優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué) 提高學(xué)生思維能力

〔摘" "要〕" 在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，教師指導(dǎo)學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、梳理實(shí)驗(yàn)過(guò)程、論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓他們用實(shí)驗(yàn)的方法解決具體問(wèn)題，既可以增強(qiáng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)操性、實(shí)用性和有效性，又能借此啟發(fā)學(xué)生的建模思維、邏輯思維、推理思維、創(chuàng)造性思維等，使其逐漸形成較強(qiáng)的科學(xué)思維能力。對(duì)此，為了達(dá)到上述教學(xué)效果，本文從科學(xué)思維培養(yǎng)視角出發(fā)，闡述教師通過(guò)開(kāi)展模型建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)論證、過(guò)程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)解題等教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生科學(xué)思維能力的具體策略。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)思維能力；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2024）" 20" " 067-069

在當(dāng)前素質(zhì)教育環(huán)境下，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)并不僅僅是讓學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的步驟和方法、掌握相關(guān)的知識(shí)與技能，還要讓他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)論證，得到抽象思維、推理思維、問(wèn)題思維等多種思維的發(fā)展，最終形成良好的科學(xué)思維能力。對(duì)此，教師若想更好地落實(shí)素質(zhì)教育要求，高效提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方法進(jìn)行合理優(yōu)化，利用模型建構(gòu)、推導(dǎo)論證、邏輯梳理、實(shí)驗(yàn)反思等方式，幫助學(xué)生從感性認(rèn)知過(guò)渡到理性認(rèn)知，使其在深刻理解科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，提高科學(xué)思維能力。

一、科學(xué)思維能力概述

科學(xué)思維能力，指的是從科學(xué)的角度出發(fā)，運(yùn)用分析思維、邏輯思維、推理思維、創(chuàng)新思維等，客觀認(rèn)知事物的本質(zhì)內(nèi)涵、內(nèi)在聯(lián)系、內(nèi)在規(guī)律、本質(zhì)屬性等多個(gè)方面的一種思維能力。科學(xué)以自然現(xiàn)象為主要研究對(duì)象，研究的目的在于揭示自然界中各種現(xiàn)象的產(chǎn)生原理、本質(zhì)內(nèi)涵，發(fā)現(xiàn)其中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、內(nèi)在聯(lián)系等。這說(shuō)明科學(xué)研究的對(duì)象具有一定的客觀性特點(diǎn)，它們并不以人的意志為轉(zhuǎn)移。因此，在探索科學(xué)知識(shí)、研究科學(xué)現(xiàn)象時(shí)，需要將自然現(xiàn)象、自然規(guī)律、科學(xué)事實(shí)等在腦中形成科學(xué)圖景，再對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的加工、改造和處理，最終從感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的深刻認(rèn)識(shí)。而這種理性的認(rèn)知過(guò)程便是一種科學(xué)思維能力。由此可見(jiàn)，科學(xué)思維能力具有較強(qiáng)的敏捷性、靈活性、精確性、深刻性、概括性、創(chuàng)造性等特點(diǎn)。

二、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生科學(xué)思維能力的依據(jù)

（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是一個(gè)文化參與的過(guò)程，學(xué)習(xí)者需要參與知識(shí)探索和知識(shí)實(shí)踐活動(dòng)中去，通過(guò)深入思考和動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和建構(gòu)。建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)是人們對(duì)客觀世界的一種假說(shuō)或解釋，它會(huì)隨著人們對(duì)世界認(rèn)知程度的不斷深入而產(chǎn)生新的假設(shè)和解釋。這一理論為教師開(kāi)展培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)提供了有力的參考依據(jù)。教師可以在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展思考和深入分析，讓他們?cè)诶斫夂徒?gòu)新知識(shí)的同時(shí)，提升邏輯思維、創(chuàng)造性思維等多種科學(xué)思維能力。

（二）義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)

2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱“科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)”）明確提出，教師應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科核心素養(yǎng)方面的教育，其中包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任四個(gè)方面。由此可見(jiàn)，教師在科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，既能更好地滿足科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求，又能更加高效地完成科學(xué)課程的教學(xué)總目標(biāo)，讓學(xué)生在扎實(shí)掌握科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，提升靈活運(yùn)用能力，提高實(shí)驗(yàn)認(rèn)知的效率和質(zhì)量。

三、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生科學(xué)思維能力的策略

（一）豐富科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)科學(xué)思維能力

在小學(xué)科學(xué)課程中，教師為了高效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)合理優(yōu)化，可以開(kāi)展模型建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)論證、流程梳理等科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在完成各種實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)，得到科學(xué)思維能力的培養(yǎng)與提升。

1.指導(dǎo)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，發(fā)展抽象思維

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師指導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建構(gòu)模型，將實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜問(wèn)題、復(fù)雜關(guān)系合理簡(jiǎn)化，利用模型把具象化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象抽象成直觀清晰的數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)構(gòu)。這樣既可以促使學(xué)生更加快速地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，又能借此培養(yǎng)他們的抽象思維，使其在數(shù)據(jù)對(duì)比、數(shù)據(jù)研究、數(shù)據(jù)整理過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)理論的深入理解，從而提高實(shí)驗(yàn)認(rèn)知的質(zhì)量。

以教科版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)“物體的運(yùn)動(dòng)”單元第5課《比較相同距離內(nèi)運(yùn)動(dòng)的快慢》教學(xué)為例。此節(jié)課要求學(xué)生用比較運(yùn)動(dòng)時(shí)間的方法，比較當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離相同時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的快慢；通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，理解“當(dāng)距離相同時(shí)，用時(shí)短運(yùn)動(dòng)快，用時(shí)長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)慢”的理論。針對(duì)上述教學(xué)目標(biāo)，教師可以開(kāi)展模型建構(gòu)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中建構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模型，使其在深入理解科學(xué)理論的同時(shí)，提高抽象思維能力。例如，教師先把班級(jí)學(xué)生進(jìn)行合理分組，并為各組提供軌道、小球、計(jì)時(shí)器、小木塊等實(shí)驗(yàn)材料，讓他們以小組合作的方式進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，各組組長(zhǎng)需要先分配成員的任務(wù)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。比如，兩名成員分別操作兩條軌道上的小球，一名成員負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)，另一名成員負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，兩名實(shí)操者需要讓兩個(gè)小球在軌道起點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，計(jì)時(shí)者需要精準(zhǔn)把握兩個(gè)小球達(dá)到終點(diǎn)的時(shí)間，記錄者需要精準(zhǔn)記錄兩個(gè)小球從起點(diǎn)到終點(diǎn)的所用時(shí)長(zhǎng)。之后，教師需要指導(dǎo)各組學(xué)生整理多次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，建構(gòu)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄈ绫恚?，同時(shí)，比較和分析表中數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

學(xué)生通過(guò)制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，既可以把零散的?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)整理，在數(shù)據(jù)對(duì)比分析過(guò)程中快速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，又能借此形成較強(qiáng)的抽象思維能力，提高模型分析與認(rèn)知的水平。

2.開(kāi)展實(shí)驗(yàn)論證活動(dòng)，發(fā)展推理思維

科學(xué)理論的理解與論證是實(shí)驗(yàn)的主要方向和主要目的。對(duì)此，教師為了讓學(xué)生形成較強(qiáng)的科學(xué)思維能力，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)開(kāi)展理論論證活動(dòng)。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論猜想、現(xiàn)象分析和科學(xué)論證，讓他們?cè)谏钊胨伎己徒Y(jié)論推導(dǎo)過(guò)程中，構(gòu)建科學(xué)思維體系，同時(shí)，得到推理思維的啟發(fā)和培養(yǎng)，在深入理解科學(xué)理論的同時(shí)，提升論證認(rèn)知的水平，提高實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

以教科版小學(xué)科學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“聲音”單元第3課《聲音是怎樣傳播的》教學(xué)為例。學(xué)生需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，知道聲音能夠在氣體、液體、固體中傳播，而不能在真空環(huán)境中傳播。對(duì)此，教師可以圍繞此單元知識(shí)點(diǎn)創(chuàng)建科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)聲音的傳播理論進(jìn)行猜想和驗(yàn)證，使其在實(shí)驗(yàn)結(jié)論推導(dǎo)和論證過(guò)程中，提高推理思維能力。例如，教師先用播放器在教室某個(gè)角落播放一段音樂(lè)，讓學(xué)生聆聽(tīng)音樂(lè)，感受聲音的傳播方式，引導(dǎo)他們對(duì)聲音的傳播知識(shí)進(jìn)行深入思考，并提出相關(guān)猜想。比如，班級(jí)各個(gè)位置的學(xué)生都能聽(tīng)到音樂(lè)，這說(shuō)明聲音是向四面八方傳播的。對(duì)此，有的學(xué)生提出如下猜想：聲音能夠傳播到教室的各個(gè)角落，是否因?yàn)榻淌抑谐錆M空氣？針對(duì)這一猜想，教師可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)論證活動(dòng)，讓學(xué)生用玻璃罩、抽氣筒、鬧鐘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷猜想是否準(zhǔn)確，并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生根據(jù)上述現(xiàn)象能夠確定之前的猜想是正確的，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論推導(dǎo)出科學(xué)理論，即聲音傳播需要介質(zhì)，聲音不能在真空中傳播。學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)猜想和實(shí)驗(yàn)論證的過(guò)程，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)理論的透徹理解，還能在分析和推導(dǎo)過(guò)程中形成良好的推理思維，提升科學(xué)思維能力。

3.梳理科學(xué)實(shí)驗(yàn)流程，發(fā)展邏輯思維

科學(xué)實(shí)驗(yàn)并不是盲目進(jìn)行的，而是要遵循嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、合理的、富有邏輯的?shí)驗(yàn)步驟，這樣才能透徹理解科學(xué)現(xiàn)象，真正明白科學(xué)理論的含義。對(duì)此，教師為了增強(qiáng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，提高學(xué)生的邏輯思維能力，提升他們的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)質(zhì)量，可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)過(guò)程梳理與設(shè)計(jì)活動(dòng)。在此項(xiàng)活動(dòng)中，教師需要為學(xué)生創(chuàng)造更加自由、更加靈活的實(shí)踐空間，讓他們自行梳理實(shí)驗(yàn)流程，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，并且，確保實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的科學(xué)性與合理性，在增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)有效性的同時(shí)，培養(yǎng)他們的邏輯思維能力。

以教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)“光”單元第6課《光的反射現(xiàn)象》教學(xué)為例。教師為了讓學(xué)生扎實(shí)掌握光的反射知識(shí)，可以開(kāi)展自主實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓他們自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，科學(xué)梳理實(shí)驗(yàn)流程，并在實(shí)驗(yàn)操作中理解光的反射概念，知道光的反射規(guī)律。首先，教師將班級(jí)學(xué)生分成多個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每組提供手電筒、卡紙、膠帶、白板、鏡子等實(shí)驗(yàn)材料，然后讓各組自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，規(guī)劃嚴(yán)謹(jǐn)合理的實(shí)驗(yàn)步驟，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。例如，有的小組對(duì)光的反射實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行交流討論，確定如下實(shí)驗(yàn)操作流程：用手電筒、卡紙等材料制作能夠發(fā)出狹窄光束的實(shí)驗(yàn)工具；用紙盒或不透光布營(yíng)造黑暗的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；在黑暗中用手電筒照射鏡子，讓鏡子反射的光照到白板上；調(diào)整手電筒方向，標(biāo)記光反射在白板上的不同位置；觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)光的反射概念，分析反射光的傳播特點(diǎn)和傳播規(guī)律。然后，此組學(xué)生再按照實(shí)驗(yàn)步驟動(dòng)手操作，最終得出“光碰到鏡面改變傳播方向，被反射回去，這種現(xiàn)象叫作光的反射”和“反射光沿直線傳播”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生通過(guò)梳理實(shí)驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，按步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，既可以高效認(rèn)知科學(xué)知識(shí)，又能在實(shí)驗(yàn)方案規(guī)劃和應(yīng)用過(guò)程中得到邏輯思維的培養(yǎng)，從而提升科學(xué)思維能力。

（二）利用實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，提高科學(xué)思維能力

科學(xué)課程的最終教學(xué)目的是讓學(xué)生客觀、科學(xué)地認(rèn)知世界，真正理解自然現(xiàn)象、人文現(xiàn)象，能夠用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。對(duì)此，教師可以在實(shí)驗(yàn)課程中創(chuàng)建解決實(shí)際問(wèn)題的活動(dòng)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，了解相關(guān)知識(shí)的實(shí)際用途，引導(dǎo)他們運(yùn)用創(chuàng)造性思維找尋高效解決問(wèn)題的方法。使其通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，完成知識(shí)探究與應(yīng)用任務(wù)，同時(shí)，得到創(chuàng)造性思維啟發(fā)，提高科學(xué)思維能力。

以教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)“工具與技術(shù)”單元第4課《改變運(yùn)輸?shù)能囕啞方虒W(xué)為例。此節(jié)課圍繞“車輪”主題展開(kāi)，學(xué)生需要通過(guò)完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，了解車輪的運(yùn)動(dòng)原理，知道車輪的實(shí)際用途，知道車輪對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響，掌握用各種指標(biāo)判斷物體運(yùn)輸效果的方法，能夠正確選擇高效的運(yùn)輸工具。對(duì)此，教師可以提出“裝有車輪的運(yùn)輸工具有哪些優(yōu)勢(shì)？”“如何快速運(yùn)送重物？”等問(wèn)題，讓學(xué)生圍繞問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，判斷各種運(yùn)輸工具的運(yùn)輸效果，總結(jié)車輪的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)造性地解決運(yùn)輸問(wèn)題。例如，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生先用繩子、木板、車輪等材料制作平板、木牛流馬和小推車運(yùn)輸工具，再將沙袋分別放入三個(gè)工具之中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作，探索各運(yùn)輸工具的特點(diǎn)，最終確定適合運(yùn)輸重物的工具。比如，學(xué)生分別推動(dòng)平板、木牛流馬和小推車，讓三個(gè)工具載著同等重量的沙袋，沿著同一條曲線運(yùn)動(dòng)，記錄每個(gè)工具的運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)、每種工具的用力情況及其他指標(biāo)，分析各項(xiàng)工具的運(yùn)輸特點(diǎn)。比如，平板運(yùn)輸用時(shí)最長(zhǎng)，不易轉(zhuǎn)彎，且消耗體力；木牛流馬雖然轉(zhuǎn)彎相較于平板更省力，但反復(fù)抬起和落下的動(dòng)作更加消耗體力，且穩(wěn)定性差；小推車不僅速度最快，而且省時(shí)省力，轉(zhuǎn)彎也更為靈活，運(yùn)動(dòng)過(guò)程也更加平穩(wěn)。最終，各組學(xué)生得出“用帶有車輪的工具運(yùn)輸重物更為方便”這一結(jié)論。學(xué)生通過(guò)制作實(shí)驗(yàn)工具，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，能夠直觀感受到有車輪運(yùn)輸工具的優(yōu)勢(shì)，知道車輪在實(shí)際生活中的主要用途，同時(shí)，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中提高創(chuàng)造性思維能力，提升解決實(shí)際問(wèn)題的水平。

綜上所述，在小學(xué)科學(xué)課程中，教師可以采用多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，利用多樣化實(shí)驗(yàn)活動(dòng)啟發(fā)學(xué)生的各種思維，如邏輯思維、推理思維、創(chuàng)造性思維等，讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)探知、動(dòng)手操作過(guò)程中加深對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)，形成較強(qiáng)的科學(xué)思維能力。

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