例談實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)思維的缺失與喚醒

費(fèi)志明

摘 ? ?要：學(xué)生科學(xué)思維的喚醒與培養(yǎng)，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可缺失的環(huán)節(jié)?？茖W(xué)教師應(yīng)努力學(xué)習(xí)科學(xué)課程理念，提升科學(xué)專業(yè)素養(yǎng)，努力提高課堂教學(xué)技能，使科學(xué)實(shí)驗(yàn)課既是學(xué)生尋找證據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的場(chǎng)所，又是培養(yǎng)學(xué)生“動(dòng)手動(dòng)腦”學(xué)科學(xué)的場(chǎng)所，更是促使學(xué)生思維發(fā)展的場(chǎng)所。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);科學(xué)思維;缺失;喚醒

初中科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率高低直接影響到學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得感性知識(shí)，進(jìn)行“科學(xué)的抽象”，使零碎的和片面的知識(shí)上升為各種科學(xué)概念和理論，從而認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)，掌握事物的發(fā)展規(guī)律[1]36。如何引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)，喚醒學(xué)生科學(xué)思維，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。下面筆者結(jié)合自身實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)例，就實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如何喚醒與培養(yǎng)學(xué)生的思維進(jìn)行了有益的探索。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中

（一）缺失：“設(shè)”而無(wú)“計(jì)”，無(wú)思維意識(shí)

初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求：“能針對(duì)探究目的和條件，設(shè)計(jì)探究的思路，選擇合適的方法（觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、訪問(wèn)、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(shí)驗(yàn)法。在實(shí)際教學(xué)中，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案這一環(huán)節(jié)，許多學(xué)生還存在缺乏基本思路與方法等問(wèn)題。

案例1 ? “比較水與食鹽水誰(shuí)更容易結(jié)冰” 拓展性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

生1：準(zhǔn)備兩個(gè)杯子，一個(gè)里面加水，一個(gè)里面加食鹽水，放進(jìn)冰箱的冷凍室，第二天早上看一看情況。

生2：準(zhǔn)備兩個(gè)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(jìn)冰箱的冷凍室，每隔一段時(shí)間進(jìn)行觀察。

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

顯然，生1的設(shè)計(jì)方案思維混亂，缺乏基本控制變量的思維，缺乏設(shè)計(jì)思路。生3的方案較合理。教師在此時(shí)若告知學(xué)生，生3的方案是正確的，你們就按這個(gè)方案做。這樣的結(jié)果，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)僅僅是獲得了一個(gè)比較合理的實(shí)驗(yàn)方案，至于此方案的優(yōu)點(diǎn)在哪里，如何設(shè)計(jì)，學(xué)生因缺乏深度思考，并不會(huì)因此而了解。

（二）喚醒：集思廣益、分析對(duì)比，喚醒思維

面對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案，教師不能急于告知正確的方案，而忽略了學(xué)生沉睡的思維。教師應(yīng)該適當(dāng)示弱，讓學(xué)生站出來(lái)充分表達(dá)。學(xué)生在自己的表達(dá)過(guò)程中或聽(tīng)取他人的表達(dá)過(guò)程中往往會(huì)有思考，沉睡的思維會(huì)被喚醒。教師再引導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，分析對(duì)比每個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，厘清實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路。案例1 中，通過(guò)學(xué)生各自的充分表達(dá)，馬上就意識(shí)到了控制變量的問(wèn)題，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)生3 的方案中，時(shí)間間隔30分鐘可能還是太長(zhǎng)，改為15分鐘或更短時(shí)間比較合理。這樣，在集思廣益、分析對(duì)比中，學(xué)生不僅找到了較合理的方案，同時(shí)還改進(jìn)了方案，設(shè)計(jì)出了自己的最佳方案，逐步形成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基本思路與方法。

二、實(shí)驗(yàn)觀察過(guò)程中

（一）缺失：“觀”而不“察”，無(wú)思維加工

伽利略曾說(shuō)過(guò)，“一切推理都是必須從觀察與實(shí)驗(yàn)得來(lái)” [3]，從中可知觀察對(duì)于實(shí)驗(yàn)是何等的重要。對(duì)實(shí)驗(yàn)各階段進(jìn)行觀察，就是學(xué)生“親自發(fā)現(xiàn)”的體驗(yàn)，是學(xué)生獲取知識(shí)的必然途徑?！坝^”是看的意思，“察”是想的意思。在實(shí)際教學(xué)中，許多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察過(guò)程中往往“觀”而不“察”，不經(jīng)過(guò)思維的加工，其觀察效果可想而知了。

案例2 ? “探究氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小”的實(shí)驗(yàn)（裝置如圖1）

師：用氣筒往瓶里打氣，當(dāng)氣壓達(dá)到0.2MPa左右時(shí)，記錄溫度計(jì)的讀數(shù)（如圖1a），同時(shí)拔掉鐵銷，觀察相關(guān)現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)。

（教師動(dòng)手操作，演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)提醒學(xué)生注意觀察。學(xué)生觀察教師的演示實(shí)驗(yàn)，做好記錄）

師：請(qǐng)各小組匯報(bào)觀察記錄。

生1（小組代表）：我們小組觀察到瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧。

師：還有其他現(xiàn)象嗎？

生1：沒(méi)了。

師：哪些小組的觀察結(jié)果與這個(gè)小組相同？

（有4個(gè)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?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧，電子溫度計(jì)由22.1℃變成了16.5℃，溫度下降了（如圖1b所示）。

……

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

（二）喚醒：適度點(diǎn)撥、問(wèn)題導(dǎo)引，引導(dǎo)思維

古代教育家孔子曾說(shuō)：“疑是思之始，學(xué)之端?！?[4]可見(jiàn)學(xué)生的思維是從碰到實(shí)際的問(wèn)題后才真正開(kāi)始。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察中，往往“觀”而不“察”，只知道實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而不知道每一個(gè)現(xiàn)象背后的科學(xué)本質(zhì)，最后就難以總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求教師善于創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，以問(wèn)題為導(dǎo)引，引導(dǎo)學(xué)生思維。

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

三、獲得結(jié)論過(guò)程中

（一）缺失：“結(jié)”而不“論”，無(wú)思維綻放

科學(xué)結(jié)論的得出是建立在對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸因分析、理性推理基礎(chǔ)之上的。學(xué)生分析數(shù)據(jù)的過(guò)程就是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程，能有效地促進(jìn)學(xué)生鞏固所學(xué)的科學(xué)知識(shí)，深化其思維。在實(shí)際教學(xué)中，當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)觀察后，往往能在最短的時(shí)間內(nèi)獲得統(tǒng)一的“結(jié)論”。究其原因，學(xué)生結(jié)論的來(lái)源往往不是剛剛做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，而是唯書唯師。這種結(jié)論的得出，缺乏基本的思考，不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

案例3 ? 探究光的反射定律的實(shí)驗(yàn)

【教學(xué)片段1】

師：現(xiàn)在按要求分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（裝置如圖2）。

（學(xué)生按要求分小組做實(shí)驗(yàn)）

師：實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成，請(qǐng)各小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)情況。

生：我們小組實(shí)驗(yàn)順利，可以得出：當(dāng)發(fā)生光的反射時(shí)，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(jiàn)嗎？

生（齊聲）：沒(méi)有。

【教學(xué)片段2】

師：現(xiàn)在讓我們?cè)賮?lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(shí)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(xué)生的手從少到多，馬上全部舉起來(lái)）

師：能說(shuō)一說(shuō)理由的請(qǐng)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(xué)生都保持了沉默）

教學(xué)片段2中，教師的鞏固練習(xí)雖然較難，但通過(guò)學(xué)生的表現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在明顯的從眾心理，自己缺乏思考;其次是對(duì)光的反射定律中“三線共面”的知識(shí)沒(méi)有完全理解。究其原因，就是教學(xué)片段1中，學(xué)生得出的結(jié)論太完美，全班意見(jiàn)統(tǒng)一也太完美，很難說(shuō)是依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、深入分析對(duì)比獲得的。缺失了收集證據(jù)以及對(duì)證據(jù)進(jìn)行分析的思維過(guò)程。

（二）喚醒：延遲判斷、借助追問(wèn)，啟迪思維

科學(xué)活動(dòng)中的思維，是學(xué)生通過(guò)頭腦的活動(dòng)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，由已知信息獲得新信息的過(guò)程[2]37。因此教師在獲得結(jié)論這一環(huán)節(jié)，既要避免學(xué)生直接參考書本或依賴好學(xué)生得出結(jié)論，又要避免直接將結(jié)論灌輸給學(xué)生，而忽視了學(xué)生思維能力的訓(xùn)練，養(yǎng)成用知識(shí)的傳授代替思維培養(yǎng)的誤區(qū)。采用延遲判斷、借助追問(wèn)等手段，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)他們自主對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探究歸納實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，從而真正地啟迪學(xué)生思維，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。在上面的教學(xué)片段中，教師可以通過(guò)追問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考，促進(jìn)思維深入。如：（1）法線與鏡面是什么關(guān)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(dǎo)學(xué)生思考，將現(xiàn)象與本質(zhì)聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)建更加清晰的光學(xué)知識(shí)體系。

四、交流和討論中

（一）缺失：“討”而不“論”，無(wú)思維碰撞

課堂交流和討論可以增加學(xué)生感情投入，活躍課堂氣氛，更能使學(xué)生的個(gè)人價(jià)值得到體現(xiàn)。學(xué)生在討論中，可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，同時(shí)還可以進(jìn)行思維碰撞，迸發(fā)思維的火花。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，在交流和討論過(guò)程中往往是“討”而不“論”，出現(xiàn)“只開(kāi)花不結(jié)果”的現(xiàn)象。

案例4 ? 氧氣的制取和性質(zhì)研究的實(shí)驗(yàn)（制備氧氣的裝置如圖4）