例谈科学教学中学生科学思维的培养

刘飞

[摘 要]科学探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。学生对世界有着天然的好奇心，他们需要通过科学探究来解开自己的困惑，了解世界，但因为长期缺乏科学思维的训练，他们的研究往往随心所欲，无法获得科学的结论。因此，教师要让学生在科学探究的过程中逐步形成科学的思维方式，让学生的好奇心以科学的方式得到满足。

[关键词]科学探究 科学思维 解决问题

[中图分类号] G623.6 [文献标识码] A [文章编号] 1007-9068（2015）09-004

杜威说：“尽管一切思维的结果都归结为知识，但知识的价值最终还是服从它在思维中的应用。”什么是科学思维？简单地说，科学思维是大脑借助探究和论证的形式，对各种信息进行科学加工的思维活动。《科学课程标准》指出：“科学学习要以探究为核心。”这其实是希望通过学生的自主研究与探索，使学生的科学思维能力得到发展，并最终提高学生的科学素养。科学实验探究与科学思维的培养是和谐的统一整体，科学思维引导着探究实验活动的行进与调整，而亲历完整的探究实验活动，才能使学生的科学思维能力得到更好的发展。教师可以从实验探究的不同环节以及实验探究能力发展的不同阶段对此进行有意识的引导，使学生的科学思维能力在科学实验探究过程中得到不断的渗透与提高。

“好风凭借力，送我上青天”——架设学生科学思维的发射器

观察和实验都是以人的感觉为基础的，但感觉器官对客观现实的反映是有一定范围的，如人的听觉范围从20～20000HZ、视觉范围从波长380～780nm等。小学科学实验设计必须充分考虑学生的感觉特点，帮助学生从无法感知到能够感知，再到很好感知乃至充分感知。而观察仪器和测量工具的应用，就是人类感觉器官的延伸和知觉特性的反映，放大镜、显微镜扩展了视阈，电流表将电流的存在及其强度转化为指针的偏转。尝试将实验中不能或很难看见的现象直观地呈现在学生面前，让学生能够顺利地按照科学思维的过程进行研究，就是科学教师需要研究的地方。

第一节：五年级上册“导体和绝缘体”

磨课前

怎样才能让小灯泡发光呢？在课上，教师引导学生根据已掌握“闭合电路中，电流通过小灯泡时可以使它发光”的知识，想出“将物体接入简单电路中，通过小灯泡的亮与灭来判断是导体还是绝缘体”的方法。但因为不同物体的导电性能不同，实施过程中有很大的问题：有些物品明明是导体，但不能使灯泡发光，如铅笔芯、人体等。此时，如果坚持检测结果，无疑有悖真理，给学生留下错误印象，但如果强行纠正，学生就会对实验方法产生怀疑。无论哪一种情况，学生都会对前面的思维过程产生怀疑，科学思维的节奏就会被打乱。无奈，我只能拿出验电球来进行检测。看上去问题解决了，但其实更麻烦：学生并不清楚验电球的内部结构，对于复杂的电路板更是不明所以，教师很难解释清楚为什么用它而不是之前学生研究出的检测电路来进行实验。一节课在不明不白中结束。

磨课后

这节课上，我采用让学生自由选择组装检测器的教学模式，当然有的小组选择了小灯泡做指示器，也有的小组选择小马达和小喇叭。这说明学生的思维进程已经到了“如何利用不同材料设计理论上的检测器”，接下来就是实践的过程。当然，这一过程中，学生会发现理论与现实其实有着一定的差距，他们的理论检测器可能会存在一定的问题（与常识不完全吻合）。

在小学科学教科书中，导体定义为“容易让电流通过的物体”，绝缘体定义为“不容易让电流通过的物体”。从中，我们可以清楚地找到“电流”二字。学生通过前面的学习，已经初步形成了“电流是什么”的概念，这时大家无一例外地都想到了“直接”看到电流的通过是最好的判定标准。此刻的思维活动转化为“设计一种大家看得见电流通过的检测电路”。那么，最能将电流大小直接呈现在眼前的就是电流表这一工具了。将电流表接入电路中替代小灯泡制成检测电路，其实是将小灯泡这种间接呈现方式变成直接呈现方式，这也更符合学生的思维习惯。此前，学生的思维都在上升与前进的过程中，成功的结果似乎触手可及。但是，教师通过经验与知识的积累知道，并不是所有的电流表接入电路都能有满意的效果。如果此时没有在材料上预设，学生的思维过程将戛然而止，他们将再次否定自己，而失败的原因他们现在并没有能力进行一一分析。此刻，教师呈现的经过选择的合适量程的简单电流表，无疑满足了学生最急需解决的思维道路上的那道坎简单连接之后，电流表指针转动了，电流的大小一目了然，学生的思维顺畅了，他们完成了探究过程的最重要步骤“改进方法——实验成功”。

科学思维的产生并不是一蹴而就的，需要教师为学生的思维起跳搭设合适的架手。学生的年龄特点决定了他们的观察能力、分析能力等都不能同成人相比，他们的实验结果越直观越好。只有想到学生所能想到的，并将他们没有想到的技术问题一并解决，才有可能让学生的“科学思维之旅”出发顺利，保证不会因为学生的思虑不周和他们还没有掌握一些知识而中途夭折。

“沉舟侧畔千帆过，病树前头万木春”——引爆学生科学思维的点火器

小学生喜爱科学课的一个重要原因就是可以实验，这使得实验有了激发学生学习兴趣的作用，但很多时候教材设计的实验考虑到了实验的科学性，却没有考虑到是否符合学生的认知规律，是否符合他们的探究兴趣。这样的实验只会让学生觉得学习过程枯燥，科学思维的发展也得不到提升。因此，我们必须优化教学设计，在启发的基础上尽量让学生体验科学思维的过程，使实验教学与探究学习融合起来，在让学生获得知识、学到技能的同时形成科学精神，让实验真正激发学生科学思维的火花。

第二节：三年级下册“把固体放到水里去”

磨课前

在研究“溶解”这一问题时，根据教材的设置，我以食盐作为容易溶解的物质代表来解说。由于食盐溶解在水中后就无法再看见，教材又将高锰酸钾作为观察溶解现象的实验材料，但这个实验让我手忙脚乱、心惊胆战。

高锰酸钾是一种强氧化物质，高浓度下有刺激性与腐蚀性，通常用来消毒的高锰酸钾浓度仅为0.01%，而观察溶解实验的是高锰酸钾的固体结晶。虽然盛装在塑料袋中，但颗粒易黏附在袋子内壁，学生常常会动手去抠，即使我再三强调，也还是会有学生这样做。因为学生刚刚接触科学，对于实验的规范以及危害还没有形成清晰的认识，当发现手指被高锰酸钾染黑时，一些学生会放进嘴里吮吸，这真的是太危险了！

磨课后

下课后，我听到学生说：“食盐也容易溶解，那我们为什么不用食盐做实验，非要用那么危险的钾？”“食盐为什么不能染色后再做实验呢？这样我们不就能看清楚了吗？”……学生说得多好！他们开始质疑并改进。我立刻带领学生展开了“用染色食盐观察溶解现象”的讨论，大部分学生都认为这是一个好方法。接下来，我们做了这个实验，可是结果是盐不能染色，颜料看上去包裹住了盐粒，可是放进水里后却自己先漂起来了，起不到任何作用。这是为什么呢？这样一个非常符合逻辑的预设为什么无法实现呢？问题出在哪里？我和学生一起陷入了思考。学生在课后不断实验，发现：使用的染色材料无论是水彩、水粉、油画或是丙烯颜料，好像自己本身就不能溶解于水，当然不能在水中指示食盐的溶解。而我也在资料的查找中发现，颜料其实成分复杂，有些还含有油脂和胶，我们用颜料来染色，无异于缘木求鱼。

学生的研究热情没有低落，反而高涨起来了，因为“给食盐染色”的问题已经让他们的探究之心加速。学生的思维进入寻找“既能给食盐染色，又能在水中和食盐一起溶解的物质”的环节。大多数人认为给盐染色是不能实现的，但学生却没有停下追寻的脚步。一个学生给我带来了好消息，他的家长是研究花色苷的，他认为这种物质可能帮到我们的实验。经过资料查找，我了解到花色苷广泛存在于葡萄、血橙、蓝莓、茄子皮、樱桃、草莓、桑葚、牵牛花等植物的组织中，最重要的是，它和食盐可以共存于水中。大家在听到这个消息的时候都欢呼起来，我们觉得离胜利又近了一步，接下来我和学生展开了给食盐染色的研究。有的学生用葡萄汁染色，有的学生用紫薯汁染色，但是效果都不太理想。经过研究，我们发现失败的原因是花色苷的浓度太低以及天然植物中其他杂质太多。

就在研究似乎进入死胡同的时候，一个学生通过资料查找想到了红酒。这种用葡萄酿造的紫红色液体的颜色就来自于花色苷，它的花色苷含量比天然时要更高，而且其中的酒精成分可以通过加热去除。在学生的合作以及家长的技术支持下，我们终于获得了紫红色的盐。学生清楚地看到紫红色的盐在水中慢慢地散开，和水混合，直至将整杯水染成红色的全过程，他们非常激动，作为教师的我更激动。如果没有意外听来的一句话，我可能还会一直重复着用高锰酸钾做这个实验，用强制性的手段将学生科学思维的火种硬生生地熄灭，让他们停留在“操作工”的层面上，而不是像现在一样，他们全身心地投入一个实验的研究，用自己的力量去实现自己的梦想，完成科学思维的过程。

“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”——保障学生科学思维的推进器

目前的课堂上，学生的实验方法往往没有自由度，无论学生想了多少，通常都是由教师选定一两种。即使给学生一些权利，也仅仅是实验环节的一小部分，最终学生会跳进教师设的“陷阱”里面。一旦出现意外，教师会及时将“脱轨”的学生拉回来，因为这已经超出了这节课准备的范围。长此以往，我们发现，学生越来越没有研究的热情。诚然，小学科学课堂有着时间与材料的种种限制，但学生的科学思维无法真正完整地进行，这将使他们科学思维的能力逐步衰退。

其实，只要教师肯在课前进行充分的教材钻研与学生情况摸索，依然可以在有限的条件下让学生遵循自己的思维过程进行探索性试验。探索性实验就是在教师的指导下由学生设计或创新实验，根据已掌握的理论知识和实验技能所进行的创造性思维活动。它能进一步深化学生对知识内涵和外延的理解，有效地培养和发展学生的创造性思维及科学素质。

第三节：三年级下册“使沉在水里的物体浮起来”

磨课前

我以“让沉在水里的鸡蛋浮起来”的问题导入，引出加适量的盐的方法；再通过捏橡皮泥变成小船，得出增加体积的方法；最后由游泳圈能帮助不会游泳的人浮在水面上想到借助漂浮物的方法。

整节课，器材都是由教师给出，学生并不清楚为什么研究对象在不停变换，而他们能探究的就是怎样加盐才更科学，小船怎样捏才更好。其实，这样的探究实验其实没有多少科学思维的价值，因为真正的科学研究没有人会帮你选研究对象和实验方法，这些都需要经过科学思维及探究实验获得。

磨课后

为了让学生亲历完整的科学思维过程，在考虑到这个年龄段学生的知识水平的基础上，我有了这样一次大胆的尝试：只选取唯一的一种研究对象——土豆，一节课的目的只有一个，让土豆从沉到浮，没有过多的讲解与实验条框的限制。学生一节课做的就是“想方法——验证它——改进它——成功”。当然，如果在第三步结束后发现不成功，就又要从第一步重新开始。

其实，在课前，我是有惶恐的：这样的课会上成什么样？学生会不会想到合适的方法？他们会不会在实验中弄伤自己？可是在上课的过程中，我发现自己多虑了，学生平时的科普读物已经给了他们足够的启示。死海的秘密，学生们都知道，加盐理所当然地成为第一个被找出来的方法，他们还现盐在达到一定量的基础上才可以做到。一些学生从小船中得到启示，想到了将土豆中间掏空做土豆船的方法。虽然实验中用到了小刀，我也只是提醒了一声“小心”，学生在操作时小心翼翼、互相提醒，让同组的同学有一个安静的环境完成这项工作。结果，学生做的土豆船甚至比我之前预备的还要精致，他们在经历一次实验失败后进行了缜密的思考，做出了优化的选择，这就是科学思维形成的过程。

最令人惊叹的当属研究借助漂浮物方法的学生，最初，根据生活经验，他们选择了泡沫板，可是土豆块不规整，泡沫板也是。学生很快发现随意放土豆，土豆会立刻从板上翻下去，有的小组想到了小心寻找合适位置的方法，通过几次尝试，他们成功了。但是，这个结果他们显然不满意，因为太不安全了，需要改进。他们想到了用胶带固定的方法，可是胶带沾水黏性大大降低了，普通方法不行。“可以缠绕嘛！”“嗯，成功了。”“可是看起来好像不够美观，怎么办？”“好像吸管也是个不错的材料，绑起来做‘竹排？”“还是容易散！”“哈哈，把吸管竖着插过土豆，吸管两端都封上不湿水的可塑橡皮，中间不就形成气柱了吗？”就这样，土豆船又牢又稳当，成功了！

心理学研究表明，学习者的内部动机是学习的真正动力。学生的学习过程是通过矛盾的不断冲突激化和解决而发展的，学生认识到解决这个矛盾的必要性，从而激发认知需求，使思维处于兴奋状态。在整个探索性实验过程中，从提出问题开始到设计实验、解决问题，学生都始终处于独立思考、积极探索的学习环境中，心理活动始终处于“发现问题——逻辑思维——动手设计——成功或失败——经验总结——期待新研究”这一良性循环过程中。样的探究实验，才是真正有价值的，才能真正起到促进学生科学思维发展的作用。

（责编 莫彩凤）