指向培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的社會(huì)實(shí)踐案例分析

李軍 王建新

新課標(biāo)中明確指出：全面提高每一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)課程的核心理念。人教社課程教材研究所物理室主任、編審彭前程認(rèn)為，教育的一個(gè)重要目的是教會(huì)學(xué)生如何正確地思考問(wèn)題，在科學(xué)領(lǐng)域就是如何進(jìn)行科學(xué)思維。在學(xué)生的日常生活中，物理現(xiàn)象是時(shí)時(shí)處處存在的，很多方面都體現(xiàn)著物理學(xué)的規(guī)律，學(xué)生在教師指導(dǎo)下實(shí)地考察探究，學(xué)習(xí)應(yīng)用科學(xué)方法分析和解決具體問(wèn)題，探尋自然界事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律，從而培養(yǎng)其推理、論證、整合和判斷等科學(xué)思維能力。下面以組織初中學(xué)生考察探究“西華門(mén)十字交通信號(hào)燈的設(shè)置及其對(duì)交通的影響調(diào)查”活動(dòng)為例，介紹圍繞培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)開(kāi)展社會(huì)實(shí)踐的研究、探索和實(shí)踐的過(guò)程。

一、從學(xué)生熟知的生活中選擇考察探究?jī)?nèi)容，設(shè)置符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的問(wèn)題情境

西華門(mén)—北大街十字（以下簡(jiǎn)稱(chēng)十字）是西安市城區(qū)中軸線(xiàn)的主要樞紐，也是交通文明的重要窗口，西安市第三十中學(xué)緊鄰十字路口，交通情況與師生的出行安全緊密相關(guān)，是大家十分關(guān)注的話(huà)題，但是，同學(xué)們卻很少認(rèn)識(shí)到十字路口紅綠燈的設(shè)置對(duì)交通的影響與物理知識(shí)有緊密的聯(lián)系。

如何應(yīng)用物理知識(shí)調(diào)查研究十字路口紅綠燈的設(shè)置特點(diǎn)對(duì)交通的影響呢？筆者結(jié)合學(xué)生的能力水平、認(rèn)知水平和興趣愛(ài)好，精心設(shè)置符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的問(wèn)題，讓學(xué)生以問(wèn)題為導(dǎo)向動(dòng)手搜集相關(guān)材料和信息，設(shè)計(jì)調(diào)查活動(dòng)或?qū)嶒?yàn)方案，尋求與物理現(xiàn)象有關(guān)的證據(jù)，形成自己的觀點(diǎn)，帶著問(wèn)題開(kāi)展實(shí)踐研究，培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)事實(shí)、提煉觀點(diǎn)的基本素養(yǎng)。為此，筆者設(shè)計(jì)了關(guān)于交通信號(hào)燈的設(shè)置對(duì)交通影響的四個(gè)主要問(wèn)題，陳述如下：

（1）十字路口的紅綠燈都有哪些類(lèi)型？它們是同時(shí)工作的嗎？

（2）紅綠燈的放置順序有什么特點(diǎn)？為什么這樣設(shè)置？

（3）非機(jī)動(dòng)車(chē)（包括行人）對(duì)紅綠燈的指示執(zhí)行情況如何？

（4）機(jī)動(dòng)車(chē)或行人正常通過(guò)十字東西方向與南北方向的時(shí)間相同嗎？你還關(guān)注哪些議題？

對(duì)問(wèn)題的討論有利于學(xué)生明確要應(yīng)用到的物理知識(shí)，了解在活動(dòng)中需要經(jīng)歷哪些觀察過(guò)程，從而預(yù)設(shè)可能存在的情況并初步提出解決問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備必要的實(shí)驗(yàn)器材。同時(shí)，通過(guò)相互間的探討也有助于訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用物理語(yǔ)言描述物理現(xiàn)象的能力，起到提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果的作用。

二、設(shè)計(jì)“思維型”的實(shí)踐活動(dòng)環(huán)節(jié)，開(kāi)展考察探究活動(dòng)

科學(xué)思維中常用的思維方法有分析、綜合、抽象、概括、推理（演繹、歸納、類(lèi)比）、論證等，這些思維方法要在實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中不斷讓學(xué)生體會(huì)、學(xué)習(xí)。筆者精心設(shè)計(jì)了兩個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)，以指導(dǎo)學(xué)生具體運(yùn)用分析、綜合、推理、論證等方法解決實(shí)際問(wèn)題。

環(huán)節(jié)一：學(xué)生代表采訪(fǎng)交通協(xié)警，了解影響十字路口交通秩序的主要原因有哪些？培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)視角分析實(shí)際問(wèn)題的能力。采訪(fǎng)問(wèn)卷和內(nèi)容如表1所示：

從問(wèn)題陳述可看到，學(xué)生更多的是從社會(huì)責(zé)任的角度認(rèn)識(shí)問(wèn)題，因而不會(huì)產(chǎn)生對(duì)影響交通秩序的原因進(jìn)行論證的要求，這就需要教師引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用物理概念、規(guī)律分析解決實(shí)際問(wèn)題，促成學(xué)生對(duì)相關(guān)物理概念和規(guī)律的深度理解，從而形成正確的物理觀念。

基于學(xué)生的采訪(fǎng)調(diào)查情況，為了引導(dǎo)學(xué)生深入分析“闖紅燈人數(shù)多”現(xiàn)象中的物理因素，提出下列問(wèn)題進(jìn)行討論：影響行人通過(guò)十字路口的因素有哪些？需要收集哪些材料支持我們做出正確的判斷？需要定量測(cè)量的有哪些物理量？學(xué)生的觀點(diǎn)是：東西和南北方向的路寬不同，兩個(gè)方向的綠燈設(shè)計(jì)時(shí)間不同，兩個(gè)方向人群通過(guò)的速度不同，這些因素都會(huì)對(duì)不同方向的人群通過(guò)路口造成影響，因而提出測(cè)量的物理量有時(shí)間、路程和速度，需要準(zhǔn)備的器材有刻度尺、秒表。

環(huán)節(jié)二：組織學(xué)生到十字路口實(shí)地觀察和測(cè)量，開(kāi)展科學(xué)思維教育。

初中學(xué)生到實(shí)地考察和測(cè)量，往往不知從何處入手，需要在教師的指導(dǎo)下，討論確定具體的觀察和測(cè)量步驟，制定合理的方案，對(duì)物理現(xiàn)象的觀察從定性的分析逐步深入到定量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，展開(kāi)科學(xué)推理和論證。學(xué)生實(shí)地觀察和測(cè)量的結(jié)果如表2所示：

對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)，學(xué)生們驚奇地發(fā)現(xiàn)東西方向行人通過(guò)的時(shí)間與人行橫道紅綠燈時(shí)間設(shè)置非常接近，并經(jīng)過(guò)不同學(xué)生的驗(yàn)證也是如此，那么，東西向闖紅燈的行人數(shù)比較多會(huì)不會(huì)與通行時(shí)間較短有關(guān)呢？有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)在西南角有中醫(yī)研究所，提出猜測(cè)：可能東西方向的人群老人和病人比較多，人群通過(guò)的速度比南北方向慢？那么到底哪種猜測(cè)對(duì)呢？一些同學(xué)就提出建議：可以測(cè)量通過(guò)東西方向和南北方向街道的人群速度，以確定原因。于是同學(xué)們?cè)诶蠋煹膮f(xié)助下迅速拿出了測(cè)量方案：選派一名實(shí)驗(yàn)同學(xué)作為研究對(duì)象，測(cè)出步幅，然后讓另一名同學(xué)攜帶秒表和他一起分別跟隨兩個(gè)方向的行人過(guò)馬路，在兩次測(cè)量中注意保持步幅大小不變，測(cè)量結(jié)果如表3所示：

測(cè)量結(jié)果顯示，東西方向和南北方向的街道寬度相差不大，兩個(gè)方向的人群過(guò)馬路的速度幾乎相等，可以確定東西方向行人闖紅燈的原因與綠燈設(shè)置時(shí)間有關(guān)。雖然學(xué)生采用的實(shí)驗(yàn)方法比較簡(jiǎn)單，研究成果難以解決實(shí)際問(wèn)題，但重要的是學(xué)生在親歷推理、論證的過(guò)程中形成了科學(xué)的思維能力，促進(jìn)了學(xué)生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

三、重視實(shí)踐反思，提升質(zhì)疑創(chuàng)新能力

通過(guò)總結(jié)和反思，科學(xué)方法在學(xué)生的頭腦中會(huì)得到提煉和升華，學(xué)生學(xué)會(huì)如何科學(xué)合理地思考問(wèn)題，形成自己解決問(wèn)題的有效機(jī)制。實(shí)踐中，學(xué)生在老師的建議下，學(xué)習(xí)用圖像來(lái)描述交通指揮燈的工作規(guī)律，總結(jié)信號(hào)燈的工作特點(diǎn)。以一名學(xué)生設(shè)計(jì)的圖像為例，如圖：

學(xué)生在學(xué)習(xí)根據(jù)數(shù)據(jù)描繪圖像，分析并得出結(jié)論，認(rèn)識(shí)到信號(hào)燈周期性的工作特點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生接受了將原始問(wèn)題轉(zhuǎn)化為物理模型的訓(xùn)練，培養(yǎng)了抽象邏輯思維能力，以及應(yīng)用科學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，開(kāi)展以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力為目的的考察探究活動(dòng)，其大致流程是：選擇內(nèi)容—?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境—提出問(wèn)題—制定方案—考察探究—反思質(zhì)疑。由于是在開(kāi)放的環(huán)境中解決真實(shí)的任務(wù)，需要教師給學(xué)生提供利用生活資源開(kāi)展考察探究的方案;教師應(yīng)重視對(duì)科學(xué)思維各要素的理解，以便于在具體的實(shí)踐環(huán)節(jié)中及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生體會(huì)、學(xué)習(xí)和應(yīng)用科學(xué)思維中常用的方法，使實(shí)踐活動(dòng)始終圍繞訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維能力的核心展開(kāi)。

作者單位 ?陜西省西安市第三十中學(xué)