发展学生思维 促进概念形成

　　摘 要：逻辑推理能力是科学素养的重要因素。运用逻辑推理是科学探究的重要方法。在小学科学课程的探究活动中，要注重培养学生的逻辑推理能力。为此，要设计有结构的问题，提供有结构的学具，创设有结构的活动，重视课外活动。
　　关键词：科学探究；逻辑推理；问题；材料；活动
　　中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2011）09-0054-04
　　
　　小学《科学课程标准》指出：小学科学是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程。
　　科学课程突出了科学探究在科学学习过程中的重要性，将其放在科学教育的中心环节上，着力于发展每一个学生对科学的理解力和从事科学探究的能力，核心目标是提高学生的科学素养。而“具有初步推理能力，能从个别推出一般，或从一般识别个别；具有初步分析、归纳、综合的能力，能对事物、现象的各个方面或各个部分加以分析、综合，认识局部与整体的关系”也正是9～12岁儿童应该具有的科学素养之一。
　　在汉语语义上逻辑推理有两个含义：其一指“由一个或几个已知的判断（前提）推出新判断（结论）的过程”；其二指论证，即通过辩论，运用论据来证明论题的真实性的过程，目的是为所获得的特定结论提供理由。 结合小学科学的科学探究活动，所谓的逻辑推理是指学生通过激活原有经验，理解分析当前的问题情境，通过自然观察或实验取得证据，借助于推理提出现象或结果产生的原因，并在证据和逻辑论证的基础上生成新理解、新假设，丰富、充实或者是调整、重构原有知识经验。
　　科学课是由一个个科学探究活动组成的。从实施的角度来看，科学探究学习应具有以下三个特点：第一、学习者需要由问题或设计任务出发，展开自己的学习活动；第二、学习者需要通过观察、调查、实验、假设、推理等多种形式的探究活动，提出自己的解释，或者设计和制作自己的作品；第三、学习者需要通过表达和交流，验证、修正自己的解释，或者改进自己的作品。在这样的探究学习过程中，学生是否具有逻辑思维能力，是否能运用逻辑推理分析问题，决定学生能否有条理地分析问题，有计划地开展活动，有成效地解决问题。因此，科学探究活动离不开逻辑推理，我们应该充分重视和发挥逻辑推理在学生科学探究学习中的作用，为学生的探究性活动推波助澜。
　　
　　一、设计有结构的问题，启发学生进行逻辑推理
　　
　　建构主义者提出了许多教学改革的设想，在这些设想当中有一条被广泛采用的基本思路，这就是：基于问题解决来建构知识。而有结构的问题，则能使这些推理更有根据、有理由，能启发学生的思维，让学生围绕有结构的问题步步深入开展探究性活动。
　　1.封闭性的科学问题是基础。封闭性的科学问题往往能指向确定的答案，有利于活动的设计、学具的选择，有利于教学目标的明确，有利于孩子们沿着活动所指引的、而不是教师所规定的清晰的目标顺利地达到认知的彼岸。
　　封闭性的科学问题是逻辑推理的基础。例：教师准备和孩子们一起研究有关水的问题，课的一开始，教师先给学生3只不同形状、不同大小、装入不同量的水的瓶子，让学生先观察、活动，然后再让学生提出活动中产生的问题，学生的问题就会有针对性，比如“三个瓶子里的水哪个多”等，这样的问题，在教师的协助下，学生是可以想办法通过实验来验证和解决的。
　　小学阶段的学生，由于抽象思维能力不够，往往不能独立地、成功地提出一个封闭的科学问题，因此，要靠教师的引导和亲历活动中产生矛盾和困惑，才能成功地提出问题。
　　2.有梯度的问题是关键。探究活动所能达到的深度很大程度上取决于所提问题的质量。只有那些富有启发性的探索性的问题才能激发学生对活动的兴趣、探索的欲望和创造的热情。由浅入深、循序渐进地提出问题，才能使探究的活动过程和学生的思考不断深化，并达到良好的活动效果。
　　下面在《运用感官》一课中关于“两只眼睛的研究”的问题就很好地体现了问题的梯度：
　　“你们为什么会有两只眼睛？”
　　“你们怎么知道两只眼睛的作用？”
　　“你们是怎么做的？”
　　“谁还有什么别的发现么”
　　这四句问话代表四个认识过程：第一句是猜想；第二句是方法；第三句是证据，第四句是寻找更多的证据或修正已有的解释。这是一个微型的科学发现过程的再现。从这个例子中我们不难发现，具有梯度的问题能对探究活动起到推波助澜的作用，并且能使探究活动始终都沿着一条逻辑思路发展。
　　3.少而精的问题是保障。（1）问题要精：例如，“你想研究什么？”“你打算怎样研究？”这样的问题比以前的满堂灌当然进步很大，但怎样让孩子参与教学过程，参与什么，还不甚清楚。我们再来看看《点亮我的小灯泡》中的问题的提出：教师将准备好的材料放在每组学生面前，说道：“看看你们能不能使电灯亮起来。”精确、简洁，直接指向学生的研究活动。
　　（2）问题要少：在探究活动中，《标准》建议我们尽量少讲话，实际上在整个活动中，我们的提问也应做到少、精，尤其是在孩子们埋头活动中，当你不能提出有意义的问题或没有把握的时候，就不要提问，让孩子们自己去做，而不是在整个活动过程中充满教师的声音和问题。实际上，教师问题如果问得不好，反而会干扰孩子们的探究。以“蜗牛的观察”为例，当孩子们明确要观察蜗牛壳并准备开始观察时，教师忍不住发问：“蜗牛壳的观察会有多少观察内容，你准备用什么方法观察？”这会让学生出现混乱，原来的思路也可能被打断。我们要聆听学生的发言，顺着他们的思路，比如他们要研究蜗牛的壳的时候，千万别把触角硬拉进来。
　　
　　二、提供有结构的材料，促进学生运用逻辑推理
　　
　　布鲁纳倡导“发现学习模式”，强调“有结构的提供教材” ，在一个比较完整的结构框架中不断地探究发现，并把所发现的东西与先前的知识经验重新组合，从而推进思维发展，建构起一个新的认知结构。
　　“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。因此，具有这种功能的学具叫具有严密结构的学具，简称有结构的学具。” 它是教师经过精心设计的典型教学材料的组合。这种材料的组合，既要揭示教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生的日常生活，还应具有趣味性，使学生喜欢并有能力通过对材料的探索来发现问题，解决问题，获取新知。有结构的材料可以把孩子门的思路吸引到主题上，有助于学生掌握探究方法和技能，提高学生科学素养。正是这些“有结构的材料”才把有结构的知识、有结构的活动有机地联系起来。
　　1.立足揭示科学概念，体现材料的启发性。有结构的材料是对自然现象或运动变化“浓缩”的材料。必须组成启发揭示科学概念的结构，从而启发学生去探究。在《反冲现象》一课中，材料要求指向“物体喷出气体、液体或固体，物体会向相反方向运动”这一概念。教师为学生提供的有喷气能飞的气球，喷气能跑的小车、喷气能前进的小船、喷水能旋转的瓶子，这一组材料为气球、车、船、瓶，看起来毫无关联，但学生操作这些探究材料会发现一个共同的现象：它们内部都有气体或液体，他们的运动方向都和物体的运用方向相反。这样，这些材料集合在一起就具有了一种结构，这种结构揭示了反冲现象的概念。学生通过操作受到启发，从而对反冲这一现象有了科学的认识和理解。
　　2.立足生活实践，体现材料的趣味性。在科学探究活动中，教师给学生提供的有结构材料应能引发学生对材料的好奇心，进而摆弄、操作、探究这些材料。同时教师应鼓励学生去发现，帮助孩子们就某几点得出一致的意见，以此激发学生探究知识的好奇心。因此，材料的选取应贴近生活，最好是随时可得、随处可见的。再通过教师的设计和加工，增加在形式上的趣味性，学生在接触材料时，如果能让他多层次、多角度、全感官去探究，便能使探究乐此不疲，兴趣盎然；增强在材料内容上的趣味性，更容易引发学生探究的兴趣；同时在组织使用上，也应该体现趣味性，以吸引学生的探究欲望，促使探究活动向课外拓展和延伸。
　　
　　3.选择数量和种类充分且必要的材料。材料的数量和种类的选择对于主题应该是一个不多、一个不少，每个材料都应该有独特的不可替代的作用。科学课使用材料进行教学，让学生亲自动手操作实验，将儿童眼睛、耳朵、手综合运用，将会大大提高学生的学习的效率。例如一位教师在引导孩子建构“溶解”概念的第一堂课中，给每组学生准备了以下的材料：3只标有A、B、C的杯子，分别放了一些白色粉末（盐、糖、面粉） ，6只空杯子、3把塑料小勺、1小罐水。让我们来看一下最后学生得出的结论：
　　我们把盐放进许多水里，盐化掉了。
　　如果你用的水多，你还可以使更多的盐化掉。
　　在一点儿水中放许多盐，有些盐化到水里了，还有些沉到底部。
　　可以看出，每个材料都为学生概念的发展“发挥了自己的光和热”。之所以准备这3种白色粉末，是引导学生认识有些物质可以被水溶解，而有些不可以。6只空杯子和1小罐水，既保证学生有足够的活动的材料但又不会因为材料过少或过多影响活动本身。（如果一小罐水换成一大盆水，很可能学生会对“玩水”这件无关紧要的活动产生浓厚的兴趣。）
　　在对材料进行选择时，需要注意的是：材料必须和学生学习的内容有关，也必须能够吸引和适应特定年龄和能力的孩子们，使孩子们能够通过适当的探究活动，有多种发现或结果，使讨论内容丰富。
　　4.分阶段发放材料，呈现层次性。教师通过材料的选取和组合以及交给学生时的次序，可以帮助学生发现和提出问题，同时也就形成了结构。例如，在研究“沉浮和大小、轻重”的关系时，教师发给每个合作组一些肯定会下沉（螺帽、橡皮泥等）、肯定会上浮（泡沫、纸片等）和难以辨别沉浮的材料（牙签、回形针、光盘等）。学生开始猜测，这些材料中大的会沉，小的会浮，或者是轻的浮，重的沉，但实验后孩子们去发现结果却不是像他们所认为的，他们模糊地认为其实物体的沉浮与它的大小、轻重是没有关系的。看到学生产生矛盾和疑问后，教师笑而不答，再提供给每组大小一样，轻重不一样的材料（圆球）。学生实验后又惊喜地发现，原来在这组材料中，轻的浮，重的沉。看来和轻重还是有关系的。“沉浮和大小是不是也有关系呢？”有学生发问。“试试看！”教师再提供给每组轻重一样，大小不同的材料（圆柱）。学生实验后的又一个重大发现：原来在这组轻重一样的材料中，大的浮，小的沉。“哦，原来跟轻重、大小还是有关系的。”“是越小、越重的就越容易沉。”“那轮船怎么会浮”最后，孩子们带着“似乎明白了”的满足和新一轮的疑惑结束了一节科学课的探究旅程。
　　在上面的案例中，为了学具的结构更清楚，使孩子们更容易看出其结构，学具的发放可分阶段进行。较后发放的学具称为“后续学具”。教师选取的三组材料之间都有极强的先后逻辑顺序，始终牵制着学生思维活动的发展，我们从下面这张表格中可以发现学生思维的层层推进。
　　
　　后续学具可以循序渐进地增加问题的复杂性，并使学生在逐渐复杂的问题中思维活动步步深入，继而给人以强烈的探究欲望和动力，促使学生去进一步发现，这就提供给学生以连绵不断的探究动力。
　　
　　三、创设有结构的活动，深化学生运用逻辑推理
　　
　　教育心理学研究表明：小学生思维处于无序思维向有序思维的过渡阶段。在教学活动中，学生的思维是随着教学的顺序进行的。有结构的活动通过深化学习过程，使学生经历更充实、深刻的探究活动，帮助学生形成清晰流畅的思路，同时使学生的思维向纵深发展，启发学生有独创性地理解，使得教学颇有成效。
　　1.活动目标明确。这里所说的目标明确是指教师要明确在一堂科学课中要学生形成什么概念，所有的活动都必须围绕这个概念展开，都必须是为了形成这个概念服务。这样的活动，会让儿童穷追不舍地探究下去，促使学生在探究中学习，形成研究的能力。反之，则会使学生的概念混乱，活动没有成效。
　　例如：在一堂水的观察课上，教师设计了如下的逻辑关联：水的性质——水的液体性质——混合物（污染的水）——怎样选择饮用水。当课进行了一大半以后，孩子们的概念发展到“水是一种无色、无味、透明”的物体时，教师将三种不同颜色的水交给学生观察，其实教师的目的是想让学生注意到水质污染的问题，可是这个活动的增加却画蛇添足了，最后学生小结这堂课的收获时，认为“水有不同颜色”。使学生原来已经形成的关于“水是什么样的物质”的概念混淆了。
　　因此，我们必须根据学生的年龄特征和能力水平，选择学生能够达到的概念水平来安排活动，并使活动始终为这个概念服务，为学生的发展服务。
　　2.活动过程简捷。在《空气可以被压缩吗》一课中，孩子们要形成的概念是“空气可以被压缩”。教师是这样引入概念学习的：往一个瘪气球里打气，并且记录打气的次数——感受气球打圆后越打越硬——讨论得出气球越硬越有弹性——讨论为什么气球越硬越有弹性——空气的压缩。“空气的压缩”是这一课的主题，但这个概念的提出和转换过程太长，一开始的活动很容易分散学生的注意力，又是气筒、又是气球，而且学生也根本不知道活动的目的是什么，不符合学生的经验基础和认知能力，不符合科学的简捷原则，更别说学生能够在这些活动中深化思维。
　　我们再来看另一个“空气的压缩”的活动设计：玩针筒——提出在玩的过程中发现的问题——提出有的针筒按不下去的假设——利用不同的针筒再实验——交流实验结果，在研讨的基础上得出“空气可以被压缩，压缩空气有弹性”的概念。
　　这个活动过程就显得简洁和有针对性，每一个活动都在推进学生思维的发展，并且和学生的思维和逻辑推理方式呼应，最终形成科学的概念。
　　3.活动结构清晰。一般来讲，教学中的科学探究活动，常常是“孩子们使用材料的自主探究——讨论（提出问题）实验——继续讨论（分析资料）——教师引导下的小结（得出结论，提出新问题）”这样一个逻辑过程。结构清晰的探究活动，能使孩子们的概念朝着预定方向发展，才能使概念的发展、思维的发展清晰而不混乱。
　　我们一起来看一下《研究纸的吸水性》的教学结构：猜测将一些不同的纸放进水里，会有什么现象——学生猜测：有的吸水多，有的吸水少——给出问题，哪些吸水多，哪些吸水少——学生再猜测，引起争论——大家讨论如何实验验证猜测——大家实验验证。
　　不难发现，以上的过程实际是 “问题——假设——设计实验——用实验验证”的过程，在这样一个结构清晰的过程中，也可以发现，学生的概念水平正循序渐进地发展，并在逐步丰富学生对于“纸的吸水性”的概念发展。
　　那么如何使活动结构清晰？
　　（1）活动要有情境化的背景：活动要情境化，尤其对低年级学生。所谓情境化就是让孩子们进入一个他们所熟悉的经验之中。比如，实地观察、利用学生真实发生的事情、游戏、故事等。因为这样的探究活动会使孩子们觉得是在“做一件有意义的事”，“做一件和他们息息相关的事”。从而使探究在孩子们“有意义”的氛围中向前推进。
　　（2）活动要有自主发现的过程：活动的关键在于自主发现的过程，而不是教师“命令”的过程。波利亚说：“学习任何知识的最佳途径是自己发现。因为这种发现，理解最深，也最容易掌握其中的内在规律、性质和联系。”学生自己设计活动和预测，进行实验（实践），在课堂上探究性学习很多时候都分组进行，组内成员的交流、讨论，积极配合动手实验，为了共同的学习目标，相互监督、相互影响。就像兰本达所认为的，在整个科学活动的经历中，思维和行动应该比语言占优势。
　　
　　（3）活动要有水到渠成的小结：自主探究是有目的的行动。孩子们将尝试到的观察、实验所获得的数据进行核实、解释后，在具有许多矛盾的情况下，需要有人对其进行概括和整理，也就是小结。小结的时候要注意：①要用孩子的话进行小结。例如，在一堂低年级的“溶解“的课中，最后的小结如下：我们把一点盐放进许多水里，盐化掉了；如果你用的水多，你还可以使更多的盐化掉；在一点水中放了很多的盐，有些盐化到水里了，还有些沉到底部。对于孩子来讲，这样的小结是符合他们的认知的，是符合他们所能接受的概念水平的，也是他们自己的结论。②小结要简短、清晰。最终的结果应该是很少的几条，这样才会对孩子们明确概念起到作用。③要对孩子们的探究过程进行回顾与评价。以科学探究为核心的科学课的课堂上，教师对学生的评价对学生探究能力的提高、科学思维的发展起着至关重要的作用，是发展其科学素质的重要手段。
　　
　　四、重视课外活动，延伸学生运用逻辑推理
　　
　　新的《科学课程标准》提出了一整套适应时代发展需要的教育教学理念，特别强调了“课程的开放性”、“教师不要把上下课铃声当作教学的起点和终点”。显然，科学教育不能局限于书本、课堂之间，需要不断开拓、引入鲜活课程资源，通过生活开展科学探究活动。课外活动内容往往与课程教学息息相关，是课堂知识的深化、延续、应用和发展。要充分挖掘、利用课外活动的特点和优势得以发挥，让学生课外活动的特点和优势，让学生在课堂上学到的科学知识和科学方法得以应用，思维得以发展。如果说课堂教学是知识的积累、方法的演练、技能的训练、情感的熏陶，那课外探究则是知识的运用和累加、方法的重组与强化、技能的训练与增强、情感的体验与升华。
　　通过拓展课外活动，可以引导学生举一反三，触类旁通，拓展思维的广度，从多角度去思考问题，提高组合式技巧。教科版科学拓展活动就是学生利用课余时间观察大自然、组织野外活动、进行小实验、小制作、进行中长期探究的广阔天地。如学了《电》单元以后引导学生来制作“水果电池”，学了《光的反射》设计“可以看到四面八方的潜望镜”，学习了《太阳能热水器》后调查了解人们利用太阳能的情况等等。学生在这些小发明、小创造、调查活动、考察中，多种感官同时参与，失败时冥思苦想与反复实验，成功时那无以名状的喜悦与欢腾，在潜移默化中有效地推动了学生创造性思维的进一步发展。
　　总之，我们追求在科学教学过程中，学生们愉快地进行科学探究活动，要保证每一项活动中科学思维的凸现，一种客观的、建立在证据基础上的思维方式、一种建立在严密的逻辑推理基础上的思维方式的培养，这才能抓住科学教育的本质。