在實驗課堂提升學(xué)生思維能力

〔摘 要〕 《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出要發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力。教師在實際教學(xué)中，要在實驗設(shè)計中促進(jìn)學(xué)生思維興趣的培養(yǎng)，在實驗過程中促進(jìn)學(xué)生思維過程的訓(xùn)練，在實驗結(jié)束后促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；科學(xué)思維能力；實驗教學(xué)；策略

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 21 082-084

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出要發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，主要包含模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維。小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要途徑，也是最有效的載體。在實驗教學(xué)中，需注重實驗設(shè)計的啟發(fā)性，關(guān)注實驗過程的思維性，促進(jìn)學(xué)生思維進(jìn)階，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力，通過實驗教學(xué)的不同階段滲透思維指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

一、注重在實驗設(shè)計中促進(jìn)學(xué)生思維興趣的培養(yǎng)

曾寶俊老師指出：實驗教學(xué)要注重激發(fā)學(xué)生的好奇心。在實驗設(shè)計中，思維興趣的培養(yǎng)是一個核心目標(biāo)，它有助于學(xué)生更深入地理解實驗內(nèi)容，提高實驗操作的積極性，并激發(fā)他們進(jìn)一步探索的欲望。教師在實驗設(shè)計中要注重創(chuàng)設(shè)有效的學(xué)習(xí)情境，通過引導(dǎo)學(xué)生觀察自然事物、自然現(xiàn)象、自然變化，幫助學(xué)生學(xué)會觀察、提問、假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生通過實驗、分析和結(jié)論等獲取科學(xué)知識，形成科學(xué)思維能力。

首先，選擇與學(xué)生生活緊密相關(guān)的主題。如在四年級上冊“食物在身體里的旅行”實驗中，學(xué)生每天都要吃下食物，但是食物是如何在身體內(nèi)部進(jìn)行消化的呢？不同的消化器官又分別起到什么作用呢？學(xué)生非常期待通過實驗解決自己的疑問。這樣的思維興趣正是學(xué)生開始學(xué)習(xí)科學(xué)知識的起點。因此，應(yīng)設(shè)計具有探索性的實驗步驟，讓學(xué)生自己設(shè)計食物消化過程的模擬方案，或讓他們根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象提出自己的假設(shè)。

其次，采用多樣化的實驗形式和工具。如在六年級上冊“各種各樣的能量”的實驗教學(xué)中，在教學(xué)導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師準(zhǔn)備橡皮筋動力飛機(jī)，簡要介紹其工作原理。然后，邀請幾位學(xué)生上臺試飛，讓其他學(xué)生觀察飛機(jī)的飛行狀態(tài)。在這個過程中，教師提供的橡皮筋動力飛機(jī)是學(xué)生進(jìn)行實驗的用具，為課堂上的實驗提供了支架，幫助學(xué)生逐步揭示橡皮筋動力飛機(jī)的工作原理和能量轉(zhuǎn)化過程，解釋了橡皮筋被拉伸時儲存了彈性勢能，當(dāng)釋放時，彈性勢能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的動能，使其得以飛行，加深學(xué)生對能量概念的理解。

最后，利用現(xiàn)代科技手段。很多小學(xué)科學(xué)實驗只能觀察到實驗“成功”的過程。如關(guān)于電的并聯(lián)和串聯(lián)，如果連接錯誤，則可能帶來危險。但是在操作中，如果連接不正確，會產(chǎn)生怎樣的現(xiàn)象？教師就可以在實驗準(zhǔn)備階段，運用數(shù)字化的手段，模擬各種實驗現(xiàn)象，使實驗過程更加生動、直觀，從而提高學(xué)生的興趣。還可以借助多媒體技術(shù)設(shè)計一些有趣的實驗小游戲或競賽，讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中學(xué)習(xí)。

二、注重在實驗過程中促進(jìn)學(xué)生思維過程的訓(xùn)練

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在不同學(xué)段的目標(biāo)中都指出，在實驗過程中要制訂“比較完整的探究計劃”。要通過具體的設(shè)計方案，促進(jìn)學(xué)生在實驗過程中發(fā)展思維，培養(yǎng)觀察能力、分析能力和歸納能力。引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)，歸納實驗結(jié)果，從而培養(yǎng)他們的邏輯思維和歸納思維。同時，教師還應(yīng)鼓勵學(xué)生提出自己的見解和疑問，讓他們在交流中鍛煉批判性思維。

一是引導(dǎo)觀察與記錄。在實驗過程中，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，并記錄詳細(xì)的數(shù)據(jù)和觀察結(jié)果。通過對比實驗前后的變化，以及分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，學(xué)生可以鍛煉自己的觀察力和分析能力。如在三年級上冊第一單元“水沸騰了”的教學(xué)中，教師可以設(shè)計一個簡單的實驗，讓學(xué)生觀察并記錄水在加熱過程中的變化。在實驗開始前，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：“水在加熱時會發(fā)生什么變化？為什么會有這樣的變化？”這樣的問題能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，并引導(dǎo)他們主動思考水的加熱過程。在實驗中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生觀察水加熱后的變化，并記錄實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生可以觀察到水開始冒泡、溫度逐漸升高，最終水會沸騰。同時，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生觀察水蒸氣的形成，并思考水蒸氣與液態(tài)水之間的關(guān)系。在實驗觀察的基礎(chǔ)上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：“水為什么會從液態(tài)變成氣態(tài)？氣態(tài)的水和液態(tài)的水有什么不同？”通過這樣的問題，教師可以幫助學(xué)生理解水的三態(tài)變化及其原理，并引導(dǎo)他們深入思考物質(zhì)狀態(tài)變化的本質(zhì)。

二是提出問題與假設(shè)。鼓勵學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象提出問題，并嘗試提出合理的假設(shè)。這可以激發(fā)他們的好奇心和探究欲望，同時培養(yǎng)他們的問題解決能力和邏輯思維能力。如在“植物向光性”實驗研究中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)教室植物角的植物總是朝著陽光生長，即使將花盆轉(zhuǎn)動位置，它們?nèi)匀粫匦抡{(diào)整方向，使葉子和莖朝向光源。這個現(xiàn)象引起了學(xué)生的好奇心，他們提出問題：為什么植物會朝著陽光生長？是什么因素導(dǎo)致植物的這種生長方向？這樣的問題源于學(xué)生對生活的科學(xué)觀察，喚醒了學(xué)生的生活經(jīng)驗，是值得研究的科學(xué)選題，因而具備了科學(xué)思維的價值。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，提出假設(shè)是科學(xué)探究過程中的重要環(huán)節(jié)。教師需要確保學(xué)生對所探究的科學(xué)問題有充分的理解和認(rèn)識。這意味著在提出假設(shè)之前，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行仔細(xì)思考，明確問題的核心和關(guān)鍵點。只有當(dāng)學(xué)生對問題有了清晰的認(rèn)識，他們才能提出有針對性的假設(shè)。教師在引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)時，要注重激發(fā)他們的思維活躍度。這可以通過提供多種情境、案例或?qū)嶒瀬韺崿F(xiàn)，讓學(xué)生在不同的情境中觀察和思考，從而拓展他們的思維廣度。同時，教師還可以鼓勵學(xué)生進(jìn)行小組討論或角色扮演等活動，以促進(jìn)他們之間的交流與合作，激發(fā)更多的創(chuàng)新思維。教師也要尊重學(xué)生的個體差異，允許學(xué)生提出不同的假設(shè)。每個學(xué)生的思維方式和認(rèn)知水平都有所不同，因此他們提出的假設(shè)也會有差異。教師應(yīng)該尊重這些差異，并鼓勵學(xué)生勇敢地表達(dá)自己的想法。在這個過程中，教師可以通過提問、引導(dǎo)或討論等方式，幫助學(xué)生完善和優(yōu)化他們的假設(shè)。

三是分析與解釋數(shù)據(jù)。指導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)的科學(xué)知識和方法，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋。通過對比、歸納、演繹等思維方法，學(xué)生可以深入理解實驗現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，提升他們的思維深度和廣度。如在“加快溶解”實驗中，對于加快溶解的方法，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗粗略地知道攪拌、加熱可以加快溶解，但并不確定。教師可以引導(dǎo)學(xué)生運用對比實驗的方法驗證，通過改變溫度、攪拌等，觀察記錄實驗結(jié)果，從而幫助學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)解釋，得出結(jié)論。接著可以鼓勵學(xué)生課后繼續(xù)探究更多加快溶解的方法，利用實際數(shù)據(jù)驗證。在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中，分析與解釋數(shù)據(jù)是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它有助于學(xué)生深入理解實驗現(xiàn)象，掌握科學(xué)規(guī)律，提升科學(xué)思維。在開始分析數(shù)據(jù)之前，教師和學(xué)生都需明確為什么要收集和分析這些數(shù)據(jù)，以及這些數(shù)據(jù)將如何支持對實驗結(jié)果的解釋和理解。只有明確了分析目的，才能有針對性地選擇合適的方法和工具進(jìn)行分析。在收集數(shù)據(jù)時，應(yīng)使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法，避免因為操作不當(dāng)或測量誤差導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。在整理數(shù)據(jù)時，可以按照實驗的不同階段、不同變量或不同組別進(jìn)行分類整理，以便更好地比較和分析數(shù)據(jù)。通過分類整理，可以清晰地看出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和趨勢，為后續(xù)的解釋和討論提供基礎(chǔ)。

四是開展討論與交流。組織學(xué)生進(jìn)行小組討論或全班交流，分享各自的實驗過程和思考。這不僅可以檢驗學(xué)生的理解程度，還可以培養(yǎng)他們的表達(dá)能力和合作精神。在討論中，學(xué)生可以相互啟發(fā)、補(bǔ)充和修正，從而深化對實驗內(nèi)容的理解。在《整理我們的天氣日歷》一課中，教師通過先后呈現(xiàn)氣溫、雨量、風(fēng)力等真實數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生思考天氣日歷呈現(xiàn)哪些氣象數(shù)據(jù)及如何呈現(xiàn)才能清晰展示天氣狀況，建立氣象數(shù)據(jù)與天氣狀況之間的聯(lián)系。學(xué)生經(jīng)過展開交流對話，最終完成了科學(xué)小報的編輯。在這樣的任務(wù)中，學(xué)生的思維得到啟發(fā)與激活，科學(xué)思維得到有效發(fā)展。

三、注重在實驗結(jié)束后促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升

拓展，就是在已有科學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上增加新的認(rèn)知。在實驗教學(xué)中，學(xué)生通過實驗獲得的知識，需要從課堂走向生活，讓學(xué)生在具體的運用中進(jìn)一步重構(gòu)知識，在重構(gòu)中實現(xiàn)科學(xué)思維的進(jìn)階發(fā)展。

一是引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)。課堂上的科學(xué)實驗往往不能“窮盡”所有的實驗內(nèi)容，這時候就可以引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)性的問題：如果使用不同的材料，結(jié)果會變化嗎？如果改變實驗的過程，結(jié)果會變化嗎？如果增加實驗的時間，結(jié)果會變化嗎？多問幾個為什么，能夠?qū)W(xué)習(xí)引向更廣闊的天地。如在四年級下冊第二單元“點亮小燈泡”的實驗中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會了“自制簡易電池”的實驗，可以引導(dǎo)學(xué)生在了解電池基本原理的基礎(chǔ)上，嘗試使用不同的水果或蔬菜，觀察發(fā)光情況的變化并且進(jìn)行實驗觀察，記錄發(fā)光情況，如亮度、持續(xù)時間等。

二是鼓勵學(xué)生走向應(yīng)用。學(xué)生科學(xué)思維的進(jìn)階發(fā)展需要在具體的生活中得到實現(xiàn)，將科學(xué)實驗的原理、結(jié)論等運用于學(xué)生的日常生活，有著重要的意義?？蛇x擇學(xué)生日常生活中常見的事物或現(xiàn)象作為實驗主題，如植物的生長、水的循環(huán)、光的折射等。關(guān)注學(xué)生感興趣的話題，如制作自己的彩虹、探究冰激凌融化的原理等。鼓勵學(xué)生以家中的日常用品作為實驗材料，如鹽、糖、醋、紙巾等，讓學(xué)生感受到科學(xué)就在身邊。引導(dǎo)學(xué)生觀察生活中的物品，發(fā)現(xiàn)其中的科學(xué)原理。

三是設(shè)計“長程”實驗任務(wù)。很多時候，實驗無法在課堂上全部完成，教師就可以布置一些“長程”任務(wù)，鼓勵學(xué)生進(jìn)行持續(xù)實驗。如讓學(xué)生觀察家中植物的生長情況，記錄數(shù)據(jù)并撰寫觀察報告。教師可在課堂上明確觀察目標(biāo)，如了解植物的生長過程、觀察其形態(tài)變化等。鼓勵學(xué)生選擇家中容易觀察且生長周期適中的植物，如綠蘿、吊蘭等盆栽植物。讓家長幫助學(xué)生準(zhǔn)備一些基本的觀察工具，如尺子、放大鏡、相機(jī)或手機(jī)等，以便準(zhǔn)確記錄植物的生長情況。借助科學(xué)學(xué)習(xí)單，讓學(xué)生每天或每隔幾天觀察一次植物，并記錄其生長情況。觀察時要注意植物的葉片、莖干、根系等部位的變化。借助數(shù)據(jù)表記錄數(shù)據(jù)，如記錄植物的高度、葉片數(shù)量、顏色變化等。同時，也可以記錄觀察時的天氣、溫度、光照等環(huán)境因素。在此基礎(chǔ)上，完成觀察報告。

四是開展課外實踐活動。上海科技館館長倪閩景認(rèn)為，“只靠聽、看、說，不可能培育出真正的科創(chuàng)能力，需要進(jìn)一步加大實驗教學(xué)，改變以講故事、看實驗、做習(xí)題為主的科學(xué)教育方式”。帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)科技館，可以有效拓寬學(xué)生的科學(xué)視野。如教學(xué)六年級下冊《宇宙》時，就可以帶領(lǐng)學(xué)生通過線上游覽的方法走進(jìn)國家或世界科技館，了解人類探索宇宙的歷史和我國在宇宙探索方面取得的成就。此外，可鼓勵學(xué)生有時間到不同的科技館實地感受宇宙的奧秘。如在五年級下冊《合理利用能源》的學(xué)習(xí)中，可帶領(lǐng)學(xué)生開展“合理利用能源，我能做什么”的研究活動。

總之，在小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)中提升學(xué)生的科學(xué)思維能力，需要關(guān)注實驗教學(xué)的不同階段，激發(fā)學(xué)生參與科學(xué)探究的熱情，為學(xué)生提供進(jìn)行實驗探究的載體，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)生活中不斷拓展科學(xué)認(rèn)知，在手腦并用中讓思維真正發(fā)生，讓素養(yǎng)真正發(fā)展，讓課程標(biāo)準(zhǔn)得以落地。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見[S]北京：教基〔2019〕16號，2019（11）.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[3]劉默耕.劉默耕小學(xué)自然課改革探索[M].湖北：湖北教育出版社，1998.

[4]祝守宏.例談小學(xué)科學(xué)實驗器材改進(jìn)與準(zhǔn)備原則[J].天津教育，2020（27）：177-178.

[5]王憲芳.有針對性的教學(xué)要“扶”“放”有度[J].基礎(chǔ)教育課程，2009（7）：34-35.