指向思維發(fā)展的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

王淑華

【摘? ?要】思維能力是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，它能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要載體。在浙教版《科學(xué)》教學(xué)中，教師“鼓勵(lì)自主探究，培養(yǎng)辨析思維；利用科學(xué)建模，培養(yǎng)抽象思維；巧用實(shí)驗(yàn)材料，培養(yǎng)創(chuàng)新思維；組織科學(xué)計(jì)算，培養(yǎng)概括思維；活用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)分析思維”，以此發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；思維發(fā)展；策略改進(jìn)

思維是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，它能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要載體。然而，在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的建構(gòu)和實(shí)驗(yàn)材料的處理不夠到位，導(dǎo)致學(xué)生的思維停留在表層。如何改變這種現(xiàn)狀？

教師首先要明白，思維的發(fā)生與發(fā)展必須要有相應(yīng)實(shí)物的支撐和方法的支持。只有實(shí)物具象直觀，方式合理有效，思維的發(fā)展才有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。以教科版《科學(xué)》為例，教師應(yīng)改進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為學(xué)生完成自主探究、科學(xué)建模打下基礎(chǔ)，為學(xué)生思維的發(fā)展搭建橋梁。

一、鼓勵(lì)自主探究，培養(yǎng)辨析思維

科學(xué)探究指的是個(gè)體主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過程，深刻理解自然現(xiàn)象和規(guī)律，通過自身的實(shí)踐活動(dòng)獲取知識(shí)，掌握方法，從而有效提高科學(xué)素養(yǎng)。學(xué)生積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)是思維獲得發(fā)展的前提。教師要保證學(xué)生的主體地位，指導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷活動(dòng)方案設(shè)計(jì)、活動(dòng)實(shí)施、活動(dòng)評(píng)價(jià)和反思改進(jìn)等過程。

在教學(xué)教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)《用浮的材料造船》一課時(shí)，教師準(zhǔn)備了一些粗細(xì)、長(zhǎng)短相同但是竹節(jié)數(shù)量不同的竹子，讓學(xué)生自行選擇，用于制作竹排，并測(cè)試自己制作的竹排的載重量。學(xué)生選擇不同的竹子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)試之后，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，雖然同是五根竹子制作的竹排，但是有兩個(gè)竹節(jié)的竹子做成的竹排的載重量比沒有竹節(jié)的竹子做成的竹排大很多。這就引發(fā)了學(xué)生的思維沖突。通過觀察其他小組的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了差異。經(jīng)過相互討論，學(xué)生得出結(jié)論：兩端的竹節(jié)能防止水流進(jìn)竹子，因此載重量比沒有竹節(jié)的竹子做成的竹排要大。

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生自己捆扎木排、竹排，發(fā)現(xiàn)木排、竹排的載重量比獨(dú)木舟大，穩(wěn)定性比獨(dú)木舟強(qiáng)。這是因?yàn)橹衽藕湍九攀怯蓭赘褡印⒛緱l捆扎而成的，其體積大、重心低，因此穩(wěn)定性更好，載重量更大。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，學(xué)生也容易理解。而在改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生自行選用竹節(jié)不同的竹子完成操作，不僅能夠達(dá)到上述教學(xué)效果，還能讓學(xué)生經(jīng)歷思考、討論、辨析的過程?？梢哉f，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的思維發(fā)展提供了契機(jī)。

二、利用科學(xué)建模，培養(yǎng)抽象思維

科學(xué)的學(xué)習(xí)往往是從某個(gè)疑點(diǎn)開始的?？茖W(xué)建模對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象、學(xué)習(xí)抽象知識(shí)、提升思維能力起著重要的作用。如聲、光、電等抽象科學(xué)知識(shí)，學(xué)生較難感知，更難理解其原理。對(duì)此，教師在教學(xué)這些抽象概念時(shí)，要盡可能地挖掘教材中的疑點(diǎn)，采用學(xué)生易于接受的方式，將抽象概念直觀具象地呈現(xiàn)在學(xué)生眼前。

在教學(xué)教科版《科學(xué)》四年級(jí)下冊(cè)《點(diǎn)亮小燈泡》一課中，弄清燈泡和電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是教學(xué)的難點(diǎn)。對(duì)此，教師采用以下教學(xué)方式：先拆解燈泡，讓學(xué)生觀察燈泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及燈絲的連接情況，并用模型圖表現(xiàn)出來。接著讓學(xué)生探究點(diǎn)亮小燈泡的方法，把能點(diǎn)亮和不能點(diǎn)亮的幾種情況分類展示在黑板上（如圖1）。然后讓學(xué)生找出能點(diǎn)亮的電路有什么共同點(diǎn)、不能點(diǎn)亮的電路和能點(diǎn)亮的電路有什么不同點(diǎn)。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)能點(diǎn)亮的電路中，電流經(jīng)過燈絲時(shí)會(huì)形成一個(gè)閉合回路，由此明白通路這一概念。同時(shí)，學(xué)生明白雖然出現(xiàn)短路時(shí)也能形成閉合回路，但電流不會(huì)經(jīng)過燈絲，因此小燈泡不會(huì)亮。而出現(xiàn)斷路的情況時(shí)，不能形成閉合回路，因此小燈泡不會(huì)亮。教師引導(dǎo)學(xué)生借助具象的模型分析抽象的事物，由此掌握知識(shí)，習(xí)得概念。

以上實(shí)驗(yàn)化抽象為具象，化疑難為簡(jiǎn)單，關(guān)注學(xué)生的視覺感受，采用科學(xué)建模的方式喚醒學(xué)生的認(rèn)知，讓學(xué)生理解知識(shí)及其背后的原理。

三、巧用實(shí)驗(yàn)材料，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維能夠幫助學(xué)生運(yùn)用已掌握的基礎(chǔ)知識(shí)創(chuàng)造性地解決問題。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

以教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)《船的歷史》一課的教學(xué)為例，教材中的實(shí)驗(yàn)材料是一根真正的木頭，學(xué)生要用工具將木頭中心挖空，做成真正的獨(dú)木舟。但在課堂中讓學(xué)生用小刀、剪刀一類的工具進(jìn)行操作實(shí)屬不易，且實(shí)驗(yàn)的安全系數(shù)也很低。為了降低制作難度，提高實(shí)驗(yàn)安全性，教師引導(dǎo)學(xué)生思考是否可以選用比較好操作又類似木頭的物體來完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生很快想到用黃瓜代替木頭，但是黃瓜比較脆，操作時(shí)容易斷，難以達(dá)到理想的效果。在教師的引導(dǎo)下，個(gè)別學(xué)生結(jié)合自身的經(jīng)驗(yàn)，想到用西葫蘆作為實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)踐證明，用西葫蘆代替木頭制作獨(dú)木舟的操作難度較低，實(shí)驗(yàn)效果也很好。在實(shí)驗(yàn)單的指導(dǎo)下，學(xué)生找到很多辦法讓獨(dú)木舟行得快而穩(wěn)。比如將西葫蘆的底部削平讓其更平穩(wěn)，將兩端較重的部位切掉，將內(nèi)部盡量掏空使其更輕，使載重量更大。學(xué)生能快速完成操作，從而有更多的時(shí)間思考如何提高船的穩(wěn)定性，增加船的載重量。

教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生突破教材，對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，突破實(shí)驗(yàn)的重難點(diǎn)。同時(shí)還要引導(dǎo)學(xué)生從生活中易得的物品入手，開發(fā)一些低成本、易操作的實(shí)驗(yàn)。這樣的創(chuàng)造性活動(dòng)既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

四、組織科學(xué)計(jì)算，培養(yǎng)概括思維

計(jì)算是科學(xué)課堂中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。教師可以在課堂上組織學(xué)生開展計(jì)算活動(dòng)，讓學(xué)生根據(jù)計(jì)算結(jié)果提煉科學(xué)結(jié)論，把握科學(xué)原理，以此培養(yǎng)學(xué)生的概括思維。

在教學(xué)教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)《增加船的載重量》一課時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是先調(diào)查學(xué)生的前概念，提問：將一張邊長(zhǎng)為12厘米的正方形鋁箔紙做成底面積不同的船（如圖2），它們的載重量大小關(guān)系是怎樣的？學(xué)生會(huì)毫不猶豫地說出A、B、C船的載重量從大到小依次排列。依據(jù)是A船底面積最大，載重量最大，C船底面積最小，載重量最小，B船處于中間位置。當(dāng)學(xué)生按照三種樣式把鋁箔紙做成船，再測(cè)試船的載重量時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果與猜測(cè)是吻合的。于是學(xué)生就會(huì)得出結(jié)論：船的底面積越大，載重量越大。但實(shí)際并不如此。船的載重量不僅與底面積有關(guān)，還與船的高度有關(guān)。

為了避免上述現(xiàn)象，教師在教學(xué)此課時(shí)，先出示四種船的模型（如圖3），調(diào)查學(xué)生的前概念，提問：哪艘船的載重量最大？大部分學(xué)生認(rèn)為底面積越大，載重量越大，因此第一艘船的載重量最大。接著，學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很快得出每艘船的載重量。結(jié)果與自己的猜想存在較大差異。經(jīng)過對(duì)比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)第二艘船的載重量是最大的。經(jīng)過討論和計(jì)算，學(xué)生意識(shí)到船的載重量與體積有關(guān)。經(jīng)過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅練習(xí)了數(shù)學(xué)學(xué)科中的體積計(jì)算，還破除了自己的前概念，親身體驗(yàn)到學(xué)習(xí)帶來的成就感。

上述實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生概括出了計(jì)算小船載重量的方法，培養(yǎng)了學(xué)生的概括思維。

五、活用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)分析思維

分析思維能夠幫助學(xué)習(xí)者在“知其然”的基礎(chǔ)上“知其所以然”。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中，有許多巧妙的構(gòu)思和獨(dú)到的解決問題的方法能夠發(fā)展學(xué)生的分析思維。

如教學(xué)教科版《科學(xué)》六年級(jí)下冊(cè)《產(chǎn)生氣體的變化》一課時(shí)，教師投影展示圖4，并提問：把二氧化碳倒入裝有兩支高低不同的蠟燭的燒杯中，哪支蠟燭先滅？學(xué)生快速回答：矮的先滅。追問原因，學(xué)生肯定地回答：二氧化碳比空氣重。接著，教師出示圖5，提問：把燒杯倒扣在高低不同的兩支蠟燭上，哪支蠟燭先滅？學(xué)生因?yàn)閼T性心理，會(huì)不假思索地說出“矮的先滅”。教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果讓學(xué)生十分意外：竟然是高的先熄滅。此時(shí)，教師再拋出問題：為什么這次是高的先熄滅呢？經(jīng)過多次探究、思考、分析，學(xué)生明白了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理不同于前面實(shí)驗(yàn)的原理：圖4中，倒下去的二氧化碳比空氣重，二氧化碳沿著杯壁直接下落到杯底，再慢慢滿上來，因此矮的蠟燭先熄滅。而圖5中，蠟燭燃燒產(chǎn)生的熱的二氧化碳會(huì)上升，先充滿燒杯的頂部，因此高的蠟燭先熄滅。

上述實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生真正了解了二氧化碳的性質(zhì)——二氧化碳不支持燃燒，同時(shí)又復(fù)習(xí)了之前學(xué)習(xí)的熱的氣體會(huì)上升的知識(shí)，還為初中密度知識(shí)的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)，可謂一舉多得。

愛因斯坦說：“教育就是當(dāng)一個(gè)人把在學(xué)校所學(xué)全部忘光之后剩下的東西。”學(xué)生可能會(huì)遺忘科學(xué)知識(shí)，但在科學(xué)學(xué)習(xí)中形成的思維能力卻會(huì)伴隨其一生，對(duì)其終身學(xué)習(xí)產(chǎn)生重要影響。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為科學(xué)教學(xué)的重要組成部分，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要任務(wù)。教師應(yīng)以學(xué)生為主體，尊重學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，用實(shí)驗(yàn)豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，以此發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。

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（浙江省杭州市淳安縣千島湖鎮(zhèn)第八小學(xué)）