在模拟实验中不断培养学生的思维能力

严昔波

科学实验是学生探究活动的重要载体，科学实验的常见类型有比较实验、析因实验、模拟实验、判决实验等。在科学探究过程中，在难以直接拿研究对象做实验时，就需要用模型来做实验，即模仿实验对象制作模型，或者模仿实验的某些条件进行实验，这样的实验叫做模拟实验。

小学科学课中涉及天文宇宙、地理环境等很多探究活动，都需要通过模拟实验来帮助学生进行认识。然而在很多情况下，教师在针对模拟实验的教学时，都注重了如何让学生做好模拟实验，却忽视了模拟实验中学生内在思维的发展，即没有从学生角度来思考为什么要做模拟实验，一次模拟实验的价值是不是仅仅在于解决科学知识的认知？

《证明地球在自转》是五年级下册教科版科学《地球的运动》单元的第三课。本课的教学在前两课的基础上，学生通过了解傅科摆和模拟傅科摆实验，进一步认识到傅科摆是证明地球在自转的直接证据。

教材的安排是：[活动一]认识摆的特点，在转盘不转和平稳地转动90°、180°、360°后，摆的方向依旧保持不变，得出摆具有保持摆动方向不变的特点；[活动二]介绍傅科摆，告诉学生傅科摆在一段时间后摆摆动的方向和地面上的刻度盘之间会发生偏转的现象，思考为什么发生了偏转，得出地球在自转的结论；[活动三]进一步反思自己对昼夜交替现象的解释，去掉不合理的因素，保留需进一步探究的因素。

教材的体系是模块化的，需要教师在教学时根据学生的年龄、身心特点进行重新组合和调整，以利于学生思维的发展。然而，我们在教学中，听得最多的就是“常态化”的教学，即按照教材按部就班，把学生当成是接受“知识”的容器，教师负责的就是如何向学生解释这些科学知识，让学生明白。殊不知，这样的教学，学生在“探究”的过程中，虽然兴趣盎然地参与了各项活动，但自己思考得很少，引起的思维冲突就更少！对科学质疑精神、探究精神的培养是极为不利的。

《义务教育科学课程标准》指出：科学课以培养小学生科学素养为宗旨，积极倡导让学生亲身经历以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和探究欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。因此，我们在面对学生进行教学时，应注重对教材进行文本解读，找出适合学生探究的出发点，设计学生思维激发的疑惑点，提升学生的思维品质，从而促进学生的思维发展。

根据学生的思维发展要求，我对《证明地球在自转》的一课设计中学生的思维发展思路是：肯定→否定→再否定→再肯定。具体地说：

1.肯定：肯定傅科摆的方向发生了偏转

首先，教师让学生回忆以前学过的摆的特点。学生明确摆在摆动时，在没有受到外来因素（如风的影响，按一条直线摆动）时，摆的方向不会发生偏转。

然后，教师简介傅科及傅科摆的实验，让学生观看傅科摆的录像。学生从录像中发现了傅科摆随着时间的推移，摆的方向与地面上的刻度盘之间发生了方向上的偏转。此时，学生心中激起了一个大大的疑问：为什么傅科摆会发生偏转？这个疑问是学生探究的起点，老师在这里要做足文章，让学生充分猜测：是不是摆的方向真会发生偏转？

2.否定：摆的方向不会发生偏转

由于学生看到傅科摆的录像，对原先摆具有保持摆动方向不变的认识产生了怀疑。针对学生的怀疑，教师必须让学生通过自己的实验来验证自己的怀疑，即对思维上的冲突进行解释和求证。

教师先让学生做一个简单的摆（摆线长一点，摆锤重一点，摆线的上端用夹子夹住固定，尽可能减少外界因素对摆摆动的干扰），试着按不同的方向各摆两分钟，观察摆的方向是否发生偏转。学生在实验中，发现摆的方向不发生偏转。

学生的思维具有单一发展的特点，他们很少同时关注两个以上的现象。即在傅科摆的录像中，学生关注的焦点是摆在方向上的偏转，很少有学生关注到摆的方向是相对于地面上的刻度盘的方向发生的偏转。因此，教师在学生思维的冲突中，不能让学生陷入两难的境地，即对两种现象都无法解释。教师应向学生提供进一步研究的方向，让学生在“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的豁然开朗中达到认知和思维上的提升。

教师在学生矛盾和困惑时，引导学生猜一猜：如果按一个方向慢慢而平稳地转动底盘，摆的方向是否会发生偏转呢？大部分学生依据经验会认为摆的方向会随着转动的方向而偏转！此时，教师提供转动的底盘，让学生试着按一个方向缓慢而平稳地90°、180°、360°转动底盘，观察摆的方向。学生通过实验后发现，无论朝哪个方向，无论转动多少角度，摆依旧保持摆动的方向而不发生偏转！从而进一步巩固摆具有保持摆动方向不变的特点。

3.再否定：傅科摆不是摆的方向发生了偏转

第一次观看傅科摆的录像，学生建立了摆的方向会发生偏转的印象，这是一个错误的印象。紧接着，学生通过自己的再一次实验验证了原先正确的认知：摆的方向不会发生偏转。学生会因自己的验证而否定傅科摆的实验。

思维的冲突在于如何解决学生自己的摆不会偏转和傅科的摆会偏转。此时，教师需要将学生进一步置入模拟情境中去发现问题。教师可以用一个圆桌的转盘和一个照相机的三脚架做成一个大的摆，在圆桌转盘面上贴一条双面胶表示摆运动的轨迹，让学生来摆一摆这个摆。教师先让学生站在轨迹的一端，摆动摆后，慢慢转动圆盘，学生和圆盘一起按逆时针方向转动，转动90°后，问下面的学生：摆的方向发生偏转了吗？（没有，因为摆摆动的方向相对于下面的学生位置没有发生变化）。再问：摆相对于做实验的学生，方向发生偏转了吗？（偏转了，从原先的水平方向变成了垂直方向）。再追问：为什么做实验的学生看起来，摆的方向会发生偏转？此时，学生豁然开朗：原来傅科摆看起来会发生偏转，是因为人们和转动的底盘在一起转动的缘故。如果把转动的底盘扩大，扩大到和地球一样，那么，人在地球这个大转盘上，就只看到傅科摆在发生偏转了，偏转的原因是地球在转动。

在学生理解的基础上，教师让学生再一次观看傅科摆的实验录像，让学生进一步理解为什么傅科摆看起来在一段时间内摆的方向会发生偏转？

这一过程，是学生思维联系和判断的过程。学生通过录像的观看，通过自己的模拟实验，把两者联系起来考虑，原来并不是傅科摆摆动的方向发生了偏转，而是和自己的模拟实验一样，整个摆的底盘在转动！

4.再肯定：傅科摆证明地球在自转

学生通过自己的模拟实验，证明随着摆底盘的转动，会使摆的方向和底盘上的标尺的方向发生偏转。那么，傅科摆摆动的方向和地面上刻度盘之间的偏转，是什么在转动呢？学生联系到地球就好比是一个大的转盘，摆在地球上摆动，随着地球的转动，摆的方向就慢慢发生了偏转！

如果仅仅认识到这一层，那对傅科摆的认识还是肤浅的。教师可以进一步挖掘学生的思维，让学生仔细观察：（1）傅科摆偏转的方向是顺时针还是逆时针？（2）傅科摆多长时间偏转一周？（3）为什么傅科摆要用60余米长的细金属摆线和重达27千克重的摆锤？这些问题的思考，对学生是有益的，使学生在观察现象时能更多地思考与之相关联的问题。

同样的一课教学内容，老师站的角度不同，关注学生的思维发展不同，设计的教学流程不同，对学生科学素养的培养也就不同。

科学探究活动中的模拟实验和其他实验一样，实验的目的不仅仅在于获取正确的科学知识，更重要的是让学生通过实验，掌握一定的科学探究技能和方法，在思维上得到训练和发展，从而通过一次次的探究实验为学生科学素养的提升奠定坚实的基础。

编辑 谢尾合endprint