科學(xué)規(guī)律教學(xué)研析

李菲

〔摘? ? 要〕? 小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開科學(xué)規(guī)律的學(xué)習(xí)?？茖W(xué)規(guī)律教學(xué)是科學(xué)思維能力培養(yǎng)的重要途徑。教師需要提供合適的腳手架，幫助學(xué)生充分挖掘與科學(xué)規(guī)律相關(guān)的前概念，掌握實驗歸納的思維方法，在解決實際問題中理解應(yīng)用，逐步培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

〔關(guān)鍵詞〕? ?小學(xué)科學(xué)；科學(xué)規(guī)律教學(xué)；思維能力

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 14? ? 019-021

小學(xué)科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、責(zé)任態(tài)度等方面。其中，科學(xué)觀念是在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上形成的對客觀事物的總體認(rèn)識。學(xué)生要形成初步的科學(xué)觀念，不僅需要建構(gòu)科學(xué)概念，還需要掌握科學(xué)規(guī)律。近年來，教師對科學(xué)概念的關(guān)注度較高，但是對科學(xué)規(guī)律教學(xué)的研究較少。本文結(jié)合蘇教版小學(xué)科學(xué)的具體教學(xué)案例，談?wù)勚赶蛩季S能力發(fā)展的科學(xué)規(guī)律教學(xué)。

一、小學(xué)階段的科學(xué)規(guī)律及其特點

科學(xué)規(guī)律反映了科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律，反映了物質(zhì)運動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系，揭示了科學(xué)事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系。

小學(xué)階段涉及的科學(xué)規(guī)律主要包括以下三類。一是物質(zhì)的運動規(guī)律，例如拉力大小與小車前進(jìn)快慢的關(guān)系、磁鐵磁極相互作用的規(guī)律等；二是物質(zhì)的變化規(guī)律，例如水沸騰的溫度變化規(guī)律、鹽在水中溶解快慢的規(guī)律等；三是自然界的變化規(guī)律，例如月相變化規(guī)律、一天中太陽高度角的變化規(guī)律等。

小學(xué)階段的科學(xué)規(guī)律具有以下三個顯著特點。

（一）科學(xué)規(guī)律的產(chǎn)生需要科學(xué)思維參與

要掌握自然界水循環(huán)的規(guī)律，學(xué)生僅僅通過模擬實驗觀察現(xiàn)象是不夠的。因為這一規(guī)律不能由模擬實驗直接得出，還需要基于實驗現(xiàn)象進(jìn)行推理和想象。又如，研究電磁鐵磁力大小的影響因素，學(xué)生不僅要觀察實驗現(xiàn)象、獲得數(shù)據(jù)，還要經(jīng)歷比較、分析等思維過程。

（二）科學(xué)規(guī)律體現(xiàn)了有關(guān)科學(xué)概念之間的內(nèi)在聯(lián)系

科學(xué)規(guī)律是由一些概念組成的，反映了這些概念之間的內(nèi)在聯(lián)系或關(guān)系。例如，蘇教版二年級的“力與橡皮筋長度的關(guān)系”，這個規(guī)律是由力有大小、力可以改變物體的形狀等概念組成的。它研究的是力的大小與形變程度之間的因果關(guān)系。又如，“拉力大小與小車運動快慢的關(guān)系”，這個規(guī)律是由力有大小、力可以改變物體的運動狀態(tài)等概念組成的。它研究的是力的大小與運動快慢之間的因果關(guān)系。

（三）科學(xué)規(guī)律有一定的局限性

科學(xué)規(guī)律應(yīng)該是在一定范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，或是在一定的條件下推理得到的。科學(xué)規(guī)律有它的適用范圍和成立條件。例如，蘇教版四年級“力與彈簧拉伸長度的關(guān)系”，這個規(guī)律如果超出了彈簧的彈性范圍就不成立了。

二、在科學(xué)規(guī)律教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力

（一）充分挖掘與科學(xué)規(guī)律相關(guān)的前概念

充分挖掘?qū)W生的前概念是探索科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。所以，教師需要提供各種條件與機(jī)會，讓學(xué)生盡可能地充分挖掘或暴露與科學(xué)規(guī)律相關(guān)的前概念。

例如，蘇教版五年級在研究杠桿規(guī)律時，有兩種挖掘前概念的方法。第一種是出示一個很重的箱子，幾個學(xué)生都搬不動它，此時，讓學(xué)生想辦法移動它。面對這樣的情境，有部分學(xué)生會想到用一個撬棍去撬動它。分析此時學(xué)生要調(diào)動的前概念是：用類似撬棍這樣的工具能輕松地撬起重物。挖掘的方式是回憶日常生活經(jīng)驗。第二種是讓學(xué)生玩蹺蹺板。兩個體重差不多的學(xué)生，坐在蹺蹺板上，腳不能蹬地，想辦法讓蹺蹺板繞著支點上下轉(zhuǎn)動并盡可能地保持平衡。分析此時學(xué)生要調(diào)動的前概念有兩個：一是像蹺蹺板這樣的裝置是可以翹起重物的；二是怎么做才能讓對方撬起來或落下去。這時，學(xué)生挖掘前概念的方式有三種：一是回憶日常生活經(jīng)驗；二是親自去玩一玩蹺蹺板，在真實的體驗中，用自己的想法進(jìn)行嘗試；三是觀察兩位玩蹺蹺板同學(xué)的動作和蹺蹺板的狀態(tài)，獲得足夠的感性認(rèn)識。

我們對比這兩種挖掘前概念的方法，第二種與第一種相比：從挖掘與科學(xué)規(guī)律相關(guān)的前概念的角度來看，不僅呈現(xiàn)了杠桿的裝置可以省力，還突顯了用力點到支點的距離與用力大小的關(guān)系；在獲得前概念的方式上，更貼近學(xué)生的生活，趣味性強(qiáng)，而且學(xué)生能在真實的體驗、觀察與思考中獲得足夠的感性認(rèn)識。正是因為學(xué)生獲得了足夠的感性認(rèn)識、挖掘了較多的前概念，才能為接下來研究杠桿省力、費力、不省力也不費力的規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

因此，在科學(xué)規(guī)律的教學(xué)過程中，教師需要思考兩點：一是要研究的科學(xué)規(guī)律需要用到哪些科學(xué)概念，盡可能地提供各種條件幫助學(xué)生挖掘這些前概念，獲得足夠的感性認(rèn)識；二是挖掘或獲得這些前概念的方式應(yīng)該貼近學(xué)生的真實生活，可以是親身體驗、回憶、實驗、觀察、思考等。

（二）掌握實驗歸納的思維方法

科學(xué)規(guī)律的建立需要以相關(guān)的科學(xué)概念為基礎(chǔ)，結(jié)合抽象思維、形象思維和直覺思維，利用歸納、演繹、類比等各種思維方法，對觀察到的結(jié)果進(jìn)行綜合、全面地分析。因此，學(xué)生在充分挖掘前概念的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)耐緩?，利用合適的思維方法，對觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行分析，概括出科學(xué)規(guī)律?？梢娬莆账季S方法在建立科學(xué)規(guī)律的過程中顯得尤為重要。學(xué)生在建立科學(xué)規(guī)律時，常用的思維方法有：實驗歸納、理論分析、類比等。分析小學(xué)階段涉及的科學(xué)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在教學(xué)中常常使用實驗歸納的思維方法。

實驗歸納，即直接從觀察實驗結(jié)果中分析、歸納、概括而總結(jié)出科學(xué)規(guī)律的方法。在小學(xué)科學(xué)規(guī)律教學(xué)中的具體做法如下。

1.對實驗現(xiàn)象或日常生活經(jīng)驗分析歸納得出結(jié)論

蘇教版二年級在研究“手電筒放置的遠(yuǎn)近與光斑的關(guān)系”這一規(guī)律時，教師常用的做法就是通過實驗現(xiàn)象進(jìn)行觀察，分析、歸納出結(jié)論。在實際教學(xué)時，學(xué)生拿著手電筒，將其上下移動，控制手電筒與桌面的距離，同時觀察光斑的大小與亮度。接著，學(xué)生匯報手電筒放置的遠(yuǎn)近與光斑的關(guān)系。此時，教師會發(fā)現(xiàn)，學(xué)生多數(shù)會非常關(guān)注光斑的變化，僅能匯報光斑有大有小、有亮有暗，而忽視了手電筒放置的遠(yuǎn)近，不能將手電筒的遠(yuǎn)近與光斑的關(guān)系建立起聯(lián)系。顯然，通過這個實驗探究活動，學(xué)生并沒有建立該科學(xué)規(guī)律，更沒有掌握實驗歸納的思維方法。

歸納推理是由一些個別、特殊的判斷推出一般的判斷的思維方式。歸納推理的具體步驟為：搜集資料，即通過觀察、實驗，得出大量的感性材料；整理材料，即將材料歸類，并得出反應(yīng)事物外部特征和條件的判斷；抽象概括，即經(jīng)過分析、綜合、比較等，排除無關(guān)的、非本質(zhì)的因素，抽象出各個本質(zhì)因素，概括出一般性的規(guī)律。從這三個步驟來看，剛才的實驗探究僅僅進(jìn)行了第一步搜集資料，教師就急著讓學(xué)生進(jìn)行抽象概括了。顯然，這對二年級的學(xué)生來說難度較大，學(xué)生很難將手電筒的遠(yuǎn)近與光斑的變化建立起聯(lián)系，大部分學(xué)生只能關(guān)注到光斑的變化。因此，在實驗后，教師必須給學(xué)生提供適當(dāng)?shù)哪_手架，幫助學(xué)生整理材料和抽象概括，逐步掌握實驗歸納這種思維方法。

整理收集到的材料最常用的方法就是實驗記錄。教師可以改進(jìn)實驗器材，用簡易的記錄方式，讓學(xué)生將觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行記錄。研究手電筒放置的遠(yuǎn)近與光斑的關(guān)系時，可以利用雙頭夾將三個手電筒分別夾在鐵架臺的三個高度上，學(xué)生只需要打開不同位置的手電筒，三個大小、亮度不同的光斑就會照射到桌面上。此時，教師再提供一張記錄單，記錄單分三欄，分別標(biāo)出手電筒的位置“遠(yuǎn)、中、近”。學(xué)生將此記錄單放在手電筒下并平鋪在桌面上，就能在記錄單上呈現(xiàn)出三個光斑。學(xué)生只需要沿著光斑的輪廓畫出對應(yīng)位置的光斑大小并寫出亮度即可。對此次實驗過程分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的記錄過程不僅完成了第一步搜集資料，同時也完成了第二步整理材料。因為教師設(shè)計的記錄單將手電筒的位置遠(yuǎn)、中、近標(biāo)記出來，同時在相應(yīng)的位置讓學(xué)生記錄光斑的情況。學(xué)生在記錄現(xiàn)象的同時，也在對不同位置照射的光斑進(jìn)行了整理。第三步，抽象概括。教師可以設(shè)計關(guān)鍵問題：“依據(jù)觀察到的現(xiàn)象，思考手電筒放置的遠(yuǎn)近與光斑大小、亮度有什么關(guān)系？”讓學(xué)生在比較、分析中概括出科學(xué)規(guī)律。

因此，對實驗現(xiàn)象或日常生活經(jīng)驗分析歸納得出結(jié)論，學(xué)生不僅需要做實驗和觀察現(xiàn)象，還需要對搜集到的資料進(jìn)行整理，進(jìn)而經(jīng)歷分析、比較、綜合等思維過程，概括出科學(xué)規(guī)律。教師需要適時地給學(xué)生提供腳手架，例如，改進(jìn)實驗器材，方便學(xué)生操作；設(shè)計實驗記錄單，幫助學(xué)生整理信息；提煉關(guān)鍵問題，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展；等。

2.根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納得出結(jié)論

蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級《擰螺絲的學(xué)問》一課，學(xué)生在認(rèn)識輪軸之后，要研究“輪軸如何更省力”的規(guī)律。教師通過演示得到一組數(shù)據(jù)：軸上阻力1.8N，小輪上用力是1.1N，大輪上用力是0.6N。學(xué)生對這一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步得出了“在大輪上用力更省力”的結(jié)論?？墒?，作為科學(xué)規(guī)律，僅僅通過一組數(shù)據(jù)就得出結(jié)論是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。因此，教師引?dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，一組數(shù)據(jù)是否能有力地證明觀點。接著為了獲得更多的數(shù)據(jù)，教師巧妙地改進(jìn)實驗器材，將豎立的輪軸裝置改為平躺的。此外。將阻力和用力的鉤碼都改為彈簧秤。這樣一來，學(xué)生只需要將阻力的彈簧秤放置在不同的位置，就可以任意設(shè)置不同的阻力大小。接著在小輪和大輪上分別用力拉彈簧秤到平衡位置，就能讀出相對應(yīng)的用力大小。因為每個小組設(shè)置的阻力各不相同，就會出現(xiàn)大量的實驗數(shù)據(jù)。

搜集到大量的實驗數(shù)據(jù)后，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。教師提供的記錄單分為三列，分別是阻力、小輪上用力和大輪上用力。不同的阻力與相對應(yīng)的小輪上用力、大輪上用力填在一行，這其實也是在幫助學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。最后，學(xué)生需要經(jīng)過比較、分析，歸納出“輪軸如何更省力”的規(guī)律。面對大量的實驗數(shù)據(jù)，教師同樣需要給學(xué)生提供思維的腳手架。

因此，根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納得出結(jié)論需要學(xué)生具備證據(jù)意識，學(xué)會對大量的證據(jù)進(jìn)行歸納和推理論證。在數(shù)據(jù)收集的過程中，要確保數(shù)據(jù)的多樣性，教師可以通過語言引導(dǎo)、實驗器材改進(jìn)等方式，促使學(xué)生搜集大量的實驗數(shù)據(jù)。要使學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理，教師可以利用列表式的記錄單等方式幫助學(xué)生整理數(shù)據(jù)。要使學(xué)生對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和歸納，教師可以提供常用的論證句式，幫助學(xué)生進(jìn)行比較、分析、歸納等科學(xué)思維活動。

（三）在解決實際問題中理解應(yīng)用

科學(xué)規(guī)律的學(xué)習(xí)是為了運用科學(xué)規(guī)律解決實際問題。因此，在科學(xué)規(guī)律教學(xué)中，教師要選擇恰當(dāng)?shù)膶嶋H問題，使學(xué)生掌握應(yīng)用科學(xué)規(guī)律解決實際問題的思維過程、思維策略和思維方法，從而發(fā)展思維能力、分析問題和解決問題的能力等。

因此，教師提供給學(xué)生理解運用的問題，需要貼近學(xué)生的實際生活，是從真實生活中產(chǎn)生的。這樣才能激發(fā)學(xué)生的探究興趣，促使學(xué)生在不斷思考中解決問題。另外，這個問題還需要指向科學(xué)規(guī)律的運用。通過運用科學(xué)規(guī)律，檢驗對科學(xué)規(guī)律的掌握情況，同時能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、分析問題和解決問題的能力。

三、結(jié)語

總之，小學(xué)科學(xué)課程培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)離不開科學(xué)規(guī)律的學(xué)習(xí)。科學(xué)規(guī)律的自身特點使科學(xué)規(guī)律教學(xué)成為科學(xué)思維能力培養(yǎng)的重要途徑。在科學(xué)規(guī)律教學(xué)中，學(xué)生要充分挖掘與科學(xué)規(guī)律相關(guān)的前概念，掌握實驗歸納的思維方法，在解決實際問題中理解應(yīng)用，逐步培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

【本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題“小學(xué)科學(xué)‘雙螺旋結(jié)構(gòu)課題構(gòu)建與實施的研究”的階段性成果，編號：B/2021/02/174】

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