通過《地震的成因及作用》模擬實驗發(fā)展學(xué)生思維能力

蔣振東

〔摘? ? 要〕? 在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，科學(xué)思維的培養(yǎng)處于核心地位。在地球與宇宙領(lǐng)域的教學(xué)中，教師可以通過基于模型找證據(jù)的方法引導(dǎo)學(xué)生分析問題、大膽猜想、提出假設(shè)、收集證據(jù)。在探究實踐中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。在《地震的成因及作用》一課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生始終圍繞假說的提出與證明，嘗試解釋地震的成因，并應(yīng)用模擬實驗收集證據(jù)和模型解釋觀點，充分發(fā)展了學(xué)生的推理論證與模型思維等科學(xué)思維能力。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；模擬實驗；思維能力

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 067-069

一、背景

在講解《地震的成因及作用》時，發(fā)生了這樣一個片段：學(xué)生細致地利用三層泥土搭建完地表巖層，用拉拽與碰撞方法觀察“模擬巖層”的變化，只見“模擬巖層”毫無聲息地裂開或者產(chǎn)生了褶皺。

學(xué)生匯報：“我們認(rèn)為板塊運動導(dǎo)致地表巖層的撞擊產(chǎn)生了地震，板塊分離時模擬巖層裂開了，產(chǎn)生了地震?！薄拔覀円灿^察到了板塊撞擊產(chǎn)生褶皺，這就是地震的成因?！迸c預(yù)設(shè)不同，也有學(xué)生提出了不同觀點：“老師，我們看到褶皺產(chǎn)生時‘地面’也沒地震??？”一時之間大家陷入了爭論。有的說：“請你想象一下，地震就是產(chǎn)生了：巖層都裂開了，力量得多大?。俊边€有學(xué)生拿著模型演示，一邊撞擊一邊用手抖動“模擬巖層”。但是也有學(xué)生支持質(zhì)疑同學(xué)的觀點：“我們看到褶皺產(chǎn)生時特別慢，可是地震發(fā)生卻特別快，這明顯不是地震。”而有些學(xué)生急于得出結(jié)論，甚至認(rèn)為“地震發(fā)生了，但是咱們看不到”。我肯定了質(zhì)疑小組的科學(xué)精神，然后用能量積累與釋放解釋了地震形成的過程，通過講授解答了學(xué)生的疑惑。

二、提出問題

課后，我陷入了思考。本課是教科版五年級上冊“地球表面變化”單元中的一課，在單元學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)本課之前學(xué)生已經(jīng)初步了解了地球地表多樣的地形并猜測了其成因，認(rèn)識了地球內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與板塊的運動，從本課開始系統(tǒng)認(rèn)識地球內(nèi)部與外部力量對地形的營造與改變。本課的模擬實驗只能證明板塊運動可以展示巖層斷裂，也可以使巖層產(chǎn)生褶皺，但是無法證明地震發(fā)生?？捎行W(xué)生在忽略證據(jù)的情況下就草草產(chǎn)生了結(jié)論，他們在模擬實驗中到底有沒有思考呢？思考又有多深呢？通過課后訪談我發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生將主要精力集中在想辦法把模型做好，“越像越好”，只是借助模型“演”了一下地震的過程，在學(xué)習(xí)活動中沒有提出自己的觀點，更沒有嘗試觀察模擬實驗尋找證據(jù)。這也就導(dǎo)致本課成了一節(jié)“怎樣精巧設(shè)計板塊撞擊模型”的手工課，看似培養(yǎng)了模型思維，實際上學(xué)生的思維參與局限在了概括原型特征設(shè)計模型上?；仡櫸覀円酝厍蚩茖W(xué)的學(xué)習(xí)活動，往往也會出現(xiàn)“為了模擬而模擬”“造模型而不用模型思考”的現(xiàn)象。那么，該怎么解決呢？

三、解決問題

《小學(xué)科學(xué)教學(xué)關(guān)鍵問題》一書中闡述了地球與宇宙科學(xué)認(rèn)識的一般過程。地球科學(xué)的認(rèn)識過程，是對地球系統(tǒng)客體進行觀察，采用思辨的方式尤其是辯證的思考，提出了關(guān)于地學(xué)對象的存在和發(fā)生、發(fā)展的假說。通過假說解釋地球系統(tǒng)各種現(xiàn)象的存在特點和運行規(guī)律，因此地球與宇宙領(lǐng)域研究經(jīng)常應(yīng)用模擬實驗和模型說明。在地學(xué)思維過程中表現(xiàn)出更多地注重事實、更多地運用假說、更多地需要辯證思維。通過查閱文獻，我也認(rèn)識到本課涉及地震成因中“彈性回跳”理論，這也是典型的假說提出與證明的研究過程。

（一）重構(gòu)課堂：通過假說的論證將學(xué)生科學(xué)思維能力培養(yǎng)貫穿于探究全程

參考蔡曙山《科學(xué)發(fā)現(xiàn)的心理邏輯模型》，在假說的提出與證明等這一系列的過程中，需要經(jīng)歷大量的科學(xué)思維。如在起始階段，運用歸納概括觀察到的資料信息，而假說的提出階段運用歸納推理、溯因推理和類比推理，論證階段一般展開歸納和演繹推理與類比推理。

再次分析教材，我將模擬實驗納入假說的論證過程之中，使模擬實驗成為搜集證據(jù)、闡述觀點的途徑。課堂上由真實地震現(xiàn)象提出問題，基于經(jīng)驗與觀察提出合理假設(shè)，然后展開搜集證據(jù)與論證。而模擬實驗則作為收集與論證的重要方法，引導(dǎo)學(xué)生基于模型觀察，利用模型尋找證據(jù)，使用模型解釋。重新設(shè)計之后，本課中學(xué)生始終圍繞地震成因這一核心問題展開研究，大膽假設(shè)，主動搜集證據(jù)展開論證，探究的全過程都需要思維深度參與。

（二）巧設(shè)梯度，通過不同目標(biāo)的模擬實驗幫助學(xué)生尋找證據(jù)

本課假設(shè)提出階段是典型的運用溯因推理提出假設(shè)。通過瀘定地震視頻提出研究問題——地震的成因是什么。再閱讀資料，觀看地震造成影響的圖片。學(xué)生主動思考：造成地表破裂、地面隆起等現(xiàn)象的原因有哪些可能呢？大膽地運用溯因推理提出假設(shè)。

課堂實錄：生：“我觀察圖片中柵欄被分割成兩部分，猜測造成的原因可能是板塊撞擊形成地震，使地表分離，造成柵欄被分開?！薄拔铱吹綀D片上地表都隆起來了，道路被擠壓彎曲，我認(rèn)為可能是板塊撞擊產(chǎn)生的地震?！薄拔矣^察到地震時地表有很大裂縫，可能是板塊分離時產(chǎn)生了地震?！?/p>

在假說的論證階段，我繼續(xù)深挖證據(jù)意識，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型、理解模型、應(yīng)用模型收集證據(jù)。為了幫助其更好地收集證據(jù)，我對實驗進行了大膽的改進。現(xiàn)有實驗問題：原模擬實驗中，即使設(shè)計者使用干燥的泥巴，但因為泥巴本身不是脆性材料，而地殼上部是脆性變形域，學(xué)生是無法感知到應(yīng)力累積與釋放的，也就無法收集到地震成因的關(guān)鍵證據(jù)——能量的積累與釋放。因此本課我降低了構(gòu)建模型的難度，提升了應(yīng)用模型思考問題的深度。我參考其他版本教材中地震成因的實驗，設(shè)計了兩輪有層次的實驗。

第一輪模擬實驗，學(xué)生利用模型展開類比，結(jié)合模型分析板塊運動對巖石圈產(chǎn)生了哪些影響。經(jīng)過觀察、比較、概括，發(fā)現(xiàn)板塊的擠壓、分離使巖石圈發(fā)生斷裂、褶皺、升降等現(xiàn)象。然后利用類比推理將模型與觀察過程照片原型建立聯(lián)系，為自己的假設(shè)提供證據(jù)。

第二輪模擬實驗前，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：是否找到了地震發(fā)生的證據(jù)？是否觀察到地震產(chǎn)生時能量的釋放？有的學(xué)生說觀察到了模擬巖石圈輕微的抖動，可以作為證據(jù)，但大部分人認(rèn)為沒有證據(jù)，這也發(fā)展了其批判思維。在學(xué)生疑惑時，教師演示第二個模擬實驗，繼續(xù)尋找證據(jù)。當(dāng)泡沫塑料板模擬巖石圈上層受力時，學(xué)生觀察到了明顯的褶皺，在巖石圈斷裂的瞬間，一聲巨響啟發(fā)了學(xué)生。

實錄——

師：“模擬巖石圈發(fā)生斷裂時，地震發(fā)生了嗎？”

生：紛紛表示發(fā)生了。

師：你認(rèn)為什么時刻發(fā)生了地震？你又有什么證據(jù)？

生1：我認(rèn)為就是巖石圈斷裂那一刻發(fā)生了地震，因為我看它突然就斷裂了，能量釋放了。

生2：我認(rèn)為在模擬巖石圈斷裂時釋放了能量，我聽到很大的聲音，這種聲音就是一種能量。

師：嗯，咱們模擬實驗時找到了模擬巖石圈斷裂時能量積累與釋放的證據(jù)，那如果是真實的地震發(fā)生時能量怎樣釋放呢？

學(xué)生再次聯(lián)系原型，將兩次模擬實驗收集到的證據(jù)與觀察到的真實地震現(xiàn)象進行類比，得出了科學(xué)的結(jié)論。

四、反思與討論

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出了“思維型探究實踐”這一新命題，將科學(xué)思維的培養(yǎng)作為小學(xué)科學(xué)課程素養(yǎng)目標(biāo)的核心。胡衛(wèi)平教授對“思維型探究”的解讀是：“科學(xué)探究是一個復(fù)雜的教與學(xué)的實踐行為，是激活學(xué)生情感與思維的實踐行為，是根據(jù)事實證據(jù)建構(gòu)科學(xué)解釋的實踐行為?！笨梢姡訌娞骄繉嵺`活動，促進學(xué)生思維深度參與，就不能把科學(xué)探究單純看作是一套機械的可標(biāo)準(zhǔn)化操作的實驗方法，而是要建構(gòu)目標(biāo)明確、學(xué)生深度合作、師生情感交融且讓探究充滿科學(xué)思維的實踐體系。在探究的各個階段，學(xué)生的思維得到激發(fā)，實現(xiàn)了科學(xué)觀念與能力之間、不同學(xué)科之間、不同發(fā)展階段之間的銜接和整合，最終促進了學(xué)生核心素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

回顧本課，學(xué)生始終圍繞著核心問題展開假說的提出與論證，地震成因論證的過程也是學(xué)生科學(xué)觀念建構(gòu)的過程。在假說的提出與論證活動中，需要學(xué)生進行證據(jù)與假設(shè)、模型與原型之間的科學(xué)推理，需要對自己的論證展開批判性思考，需要在與其他同學(xué)進行交流與分享、評價與反駁的過程中逐漸建構(gòu)概念。這一系列活動，發(fā)展了學(xué)生的證據(jù)意識及分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法。通過探究實踐，發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維，進而培養(yǎng)了學(xué)生的態(tài)度責(zé)任。

在地球與宇宙領(lǐng)域開展基于假說的探究實踐活動，構(gòu)建思維型課堂，能有效培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力，培養(yǎng)其科學(xué)精神，使學(xué)生在探究過程中體會科學(xué)知識產(chǎn)生的過程，更深刻地理解科學(xué)的本質(zhì)。我將本課的認(rèn)識形成一種教學(xué)方法，運用到地球科學(xué)的很多內(nèi)容上，比如六年級科學(xué)下冊《浩瀚宇宙》一課，其中制作銀河系模型就可以引導(dǎo)學(xué)生運用模型開展論證活動。通過思維型探究的落實，搭建思維課堂，發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻

[1]胡衛(wèi)平.在探究實踐中培育科學(xué)素養(yǎng)：義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）解讀[J].基礎(chǔ)教育課程，2022（10）：7.

[2]蔡曙山.科學(xué)發(fā)現(xiàn)的心理邏輯模型[J].科學(xué)通報，2013（34）：14.