在科學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化思想

李琎

[摘 要]轉(zhuǎn)化思想原本是數(shù)學(xué)中常見的基本思想，而小學(xué)科學(xué)中其實(shí)已有涉及但未得到重視?；诖?，以教科版小學(xué)科學(xué)教材為研究對(duì)象，對(duì)教材中隱含的轉(zhuǎn)化思想進(jìn)行挖掘和分析，闡述如何在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化思想的滲透，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和探究能力。

[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)化思想;數(shù)學(xué);小學(xué)科學(xué);科學(xué)探究實(shí)驗(yàn);思維能力

[中圖分類號(hào)] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1007-9068（2021）33-0084-02

轉(zhuǎn)化也稱化歸，是指將未知的、陌生的、復(fù)雜的問題通過演繹歸納轉(zhuǎn)化為已知的、熟悉的、簡(jiǎn)單的問題，從而使問題順利解決的數(shù)學(xué)思想，是數(shù)學(xué)中最常用的思想。而科學(xué)學(xué)科其實(shí)與數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)非常的密切，轉(zhuǎn)化思想的實(shí)質(zhì)是通過對(duì)問題的轉(zhuǎn)化來解決問題的一種方法，在科學(xué)課程中其實(shí)已經(jīng)在很多地方涉及了這一思想，但是往往沒有得到特別的重視。眾所周知，小學(xué)科學(xué)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，其中思維能力的培養(yǎng)尤為重要，而在科學(xué)教學(xué)中滲透轉(zhuǎn)化思想，讓學(xué)生在科學(xué)探究的過程中經(jīng)歷不一樣的思考，不僅增加探究實(shí)驗(yàn)的可操作性和成功性，更有助于學(xué)生的科學(xué)思維能力得到進(jìn)一步的發(fā)展和提高。

一、認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化思想，深化學(xué)習(xí)內(nèi)容認(rèn)知

在科學(xué)課程中，轉(zhuǎn)化思想方法是隱含在知識(shí)體系里的，不成體系地散見于教材各章節(jié)中，是無“形”的。為此，我們有必要在理清知識(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，同時(shí)發(fā)掘教材中蘊(yùn)含的轉(zhuǎn)化思想。仔細(xì)分析小學(xué)科學(xué)各年級(jí)的教材，不難發(fā)現(xiàn)低中高三個(gè)階段中均有涉及轉(zhuǎn)化思想的內(nèi)容，而科學(xué)課程中的轉(zhuǎn)化與數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化思想有一定不同，大致有以下三種類別?，F(xiàn)以教科版小學(xué)科學(xué)教材為例，梳理如下：

1.化“不便”為“方便”

一年級(jí)上冊(cè)第二單元第三課《用手來測(cè)量》，在測(cè)量桌子的高度有幾搾這一探究活動(dòng)中，為了測(cè)量更加方便，也為了在測(cè)量時(shí)可以做標(biāo)記，并不是直接測(cè)量桌子的高度，而是將桌子的高度轉(zhuǎn)化到相同長(zhǎng)度的紙帶上，然后對(duì)紙帶進(jìn)行測(cè)量，可以說是學(xué)生在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)中接觸到的最早的轉(zhuǎn)化思想。

2.化“無形”為“有形”

三年級(jí)上冊(cè)第二單元第七課《風(fēng)的成因》，用蠟燭、長(zhǎng)方形紙盒探究風(fēng)形成的原因。當(dāng)紙盒內(nèi)的蠟燭點(diǎn)燃時(shí)，風(fēng)就形成了，雖然風(fēng)這種物質(zhì)是我們的眼睛無法看見的，但此時(shí)在出風(fēng)口上方放上一束紙條，就可以將無形的風(fēng)轉(zhuǎn)化為眼睛可以看得見的紙條的飄動(dòng)，從而判斷出是否有產(chǎn)生風(fēng)。另外這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在通風(fēng)口處點(diǎn)燃一支蚊香，借助蚊香燃燒產(chǎn)生的煙霧，就可以將無形的不能觀察到的空氣流動(dòng)路線化為可以觀察的有形的蚊香煙霧流動(dòng)的路線。

五年級(jí)下冊(cè)第二單元第四課《空氣的熱脹冷縮》中，空氣是無色無味透明的，看不見也摸不著，怎樣才能觀察到它的體積變化呢？巧妙地在錐形瓶口上套上一個(gè)氣球，然后用水浴法對(duì)錐形瓶進(jìn)行加熱，當(dāng)空氣受熱膨脹后，可以看到氣球鼓起，遇冷后氣球又回縮，從而將無形的空氣的體積變化轉(zhuǎn)為可以見得到的氣球體積的變化。

同樣是五年級(jí)下冊(cè)第二單元，《熱是怎樣傳遞的》一課中要探究熱在金屬中的傳遞方向，熱是無形的，想觀察到它的傳遞方向，需要借助其他物體進(jìn)行轉(zhuǎn)化。教材中在鐵絲上每隔一定距離用蠟粘上一根火柴，用酒精燈對(duì)準(zhǔn)鐵絲加熱，然后觀察火柴掉落的順序，將無形的熱轉(zhuǎn)化為可見的火柴的掉落。

3.化“細(xì)微”為“明顯”

在五年級(jí)下冊(cè)第二單元第五課《金屬熱脹冷縮嗎》中，為了驗(yàn)證銅球是否具有熱脹冷縮的性質(zhì)，先是對(duì)銅球進(jìn)行加熱，然后需要觀察并判斷受熱后的銅球是否變大，遇冷后是否又變小。我們知道即便一個(gè)銅球確實(shí)有膨脹變大，但想靠肉眼去觀察到這一現(xiàn)象是很困難甚至幾乎無法實(shí)現(xiàn)的一件事情，所以教材中在這里就設(shè)計(jì)了一種絕妙的判斷方法，引入一個(gè)特定大小的銅環(huán)。當(dāng)銅球未被加熱時(shí)，銅球可以順利穿過銅環(huán)，而銅球被加熱后，會(huì)發(fā)現(xiàn)無法穿過銅環(huán)，由此得出銅球確實(shí)變大的結(jié)論，在這里將難以直接觀察到的銅球大小的變化，轉(zhuǎn)化為銅球能否通過銅環(huán)來進(jìn)行判斷，巧妙地運(yùn)用了轉(zhuǎn)化思想。

又如五年級(jí)下冊(cè)第二單元第三課《液體的熱脹冷縮》中，為了清楚地觀察到水在受冷和受熱時(shí)體積發(fā)生的變化，在圓底燒瓶的上方插入了一根細(xì)細(xì)的玻璃管。當(dāng)水受熱或遇冷時(shí)，它在圓底燒瓶中的變化非常細(xì)微，很難觀察到，但是卻可以看到細(xì)玻璃管中水柱的高度發(fā)生了明顯的變化，水位升高代表膨脹，水位降低代表收縮，借助一根細(xì)的玻璃管就將細(xì)微的水的體積的變化轉(zhuǎn)化為觀察水位高低的變化，更直觀更明顯。

二、利用轉(zhuǎn)化思想，優(yōu)化探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

科學(xué)課程倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，科學(xué)探究不僅僅是學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)的有效途徑，同時(shí)也是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的思維方法和創(chuàng)新精神的重要載體。以科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)組織課堂教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高昂，觀察能力、動(dòng)手操作能力、思維能力都能得到鍛煉和提升，而這些能力的形成與發(fā)展正好也是探究式學(xué)習(xí)必不可少的，也有助于學(xué)生更深刻更透徹地掌握所學(xué)的科學(xué)知識(shí)。

而在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)則是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，不僅關(guān)系到實(shí)驗(yàn)是否有較強(qiáng)的可操作性，還關(guān)系到是否能通過實(shí)驗(yàn)成功地得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在部分實(shí)驗(yàn)中利用轉(zhuǎn)化思想去進(jìn)行設(shè)計(jì)，將不容易觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為較為明顯的容易觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，化暗為明，使得實(shí)驗(yàn)方案更為優(yōu)化，大大增加了實(shí)驗(yàn)的成功性。

同樣是在教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第二單元的第五課《金屬熱脹冷縮嗎》中，另一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證鐵絲是否會(huì)熱脹冷縮，如果用直尺去測(cè)量加熱前和加熱后的鐵絲長(zhǎng)度，會(huì)很難觀察到明顯的現(xiàn)象，因此這也成了本節(jié)課教學(xué)中的難點(diǎn)。恰巧在一堂線上教育課中，觀看到張家港市云盤小學(xué)的惠花老師在這個(gè)部分進(jìn)行的巧妙轉(zhuǎn)化（如圖1），在鐵絲的一側(cè)固定一個(gè)指針，利用定位螺絲拉緊鐵絲，此時(shí)指針成水平狀態(tài)，針尖剛好指向左側(cè)刻度板上中間的0刻度線。在對(duì)鐵絲進(jìn)行加熱時(shí)，鐵絲受熱膨脹變長(zhǎng)，這時(shí)可以看到指針向下偏轉(zhuǎn)，停止加熱后，鐵絲受冷收縮，指針又向上轉(zhuǎn)動(dòng)，最后回到0刻度的位置，并且重復(fù)多次，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同。通過這樣的巧妙設(shè)計(jì)，利用轉(zhuǎn)化思想，將原本肉眼難以直接觀察到的鐵絲長(zhǎng)度的變化轉(zhuǎn)化為較為明顯的指針方向的變化，提高了實(shí)驗(yàn)的成功率，也使學(xué)生對(duì)鐵絲也具有熱脹冷縮這一性質(zhì)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)。

三、滲透轉(zhuǎn)化思想，培養(yǎng)科學(xué)思維能力

從對(duì)轉(zhuǎn)化思想的了解、到掌握、再到靈活運(yùn)用需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。因此，在科學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)把隱含在知識(shí)中的轉(zhuǎn)化思想加以揭示和滲透，讓學(xué)生明確轉(zhuǎn)化思想的作用，體會(huì)運(yùn)用轉(zhuǎn)化思想的樂趣。在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，盡可能多地為學(xué)生提供機(jī)會(huì)去應(yīng)用轉(zhuǎn)化思想，從而引導(dǎo)學(xué)生逐漸認(rèn)識(shí)并掌握這種學(xué)習(xí)方法，進(jìn)一步地提高分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)思維。在教學(xué)中，可以從如下幾個(gè)方面滲透和運(yùn)用轉(zhuǎn)化思想。

1.巧設(shè)提問

巴爾扎克曾經(jīng)說過：“打開一切科學(xué)的鑰匙，都毫無疑問的是問號(hào)?！笨梢娞釂柕闹匾?。在教育教學(xué)中，通過提問不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，更能促使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

在關(guān)鍵處提問。例如在一年級(jí)上冊(cè)第二單元《用手來測(cè)量》一課，測(cè)量桌子的高度有幾搾這一探究活動(dòng)中，用到了紙帶，但是此時(shí)教師最好不要拿出紙帶直接向?qū)W生介紹，而是提問：“同學(xué)們，你們有什么辦法可以讓測(cè)量變得更加方便嗎？”交給學(xué)生一定的思考空間和時(shí)間，可能學(xué)生此時(shí)不一定能思考出轉(zhuǎn)化的方法，但重要的是讓學(xué)生親歷這段思考的過程，多次強(qiáng)化后思維能力才會(huì)得到鍛煉，然后再去引入紙帶，學(xué)生對(duì)于此處的轉(zhuǎn)化應(yīng)用會(huì)有更深刻的感悟。

學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題。科學(xué)探究是以問題為中心，根據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行合理的方案設(shè)計(jì)，親歷探究過程，再對(duì)得到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在實(shí)際的探究活動(dòng)中，很多時(shí)候?qū)嶒?yàn)并不是一次就成功完成的，當(dāng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原有的認(rèn)知發(fā)生沖突的時(shí)候，學(xué)生就從中自主地發(fā)現(xiàn)問題了，此時(shí)教師要抓住時(shí)機(jī)，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考的欲望，學(xué)生也會(huì)更加積極主動(dòng)地去思考解決問題的辦法。

2.活用教材

“教材只能作為教課的依據(jù)，要教得好，使學(xué)生受益，還得靠老師的善于運(yùn)用?！边@是我國(guó)著名教育家葉圣陶先生說過的話。作為科學(xué)教師，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到教學(xué)中是在用教材，而不是教教材，并且要靈活地有創(chuàng)造性地去使用教材。尤其在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中，很多環(huán)節(jié)都需要根據(jù)實(shí)際情況去進(jìn)行重新的加工與設(shè)計(jì)。

再回到教科版五年級(jí)下冊(cè)第二單元《熱是怎樣傳遞的》這一課，探究熱在鐵絲中的傳遞方向是怎樣的。教材中是用蠟將火柴粘在鐵絲上，然后通過蠟燭掉落的順序判斷出熱傳遞的方向。當(dāng)每根火柴上粘的蠟量有所不同時(shí)，有可能因?yàn)橄灹康牟煌绊懙交鸩竦袈涞捻樞?，從而無法得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。來自蘇州市彩香實(shí)驗(yàn)小學(xué)的徐旦老師在這里做了更優(yōu)化的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)，不用蠟在鐵絲上粘火柴，而是直接在鐵絲上套上大小相同的蠟環(huán)，這時(shí)再通過蠟環(huán)掉落的順序去判斷熱傳遞的方向，這樣的轉(zhuǎn)化讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果變得更準(zhǔn)確更可靠。

因此，用心去發(fā)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)教材中隱含的轉(zhuǎn)化思想，在教學(xué)過程中注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行轉(zhuǎn)化思想的滲透，不僅可以深化學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的認(rèn)知，更有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的思考習(xí)慣，進(jìn)一步地提升科學(xué)思維能力以及探究能力，形成優(yōu)良的科學(xué)素養(yǎng)。

（責(zé)編 韋淑紅）