面的實驗。

小組B：實驗過程中，忘記在試管口填放棉花。在教師的提醒下，改進操作，順利完成實驗。

小組C、D：收集滿三瓶氧氣后，馬上熄滅酒精燈，沒有將導管從水槽中移出，導致水倒流進試管。D組由于發(fā)現(xiàn)較晚，試管破裂。

……

師：現(xiàn)在，所有小組都已經(jīng)完成實驗了，哪個小組來交流、分享一下你們在實驗中的收獲??？

生1（小組A代表）：我們知道了木炭、鐵絲能在氧氣中燃燒。（沒有提到實驗中的“意外”）

生2（小組B 代表）：氧氣具有助燃性……（也沒有提到實驗中的“意外”）

生3（小組C代表）：……（也沒有提到實驗中的“意外”）

……

課堂的交流、分享階段，學生都只是圍繞氧氣的知識點進行了交流，都回避了實驗中的“意外”。究其原因主要是，學生在交流和討論時，怕說出不常見的想法和見解，會引起同伴的“恥笑”。漸漸地，學生迫于強大的輿論壓力，越來越不想說出自己的見解，為了自己的“面子”，越來越不想說出“不成熟”的想法，也不想去評價他人的觀點。

（二）喚醒：營造良好環(huán)境，促進思維

在實驗教學中，教師要營造輕松、自由的課堂氛圍，引導學生對實驗過程進行充分的表達。如在上例中，進行實驗后的反思與總結，可以說一說“為什么會忘了檢查氣密性？”“為什么會忘記將導管從水槽中移走？”論一論“實驗操作中要注意哪些關鍵問題？”在表達中暴露問題、分析問題、解決問題。在交流表達中，首先要讓“后進學生”先說，“中等學生”補充，“好生”當教師，這樣可以形成“三人行必有我?guī)煛钡牧己梅諊?。同時，引導學生學會傾聽，不要做簡單的接受者，而要做參與者、梳理者和評價者，使學生通過交流、討論，去蕪存菁，凸顯核心問題，促進思維的進一步發(fā)展。

總之，科學是一門以實驗為基礎的學科；實驗是科學的靈魂，思維是實驗的核心[1]38。學生科學思維的喚醒與培養(yǎng)，是科學實驗教學不可缺失的環(huán)節(jié)?？茖W教師應努力學習科學課程理念，提升科學專業(yè)素養(yǎng)，努力提高課堂教學技能，使科學實驗課既是學生尋找證據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的場所，又是培養(yǎng)學生“動手動腦”學科學的場所，更是促進學生思維發(fā)展的場所。