用對比實驗提高學生科學思維能力

金玉燕

在小學科學中，實驗探究活動占了整個課程的大部分，很多實驗探究活動都需要學生動手參與，引導學生親歷體驗探究的過程。在日常教學活動中，需要關注學生科學思維的形成，讓學生學會用科學的思維方式去思考問題，用假設、預測、推理、解釋、交流、質(zhì)疑等思維性活動去解決自身學習、日常生活中遇到的問題。讓學生體驗探究活動的過程，不僅是讓學生運用探究活動對科學知識進行探究，而且是讓學生在探究活動中，學會自己去設計實驗，開展有效的實驗探究活動，從而真正形成科學思維的能力，用科學的眼光看待世界。

一直在思考科學課上究竟要教給學生什么？是科學知識、科學精神、科學態(tài)度還是科學方法？小學生接受科學知識的能力是有限的，試想如果今天我們教給學生的是科學知識，到了若干年后有多少學生能對當初老師所教的知識留下深刻印象？所以，授人以魚不如授人以漁。在小學科學日常教學活動中關注學生科學思維的形成，嘗試讓學生學會用科學的思維方式，用假設、預測、推理、解釋、交流、質(zhì)疑等思維性活動解決自身學習、日常生活中遇到的問題。

《義務教育科學課程標準》指出：“科學學習要以探究為核心。探究既是科學學習的目標，又是科學學習的方式。親身經(jīng)歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑?？茖W課程應向?qū)W生提供充分的科學探究機會，使他們在像科學家那樣進行科學探究的過程中，體驗學習科學的樂趣，增長科學探究能力，獲取科學知識，形成尊重事實、善于質(zhì)疑的科學態(tài)度，了解科學發(fā)展的歷史?！蓖瑫r《義務教育科學課程標準》還指出，學生要“能運用已有知識做出自己對問題的假想答案;能根據(jù)假想答案，制定簡單的科學探究活動計劃;能通過觀察、研究、制作等活動進行探究?！痹凇墩l流得更快一些》這一課中，我充分激發(fā)學生的思維，鼓勵學生積極獨立思考，善于提問和質(zhì)疑，保護學生的好奇心和探究欲。通過設計對比實驗，開展小組合作探究，引導學生真正動手參與到實驗中去，在實驗中發(fā)現(xiàn)真理，讓對比實驗探究更有效。

一、鼓勵學生大膽猜想

在教學中，緊密結合學情的變化。在課堂上，學生的思維狀態(tài)是多變的、發(fā)散的，甚至會偏離主題。這就要求老師及時捕捉學生那些靈動的思維，不斷追尋思維的根源，引領學生主動地參與探究活動中去，不斷提升學生的探究能力，發(fā)展和完善學生的思維，注意引導學生合理假設。思維活動中，假設是一項完整科學研究的起始步驟，是一個具有推測性的有待證明的答案。學生的假設應有一定的觀察依據(jù)，假設之后必須有驗證的活動。假設還要符合邏輯，不能隨意猜測。在教學中，鼓勵學生大膽地進行合理猜測，因為我們很多偉大的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)都源于猜測?！墩l流得更快一些》這一課，我通過對比實驗，讓學生猜測三種液體流動的快慢，并說明理由。順勢進行追問，能初步了解學生的前概念。

我們發(fā)現(xiàn)，每個學生提出的自我猜測后面都有自己真實的想法。當我讓學生來猜猜看，為什么你覺得油（或水）流得快時，絕大多數(shù)學生都有自己的生活經(jīng)驗，他們覺得水要比油流得快。比如，在課堂上就有學生提出來，水流得更快一些，是因為生活中把瓶子倒過來，里面的水會很快流出來，而油卻要等待較長時間才能流出來。這樣的猜測讓我們知道了學生已有的經(jīng)驗和對水和食用油的前概念。但是也有個別學生會認為油會比水流得快。教學中，我們不能因為老師知道這個答案是錯誤或正確的，就直接否定學生的回答，而是應該給予學生鼓勵和肯定，然后再進一步追問：那為什么你覺得油流得更快呢？例如，在我的課堂上就有學生說：“因為油滑滑的，所以它流得快?！逼鋵崒W生對于任何現(xiàn)象都是有自己解釋和觀點的，我們應該充分發(fā)散學生的思維，做到“從學生前概念入手，往正確探索路引導，到學生新知識建構”。鼓勵學生對于未知的事物大膽猜想，有自己獨立的觀點，能夠批判辯證地看待問題，保護好每個學生的好奇心和探究欲。

二、掌握對比實驗方法

英國科學家賈德研究發(fā)現(xiàn)，9～11歲學生在科學課上的思維發(fā)展，大多處于淺層次，他們只是想著如何完成實際任務，而沒有就這個任務進行實質(zhì)性思考。三年級的學生讓他們?nèi)タ纯创髽?、觀察小動物，還是很起勁的，但要讓他們自己去動手設計實驗計劃則很難，更不要說設計完整的對比實驗了。所以，如果讓他們直接設計實驗，他們一時無法下手，那么怎樣引導學生設計簡單的實驗研究計劃來促進有效的思考呢？在學?？萍脊?jié)活動的創(chuàng)意大賽中，我看到三年級學生畫的一張創(chuàng)意金點子設計圖，創(chuàng)意雖然用的是簡單的圖畫和簡短的文字，但很直觀，我一下子就明白了他的想法。這讓我意識到學生在畫圖和寫字的過程中能思考得更加透徹，所以我想到科學課堂上的實驗設計方案要放手讓學生去大膽設計。在實驗方案的設計及小組實驗中，采用小組合作的形式。這種形式有利于學生之間彼此了解，互幫互助，在表達自己看法的同時，也能吸取別人的不同看法，在交流中建構新的知識，并將這種新的認知表達出來。在《誰流得更快一些》這一課中，我設計了這樣的實驗方案。

在試上課的過程中，4個班48個小組的學生都能在規(guī)定的時間內(nèi)設計出自己小組的方案，并用簡單的圖和文字來表示。我發(fā)現(xiàn)，讓學生學會在動手前動腦，規(guī)劃設計好實驗方案，在寫畫的過程中，學生設計實驗的興趣會更大，使學生科學思維能力得到提升。當然，課堂活動的設計一定要有針對性，要讓學生清楚地了解活動的目的和要求。比如《誰流得更快一些》一課，以比賽的情境把學生引入課堂，讓他們意識到這是個比賽。要注意實驗的公平性，把研究的問題轉化成學生感興趣、想探究的問題，這樣能更好地促使學生自覺主動地參與到活動中來，給予學生學習的內(nèi)在需要——學習的動機與動力?！氨容^三種液體誰流得更快一些的實驗”，我沒有讓學生直接設計實驗，而是引導他們投入一次比賽。當學生聽到比賽自然會聯(lián)想到運動會上的跑步比賽，比如，跑步的跑道、起點線、運動員、終點線等條件因素，學生自然而然地會想到我們的實驗設計要注意些什么。比如，實驗的公平性，會有學生提出相同多的量、相同高度等。這實際上就是一個對比實驗，要引導學生在設計實驗時，考慮到比賽的公平性。材料不同，保持測試的液體量要一樣多、一樣的高度，同時讓它們流下去等條件要保持相同，用秒表來觀察記錄三種液體流下的不同時間。

鼓勵學生通過充分的小組討論來設計這個實驗方案，讓三年級的學生設計一個對比實驗還是有一定難度的，因此要營造輕松愉快的課堂氣氛，順著學生的思維，鼓勵他們提出多種比賽方案和比賽規(guī)則，保證實驗的公平性。與學生充分討論，確定在實驗中要滿足相同量、相同高、同時流等要素。比如，一樣多，可以用同樣的力度擠壓瓶子，可以在板上滴的位置畫三個大小一樣的圈;一樣高，每次實驗我們都要保證從同一個角度往下滴，不能一會兒高一會兒低;同時流，可以用記號筆做記號，標出起跑線和終點線，讓液體從起跑線開始流，流到終點線結束。學生一開始不能確定跑道的長短，那么就放手讓學生實驗，在實驗中不斷完善實驗：縮短跑道、用秒表計時記錄液體流動的速度。讓學生主動探索，培養(yǎng)其實驗能力，為后面學習科學實驗中的對比實驗打下基礎。教學中，老師要隨時捕捉學生隨機生成的思維火花，順著學生的思維，沿著學生的思路，不斷地進行追問，完善實驗規(guī)則，提出實驗的注意事項，使學生的思維更加完善，學習能力不斷提升。

三、提供有結構的材料

精心準備實驗材料是做好對比實驗的重要因素。所謂有結構的材料，是指經(jīng)過精心設計的各種有代表性的材料組合。它既要揭示與教學內(nèi)容有關的一系列現(xiàn)象，體現(xiàn)科學性，同時還應具有趣味性，符合學生年齡特征和認知規(guī)律，貼近學生學習生活，使學生通過對材料的探索發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，獲取新知。它關系學生的實驗操作和實驗現(xiàn)象，影響數(shù)據(jù)收集及整理，更會影響學生對實驗結論的分析。《誰流得更快一些》一課，材料箱內(nèi)有現(xiàn)成的流動板，可以讓學生在刻好6條固定長度的凹槽塑料板上進行實驗，學生無須動太多的腦筋，直接就能開展對比實驗，而且實驗結果也不會有很大的誤差。但我覺得這樣的實驗材料會讓學生錯失在研究實驗方案過程中產(chǎn)生思維火花的機會。為保證對比實驗的公平性，通過小組合作設計簡單的公平實驗，理解公平對實驗的重要性，并嘗試控制其他變量保持不變，開展比較三種液體誰流得更快一些的對比實驗。

活動中，讓學生自主選擇實驗的材料、方案等，開展公平公正的比賽，讓學生親歷實驗的過程，對三種液體流動速度進行比較。放手讓學生開展課堂比賽，提醒他們活動中把握比賽的公平性，并細致有效地觀察。用秒表記錄能直觀地觀察這三種液體的流動速度，三種液體的重量要一樣多，滴下來的大小一樣多。一開始我為每一組準備了滴管，但發(fā)現(xiàn)滴管很難把洗潔精吸上來，后來在網(wǎng)上選購了專門用來分裝液體的小瓶子，只要在擠壓瓶子的時候，用差不多大小的力度就可以保證一樣多。從同一高度往下流，保證一樣高。通過師生交流，每次實驗要保持玻璃板始終在固定的高度，可以架在盒子上保持一樣的高度。同時流下去，可以用記號筆做記號，確定起跑線和終點線。學生在用秒表計時的過程中，發(fā)現(xiàn)水流得很快，而洗潔精卻流動得很慢，如果繼續(xù)等待洗潔精跑到終點很浪費時間，那怎么來解決這一問題呢？有學生提出縮短跑道長度：為了能在較短的時間內(nèi)決出勝負，起跑線和終點線之間的距離要短一些。

在課堂活動前，老師一定要從學生的視角親自動手做一做實驗。要充分考慮到學生在活動中可能會遇到的問題，并設想相應的解決方法。本課起初只為每一個小組準備了1塊玻璃板，學生每做完一次實驗就要洗去上面的材料才能再進行第二次實驗。學生洗材料花去了很多時間，而且洗完后馬上進行第二次實驗，物質(zhì)很容易殘留在玻璃板上，使實驗出現(xiàn)誤差。對實驗方法進行改進后，我準備了2塊玻璃板正反面進行實驗，這樣既可以減少擦洗浪費的時間，還能有效減少實驗的誤差。老師在教學時不僅要合理設疑，更應該重視學生的質(zhì)疑精神，讓學生敢于提出自己的問題、自己的想法。有時我們的材料一開始還不是那么完善，只能自己用心想辦法解決，試著去準備有結構的實驗材料，可以讓探究更高效。

學習應當以學生為本，在充分自主和靈活的實驗活動中，培養(yǎng)學生的科學思維對于發(fā)展學生的實驗能力至關重要。科學實驗設計必須以思維發(fā)展為起點和歸宿，依托對比實驗是落實學生思維培養(yǎng)的可行路徑。通過設計對比實驗可以激發(fā)學生主動參與實驗活動的熱情，重視合作過程中的思維互動學習，有效發(fā)展學生的思維能力。相信基于優(yōu)化的科學對比實驗活動，可以最大限度地調(diào)動學生敏捷的思維，使其全身心地投身于實驗活動，從而真正形成科學思維能力，用科學的眼光看待世界，繼而實現(xiàn)創(chuàng)新式的學習與成長。