结构性思维给科学教学的思考

潘德顺

所谓结构，是指系统内部各要素之间的组织形式、结合方式或排列顺序，它具有整体性、层次性、有序性和相对稳定性。任何事物都具有特定的结构，并通过结构来表明自己存在的价值和意义——高楼大厦有框架结构和楼层，企业有金字塔结构和管理层，文章有大纲结构和段落层次……当我们在观察这些结构和层次时，自然也就在脑海里形成了结构和层次的印象。

结构性思维，是指从结构的视角分析事物的一种方法，强调从系统的结构去认识客观事物，并从中寻找最优结构，以获取最佳系统效能的思维方法。结构思维作为一种重要的思想范式，在世界观和方法论的体系中。在我们的思维过程和研究活动中，有其特殊的地位，发挥着重要的作用。计算机的发明就是西方结构性思维的产物，它把整个世界解析成最简单的0和1。解决复杂问题最重要的是需要结构性思维。结构性思维首先要分析，分析这个问题有哪些矛盾，每一层矛盾是什么，然后对各层次的矛盾进行排序，根据排序建立层级结构，再根据每一层次的结构反向还原成单一的点的知识。把点连接起来，形成一条条的线。由这些纵横交叉的线扩散开去，形成一个整面。形象地说，复杂问题的解决就是一个个“面”螺旋上升的过程。每一梯级按照“点、线、面”这样的层次进行分析解决，然后寻找下一个梯级的突破点。所以说，科学的根本的思维方法就是结构性思维方法。

对于小学科学课程而言，课堂教学的设计要充分考虑学生的结构性思维，不能胡乱的堆砌，盲目的安排，应根据儿童思维特点层层递进，逐层深入。学生的思维才会清晰，对所学的知识才会系统的整理与归纳。但在我们的课堂教学中，许多教师的表面文章做的“匠心独运”：热闹活泼的课堂气氛、充足完备的实验材料、亦步亦趋的课堂教学，从训练学生的结构性思维来反思这些现象：热闹的课堂就是好课吗?完备的材料就是探究吗?有序的教学就是有效吗?

反思一：热闹的课堂就是好课吗?

许多教师上科学课追求热闹、活泼的氛围。他们认为：科学课上学生越活泼越好，甚至是认为越乱越好。手段“先进”，形式花哨，“表面繁荣”，“议论声、争辩声、操作声，声声入耳”，看起来热热闹闹，似乎只有这样才能充分体现学生的主体性，充分调动学生的探究欲，充分激发学生的创造热情。热闹的课堂真是好课吗?从培养学生的结构性思维的角度审视、深入探究这些课堂的成因，深入思考这些课堂的生成，我们可以看出在这些热闹的背后，隐射的是一些科学教师对科学探究学习方式的误解或是片面理解，在这些课堂中，学生往往搞不清自己在探究什么、为什么做这些活动、要观察哪些现象，对观察到的现象应该怎样解释或者说明。在表面热闹的背后是学生不能静下心来思考问题，不能沿着探究的方向逐层深入的探求科学的规律，结构性思维的训练被热闹的动手操作、无序的课堂所代替。

为了赢取热闹的效果，多安排实验与活动，确实是以活动组织了教学，但学生只是在操作，没有思考的余地，或仅有的一点思考也是片面的，零乱的，没有系统的形成知识点。对此，江苏省教育室科学教研员、著名科学教学专家卢新祁老师敏锐地对这样的课堂成因和机理进行了深刻分析，对这种热闹的课堂指出了批判，并提出了“安静、沉稳、思辨”的理想科学课堂，只有静心才能深入思考，只能沉稳才能有序进展，只有思辨才能发现科学的真谛。

从学生的结构性思维训练来审视科学教学，“热闹”应该不是表面的繁华，不是声声入耳的喧闹，而应是民主的课堂、开放的课堂，并且以学生的结构性思维训练为前提，把课堂还给学生，让课堂充满生命活力。这种课堂的“活力”，是师生作为参与者具有个性生命价值的重要体现。

开放的课堂要“开放”和“有序”。“开放”是充分肯定和尊重学生“学”的主性地位，学生在课堂上享有相当的主动权，拥有积极思维和参与教学活动的充分余地。“有序”指课堂教学的进程、活动的组织、学生思维的训练是渐进式的，学生必须在活动中学习，在活动中思维，让学生在课堂中有充分的思考的时间，充分表达的机会，培养和提高他们的思维能力。

[课例1]

在上《磁铁有磁性》一课时，有位教师创设了这样一个情境：

师：请大家仔细观察，看看有什么奇怪现象发生。(老师边说边将一根条形磁铁平放到一堆回形针上。然后拿了起来，水平呈现在学生眼前)

生1：磁铁能吸住许多回形针。

生2：有的地方吸得多，有的地方吸得少。

师：你能说得具体点吗?

生2：磁铁的两端吸得多。中间吸得比较少。

师：你的回答不但科学，而且具体。同学们，看到这个现象，你们想到了什么?

生3：磁铁两端的吸力较强，中间部分较弱。

师：这种吸引力我们称它为磁性。

生4：磁铁越靠两端磁性越强。越靠中间磁性越弱。

师：如果在这句话的前面再加上“可能”一词，就更科学了，因为这是我们猜想的，还没有经过实验验证。现在同学们能设计一个实验来验证一下这个假设吗?

在这个演示实验中，这位教师并没有为了尽快得到“磁铁越靠两端磁性越强，越靠中间磁性越弱”这一科学结论而直奔中心，而是将实验作为一种生活现象呈现在学生面前，让学生充分感知，在教师的引导下，学生的思维伴随着观察一步步走向深入，逐渐认识到事物现象后面的本质，经历了“现象——问题——假设——验证——结论”的科学过程，在这个过程中训练了学生的结构性思维。

反思二：完备的材料就是探究吗?

科学课程标准指出：“心理学研究表明，对于儿童来说，态度的形成需要实践的过程，技能的形成需要反复的模仿练习，而知识的获取主要通过感性经验的积累，他们常常依靠动手操作来认识和理解世界，而他们所能认识和理解的也往往局限于他们自己可以动手操作的具体事物。”

所以，准备充足的实验材料对于科学课来说是至关重要的，但许多教师在上科学课时，实验材料准备的很充分，但教学效果并不理想。

[课例2]

一位教师执教《我们周围的空气》时，有这样一个教学片段：

师：你们想用什么方法研究空气呢?

生：用玻璃杯扣住空气。

生：用塑料袋兜住空气。

生：在气球中吹入空气。

师：好，你们想怎么玩就怎么玩，开始!

学生一听“开-就不迫不及待地动用做起来，有的用玻璃杯扣空气，有的用塑料袋兜空气，有的往塑料袋、气球里吹气。采集到空气后，有的孩子把塑料袋抛来抛去，有的孩子用手猛按塑料袋，教室里“啪”“啪”声音不断，此起彼伏，整个课堂欢声笑语。教学无法延续，教师大声喊着“安静、安静”。但学生依然我行我素。

完备的实验材料成为学生玩耍和作乐的工具，不仅没有达到预定的教学效果，更谈不上对学生结构性思维的训

练，所以，对于实验材料的准备，要有结构性，活动中的学具要有严密的结构。“学具的种类和组合以及交给孩子们的次序就是学具的结构，所谓结构严密指的是各个学具之间、学具与教学内容和教学目标之间具有紧密的联系。”孩子们面对有结构的学具，可以产生自主活动的冲动，产生科学问题，不需要教师的“开场白”。而面对无结构或结构松散的学具，孩子们往往陷入迷茫之中，从而产生杂乱无章的问题，因此，往往要老师“拨乱反正”，最终自己被迫提出科学问题来。

不是准备了材料发给学生就是探究，不是学生操作了就是探究，教师把材料交给学生活动，不但自己要明确，还得让学生知道，为什么要做这些活动，以充分调动学生的内因，发挥他们的积极性、主动性和创造性，让学生带着问题去活动，带着问题去思考，不是单纯地玩，而是学习研究。在课例2中。教师要交待清楚学生怎样去观察空气：可以用鼻子闻，用眼睛看，用手摸等多种感官去感知，看谁的观察最细致，看谁的发现最多，学生带着思考带着问题去研究，自然不会乱成一团，自然不会无序，然后再组织交流玩法和发现的问题，并进行研讨，材料的思维训练价值才能得以体现。

反思三：有序的教学就是有效吗?

有些课堂教学看起来环环相接，一步一步让人目不暇接，学生却不能对所探究的问题深入思考，即使回答也是低质量的，浮于表面的，课堂中的活动本身所蕴含的知识能力太浅，没有太多的思维训练成分。教师看起来给予了学生充分的自主探究的权利，学生有说的、有做的，一节课下来，许多学生竟然不知道这节课究竟学了什么?其实，活动不过是玩游戏的过程而已，学生在玩完之后，各个方面有没有得到真正意义上的提高，这样的课堂虽有序，但无效。

许多教师的教学完全依照自己的设计思路牵着学生的鼻子走，名义上是探究，实质只不过是教师划定圈内的活动。有些教师的教学环节设计精确到几分几秒，整节课就像是走马观花，一路高歌，似乎就是为了完成他既定的时间。学生对某一问题刚有所思考的时候，已经进入第二环节，浅尝辄止。

著名特级教师路培琦在《摆》一课中，让学生用20分钟的时间做一个15次／lO秒的摆，这是一个学生自主探究的过程，也是思维由浅入深训练其结构性思维的过程，能否成功做出一个15次／10秒的摆，绝不是路老师的终极目标，提出这样一个活动要求目的在于引起学生对自己做摆过程的关注；关注做摆过程中产生的问题；关注做摆过程中问题的解决方法；关注自己在做摆的过程中的思维过程。当把摆做成功的时候不正是对摆的本质了解的时候吗?在这样的过程中不正是对学生结构性思维极好的训练吗?

对孩子结构性思维的训练的关注与否应该作为评价一节科学课优劣的标准，如果在课堂上我们都能以“训练学生的结构性思维”为理念指导我们的科学教学，那么，科学课的活动会产生更大的效益，孩子的科学素养会得以迅速提升。