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在科学探究中促进学生思维发展

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  [摘 要]科学探究是科学学习的外在形式,学生科学思维的发展是科学学习的核心目标。科学探究中,注重学生思维的训练,对促进学生思维的发展、科学素养的形成至关重要。教师要将学生思维方法的习得、思维能力和品质的培养渗透于科学探究活动的始终,在设计方案中,提升学生思维的严谨性;在实践操作中,培养学生思维的深刻性;在分析数据中,提升学生思维的系统性;在强化说理中,发展学生思维的批判性。
  [关键词]科学教学;科学思维;科学探究
  [中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068(2019)15-0078-02
  科学探究是科学学习的外在形式,学生科学思维的发展是科学学习的核心目标。提出问题、做出假设、制定计划、收集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价等探究环节,离不开学生科学思维的参与,每一个环节都会涉及多个科学思维方法。只有充分运用这些思维方法,在演绎、归纳、整理中理性思考,学生的科学思维才能逐渐形成与发展。
  一、在设计方案中,提升思维的严谨性
  实验方案的设计是科学探究活动的重要环节,是将头脑中内在的想法显性化,并尝试进行程序化的假设过程。探究前的设计实验、制定方案往往比动手实验更能启迪和培养学生的思维。受知识经验不足和身心发展不够成熟的限制,学生考虑问题往往缺乏周密性,解决问题的方法往往粗糙、片面、缺乏科学性。因此,教师要引导学生在探究前进行方案设计,做到合理有序、方法得当、考虑周密、科学严谨,减少和避免学生观察与实验的随意性、盲目性。如实验的目的、变量的控制、操作的步骤、应当注意的事项等,教师可先让学生充分思考和讨论,必要时及时介入,通过生生之间、师生之间开展全面、多向的交流与讨论,使学生思维碰撞出火花,逐步完善设计方案。
  例如,苏教版四年级上册《冷热和温度》一课的教学重点是引导学生通过连续测量一杯热水的温度,发现热水变凉过程中温度变化的规律。如果教师直接把测量的方法、步骤、注意事项等告知学生,让学生按部就班地操作,教学过程不但清晰快捷,而且教学任务也能顺利完成。但如此一来,学生只是机械地操作,缺乏思维的参与和训练。所以,教学中,教师要围绕测量水温的任务,重点引导学生进行以下思考与交流。
  1.想一想,测量中需要哪些器材?
  2.使用温度计测量要注意什么?有什么办法能把温度计给固定住?
  3.间隔多长时间测一次?怎样计时?什么时候做第一次记录?
  缺乏思维的参与,探究往往只能停留在操作层面。通过思考、讨论、交流,学生逐步完善实验方案,思维始终参与其中,并且朝着科学、严谨、周密的方向发展。
  二、在实践操作中,培养思维的深刻性
  学生的思维发展是由具体形象思维逐步向抽象逻辑思维过渡的。据此,学生通过亲历探究活动、实践操作获取感性认知、直接经验,再经过分类、类比、推理、抽象、概括等思维过程深化认知。这既有利于科学概念的形成,又有利于拓展思维的广度和深度。
  例如,教学苏教版五年级上册《简单电路》时,教师给学生提供了1节干电池、1颗小灯泡、2根导线,让学生采用试碰法,使小灯泡亮起来,并准确画下线路连接方法,比比看谁的方法多。课堂上,学生兴趣盎然,忙得不亦乐乎,点亮灯泡的兴奋得跳起来,尚未点亮灯泡的急得满头汗。操作结束后,教师收集各小组的线路图,全部呈现在黑板上,引导学生观察探讨灯泡亮起来的规律。学生经过观察、比较、分析、概括等一系列思维活动,达成了只有让电流从正极通过负极形成一个完整的电路,小灯泡才能亮起来的共识。
  以上案例中,教师充分发挥学生乐于探究、喜爱动手的特点,让学生在动手操作中寻找点亮小灯泡的方法,并通过画图这种使思维可视化的手段,引导学生进行比较、分类、分析、概括等思维训练,探究科学规律。
  三、在分析数据中,提升思维的系统性
  信息和数据是科学实证的重要依据。学生在获得相关实验信息和数据之后,需要进行梳理分析,做出判断,得出结论。在这个过程中,学生将综合运用信息和数据,基于理性分析,经历思维批判,将直觉概念上升为科学概念。
  例如,教学苏教版四年级下册《小车的运动》一课时,教师组织学生做“拉力大小与小车运动快慢的关系”的实验,并把各小组测量的数据汇总在一张表上,如下表:
  从表中来看,大多数小组完成了3次实验,第1组和第2组分别完成了4次和5次实验,第4组只完成了两次实验。学生动手能力和合作效能不同,小组之间的实验进度有所差异,出现这样的情况也属正常。如果仅从追求结果的角度出发,学生凭借该表数据获得“拉力越大,小车运动越快”的结论是没有问题的。可是如果从培养学生思维系统性的层面出发,表中的数据还有待分析。教师引导学生从以下角度进行数据分析:
  师:请仔细观察汇总表,你觉得哪个小组的数据比较有说服力?为什么?
  生1:我觉得第2组的数据有说服力,因为他们测量了5次,有5个数据,其他组的数据没有他们多。
  生2:获得的数据越多,越有說服力。
  师:我非常赞同你的观点。对比实验中,实验次数越多越接近事实。从第2组的数据中,我们能得出什么结论?
  生3:拉力越大,小车运动就越快。
  师:要是只凭第2组的数据得出结论,你们认为科学吗?
  生4:我认为不科学,第2组的数据仅仅是他们这个小组测到的结果。
  师:你的意思是第2组的数据只能代表他们组的结果,只看一个小组的数据,比较片面是吗?
  生4:是的,数据还是不够多。
  师:应该怎么办呢?
  生4:每一组的数据都要看。
  生5:如果每一组的数据都能证明“拉力越大,小车运动越快”,说明这个结论是科学的。   师:你们同意吗?
  生:同意。(多数学生点头示意)
  师:好。请你们观察全部数据,看看是不是每个小组的数据都能证明“拉力越大,小车运动越快”的结论。
  (学生再次观察数据,一致同意拉力的大小与小车运动的快慢有重要的关系)
  接下来,教师引导学生进行组间数据的纵向对比。如小车挂6个垫圈时各个小组的数据是4.0、4.1、4.1、3.6、3.1、4.3、4.2、3.1,每一组的数据有所不同,这再一次引发学生对数据差异原因的思考。通过交流,学生从主观和客观两方面寻找导致差异的原因,意识到实验需要精益求精,应积极思考如何为结论提供真实有效的数据。
  纵横对比数据,多角度地分析数据,培养了学生尊重事实的意识,使学生考虑问题、解决问题的思维朝着系统、全面的方向发展。
  四、在强化说理中,发展思维的批判性
  语言是思维的工具,是思维的外壳。加强科学课堂的语言训练,特别是说话有理有据的训练,是发展学生思维严密性、批判性的有效途径。例如,教学苏教版六年级上册《蜡烛的变化》一课时,在学生做完加热白糖的实验后,师生进行了如下对话:
  师:白糖最后变成了黑色的物质,那它还是白糖吗?
  (学生稍许沉默,接着三三两两地开始轻声讨论,教师静静地等待)
  生1:我觉得还是白糖。
  师:为什么你这样认为?
  生2:虽然加热时间长了,白糖颜色发生了变化,但白糖还是白糖。
  生3:我也觉得是白糖。
  师:说说你的理由。
  生3:我们加热白糖时并没有添加其他物质,虽然白糖由白色變成黑色,但糖还是原来的糖,这个没有变。
  师:你们不但说出了自己的判断,还讲出了判断的理由和依据,这非常好!说话有理有据,才能让人信服。
  生4:老师,我认为加热后白糖就不是白糖了。
  师:你的理由和依据又是什么呢?
  生4:我偷偷尝了下,它是苦的,而白糖是甜的,味道不一样了。
  (教师点头表示赞许)
  生5:我也认为不是白糖了。大家想想,水变成冰,冰还能变成水,但是白糖加热到最后发黑了,不能变回白糖了。
  师:(竖起大拇指)你都会列举水的形态变化来佐证自己的观点了,了不起!
  生6:我也认为那不是白糖。肉烧焦了就不能吃了,它里面的蛋白质成分也会发生改变。同理,白糖烧焦后,成分发生了改变,不再是白糖了。
  学生通过摆事实、讲道理,逐渐明白白糖加热到最后的物质从颜色、气味、味道等都有别于白糖,变成了其他物质。
  问题的抛出,引发了学生的思维冲突。学生轻声讨论时,教师不打断,不着急,给予他们充足的时间进行思维碰撞。在交流中,教师通过“为什么你这样认为”“说说你的理由和依据”等问题,引导学生利用证据思维,有条理地对自己的结论进行阐释。长此以往,学生的证据意识会不断增强,批判性思维能力也会进一步提升。
  总之,教师要借助科学探究这一“脚手架”,在探究活动的各个要素和环节中挖掘思维训练的点,拓宽思维发展的面,渗透思维方法的训练,逐步提升学生的思维能力,培养学生的思维品质,助推学生科学素养的形成。
  (特约编辑 木 清)
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