科学探究活动中学生思维能力的培养

陆亚波 毛国永

[摘 要]在科学探究活动中培养学生的思维能力，应根据科学探究的特点，结合具体的教学内容进行。本文以《电磁感应》一课为例，阐述了在发现提出问题、建立猜想和假设、设计实验方案、分析处理实验数据、反思与评价、巩固与应用等环节中学生逆向思维、联想思维、发散思维、逻辑思维、辩证思维和创新思维的培养。

[关键词]科学探究 思维能力 电磁感应

[中图分类号] G633.98 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2016）170000

思维是科学探究最重要的核心，思维性是科学探究最基本的特征之一，思维能力的培养和科学探究能力的提高是相辅相成的。在科学探究活动过程中，无论是发现提出问题、建立猜想与假设、设计实验方案、分析处理实验数据、反思与评价，还是知识的巩固与应用，我们都非常重视学生思维能力的培养。本文以华师大版初中科学八年级下册《电磁感应》一课为例，谈谈在科学探究活动过程中对学生思维能力的培养。

一、在发现提出问题过程中培养学生的逆向思维

爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”学生发现问题、提出问题的能力对培养学生的思维能力和创新精神具有极为重要的意义。而逆向思维又是创新思维的重要方式。实践中，我们往往通过引导学生逆向思考、反向设问，来引导学生发现问题、提出问题，同时培养学生的逆向思维能力。

例如《电磁感应》上课开始，我们先让学生回顾奥斯特实验：实验现象是怎样的？它的实质是什么？在此基础上引导学生提出问题：既然电能够产生磁，那么，反过来磁能否产生电呢？（事实上，在学习发电机之前，我们也先让学生复习电动机的实质：电能转化为机械能，然后再引导学生提出问题：能否制造出一种把机械能转化为电能的机器呢？）这样，通过引导学生逆向思考、反向设问，使学生发现提出问题，同时培养了学生的逆向思维能力和创新精神。

二、在猜想和假设过程中培养学生的联想思维

联想思维是一种重要的思维方式，它能使两个看去不相关联的事物建立联系，从而产生创新设想和成果。在科学探究活动过程中，建立猜想和假设常常需要联想思维。实践中，我们往往通过引导学生思考两个事物之间的相似点，而在两个事物之间建立联系，从而发现问题、建立猜想，同时培养学生的联想思维能力。

例如《电磁感应》一课中，在提出问题“磁能否产生电”后，我们引导学生回忆、思考电和磁之间的相似点和联系：电荷分正负、能吸引轻小物体，磁铁分南北极、能吸引铁磁性物质；同种电荷互相排斥、异种电荷互相吸引，同名磁极互相排斥、异名磁极互相吸引；电荷周围有电场，磁体周围有磁场，电场和磁场往往同时出现；生活中有电磁铁、电磁炉、电磁波；等等。在此基础上，引导学生提出猜想：磁也可能产生电，什么样的磁能够产生电。这样，通过联系电和磁的有关知识，帮助学生提出猜想，也培养了学生的联想思维能力。

三、在实验设计过程中培养学生的发散思维

科学实验设计是科学探究中最激发学生创造力的一个部分，因而也是科学探究中最富有魅力的一个部分。一个科学实验方案的设计完成需要通过综合运用各种思维，特别是发散思维。实践中，我们往往通过设置问题情景，组织学生相互交流讨论，引导学生从各个不同角度进行思考，设计出合理的实验方案，同时培养学生的发散思维能力。

例如在上述教学之后，我们没有直接演示课本的实验，而是通过提出以下几个问题，鼓励学生相互交流讨论，启发学生从各个角度深入思考，来找出实验所需的器材并设计实验方案。

问题1：要探究利用磁场获得电流，需要哪些器材？

生1：要提供磁场，需要有磁体；

生2：作为电流的载体，需要有导线；

生3：检验是否产生电流，需要有电流表；

生4：控制电路通断，需要有开关。

问题2：如何利用上述器材来进行实验？

生1：奥斯特实验中是把小磁针放在通电导线周围，观察小磁针是否发生偏转，本实验是否可以把导体放在磁场里观察能否产生电流？

生2：导体可能是静止地放在磁场里，也可能是在磁场中运动；

生3：导体可能是平行磁感线放在磁场中，可能是垂直磁感线放在磁场中，也可能是斜放在磁场中，还可能是绕在蹄形磁铁上……

生4：电路可能是断开的，也可能是闭合的。

这样，通过对以上几个问题的探讨，逐步引导学生找出实验器材并设计出具体的实验方案，同时也训练了学生的发散思维能力。

四、在分析处理实验过程中培养学生的逻辑思维

逻辑思维也是一种重要的思维方式。在科学探究活动中，一个实验结论，往往需要根据研究的问题和提出的假设，通过对大量的实验数据和现象进行分析、比较、归纳、推理乃至综合，运用逻辑思维得到。因此，分析处理实验过程有助于培养学生的逻辑思维能力，训练学生思维的深刻性和缜密性。

例如本课中，在设计出实验方案并完成实验之后，我们引导学生对实验条件和实验结果（如下表）进行分析：

师：比较第②③（或⑤⑥）两项的实验条件，有什么共同特点？

生1：都是导体在磁场中做切割磁感线运动。

师：比较第①项和第②③项的实验条件和实验结果，可以看出，要产生感应电流需要什么条件？

生2：导体在磁场中做切割磁感应线运动。

师：比较第②③项和第⑤⑥项的实验条件和实验结果，可以看出，要产生感应电流还需要什么条件？

生：导体必须是闭合电路的一部分。

师：综合上述结果，可得出产生感应电流的条件是什么？

生：闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中会产生感应电流。（如图1所示）

这样，通过引导学生对实验现象进行分析、比较、归纳、综合，了解了电磁感应的概念，发现了产生感应电流的条件，同时也培养了学生的逻辑思维能力。

五、在反思与评价过程中培养学生的辩证思维

辩证思维是一种更高层次的思维方式，它能使学生全面、辩证地看待问题。在科学探究活动中，引导学生对实验方案、实验过程、实验结果等进行反思与评价，有助于学生更加全面、深刻地理解科学知识，培养学生思维的全面性和辩证性，同时使学生养成经常反思的习惯。

例如在通过实验得到电磁感应的条件之后，我们继续引导学生对实验方案、实验过程、实验现象、实验结果进行思考，作出反思与评价：

反思与评价一：反思上述实验方案，还有没有其它途径能利用磁场来获得电流？

可能的途径1：保持导体静止不动，让磁体运动，使闭合电路的一部分导体在磁场中作做割磁感应线运动。（如图2所示）

可能的途径2：保持线圈静止不动，让磁体运动，使线圈（即闭合电路的一部分导体）在磁场中做切割磁感应线运动。（如图3所示）

可能的途径3：保持导体静止不动，不断改变磁场强度。

反思与评价二：反思上述实验现象，怎样使观察到的实验现象更明显？

可能的方法1：用灵敏电流计代替电流表，重复上述实验。

可能的方法2：用磁性更强的电磁铁代替U形磁铁，重复上述实验。

可能的方法3：增加导体数量（比如用线圈代替导体），重复上述实验。

反思与评价三：反思上述实验过程和实验结果，还能提出什么问题？

问题1：电磁感应的实质是什么？

问题2：感应电流的方向可能与什么有关？

问题3：感应电流的大小可能与什么有关？

问题4：如果是整个闭合电路在磁场中做切割磁感应线运动，电路中是否会产生感应电流？

问题5：如果电路断开，让导体在磁场中做切割磁感应线运动，会产生什么结果？

……

在此基础上，我们提供器材，鼓励学生通过小组合作进行探究。

这样，通过多角度设问，鼓励学生从多个方面进行反思与评价，不仅促进了学生对科学知识的理解，也使学生的思维得到了有效的训练。

六、在知识的巩固与应用中培养学生的创新思维

知识的巩固与应用是掌握知识的重要的两个阶段。把探究得到的结论迁移运用到生活实际或新的情境中，不仅有助于学生掌握知识，而且能提高学生分析解决实际问题的能力，从而为学生创新思维的训练打下坚实的基础。

例如本课实验结束后，我们出示下列问题，引导学生进一步思考、讨论：

问题1：电磁感应原理在生活生产中可能有什么应用？

问题2：生活中常看到这种现象：电动自行车没电时，用脚踩踏就能发出电来，说说其中的道理。

问题3（演示）：用导线连接指示灯的两个接线柱后，指示灯不发光；而把它放置于电磁炉上，启动电磁炉，指示灯能发光，如图4所示。已知家用电磁炉内部有一个很大的线圈，你能解释其中的道理吗？

这样，通过引导学生运用所学知识来解释生活中的现象、分析解决生活中的简单问题，巩固了已学知识，同时也有效地培养了学生的创新思维。

[ 参 考 文 献 ]

1.《例谈实验探究法在初中科学教学中的运用》刘煜华、毛国永《教育与探索》2008年第12期.

（责任编辑 黄春香）

陆亚波　毛国永

[摘 要] 在科学探究活动中培养学生的思维能力，应根据科学探究的特点，结合具体的教学内容进行。文章以《电磁感应》一课为例，阐述了在发现和提出问题、建立猜想和假设、设计实验方案、分析处理实验数据、反思与评价、巩固与应用等环节中学生逆向思维、联想思维、发散思维、逻辑思维、辩证思维和创新思维的培养。

[关键词] 科学探究 思维能力 电磁感应

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058（2016）17 0061

思维性是科学探究最基本的特征之一，思维能力的培养和科学探究能力的提高是相辅相成的。在科学探究活动过程中，无论是发现和提出问题、建立猜想与假设、设计实验方案、分析处理实验数据、反思与评价，还是知识的巩固与应用，我们都非常重视学生思维能力的培养。本文以华师大版初中科学八年级下册《电磁感应》一课为例，谈谈在科学探究活动过程中，学生思维能力的培养。

一、在发现和提出问题过程中培养学生的逆向思维

爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。”学生发现问题、提出问题的能力对培养学生的思维能力和创新精神具有极为重要的意义。而逆向思维又是创新思维的重要方式。实践中，我们往往通过引导学生逆向思考、反向设问，引导学生发现问题、提出问题，同时培养学生的逆向思维能力。

例如《电磁感应》上课开始，我们先让学生回顾奥斯特实验：实验现象是怎样的？它的实质是什么？在此基础上引导学生提出问题：既然电能够产生磁，那么，反过来磁能否产生电呢？（事实上，在学习发电机之前，我们也先让学生复习电动机的实质：电能转化为机械能，然后再引导学生提出问题：能否制造出一种把机械能转化为电能的机器呢？）这样，通过引导学生逆向思考、反向设问，使学生发现并提出问题，同时培养学生的逆向思维能力和创新精神。

二、在猜想和假设过程中培养学生的联想思维

联想思维是一种重要的思维方式，它能使两个看上去不相关的事物建立联系，从而产生创新设想和成果。在科学探究活动过程中，建立猜想和假设，常常需要联想思维。实践中，我们往往通过引导学生思考两个事物之间的相似点，而在两个事物之间建立联系，从而发现问题、建立猜想，同时培养学生的联想思维能力。

例如《电磁感应》一课中，在提出问题“磁能否产生电”后，我们引导学生回忆、思考电和磁之间的相似点和联系：电荷分正负，能吸引轻小物体；磁铁分南北极，能吸引铁磁性物质；同种电荷互相排斥、异种电荷互相吸引，同名磁极互相排斥、异名磁极互相吸引；电荷周围有电场，磁体周围有磁场，电场和磁场往往同时出现；生活中有电磁铁、电磁炉、电磁波，等等。在此基础上，引导学生提出猜想：磁也可能产生电，什么样的磁能够产生电。这样，通过联系电和磁的有关知识，帮助学生提出猜想，也培养了学生的联想思维能力。

三、在实验设计过程中培养学生的发散思维

科学实验设计是科学探究中最能激发学生创造力的一部分，因而也是科学探究中最富有魅力的一部分。一个科学实验方案的完成，需要通过综合运用各种思维，特别是发散思维。实践中，我们往往通过设置问题情景，组织学生相互交流讨论，引导学生从各个不同角度进行思考，设计合理的实验方案，同时培养学生的发散思维能力。

例如在上述教学之后，我们没有直接演示课本的实验，而是通过提出以下几个问题，鼓励学生相互交流讨论，启发学生从各个角度深入思考，找出实验所需的器材，并设计实验方案。

问题1：要探究利用磁场获得电流，需要哪些器材？

生1：要提供磁场，需要有磁体；

生2：作为电流的载体，需要有导线；

生3：检验是否产生电流，需要有电流表；

生4：控制电路通断，需要有开关。

问题2：如何利用上述器材进行实验？

生1：奥斯特实验中是把小磁针放在通电导线周围，观察小磁针是否发生偏转，本实验是否可以把导体放在磁场里观察，看能否产生电流？

生2：导体可能是静止放在磁场里的，也可能是在磁场中运动的；

生3：导体可能是平行磁感线放在磁场中，可能是垂直磁感线放在磁场中，也可能是斜放在磁场中，还可能是绕在蹄形磁铁上……

生4：电路可能是断开的，也可能是闭合的。

这样，通过对以上几个问题的探讨，逐步引导学生找出实验器材，并设计具体的实验方案，同时也训练了学生的发散思维能力。

四、在分析处理实验数据的过程中培养学生的逻辑思维

逻辑思维也是一种重要的思维方式。在科学探究活动中，一个实验结论，往往需要根据研究的问题和提出的假设，通过对大量的实验数据和现象的分析、比较、归纳、推理乃至综合，运用逻辑思维才能得到。因此，分析处理实验过程中的数据和现象，有助于培养学生的逻辑思维能力，训练学生思维的深刻性和缜密性。

例如本课中，在设计实验方案并完成实验之后，可引导学生对实验条件和实验结果（如下表）进行分析。

师：比较第②③（或⑤⑥）两项的实验条件，有什么共同特点？

生1：都是导体在磁场中做切割磁感线运动。

师：比较第①项和第②③项的实验条件和实验结果，可以看出，要产生感应电流需要什么条件？

生2：导体在磁场中做切割磁感线运动。

师：比较第②③项和第⑤⑥项的实验条件和实验结果，可以看出，要产生感应电流还需要什么条件？

生：导体必须是闭合电路的一部分。

师：综合上述结果，可得出产生感应电流的条件是什么？

图1

生：闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中会产生感应电流。（如图1所示）

这样，通过引导学生对实验现象进行分析、比较、归纳、综合，了解了电磁感应的概念，发现了产生感应电流的条件，同时也培养了学生的逻辑思维能力。

五、在反思与评价过程中培养学生的辩证思维

辩证思维是一种更高层次的思维方式，它能使学生全面、辩证地看待问题。在科学探究活动中，引导学生对实验方案、实验过程、实验结果等进行反思与评价，有助于学生更加全面、深刻地理解科学知识，培养学生思 维的全面性和辩证性，同时使学生养成经常反思的习惯。

例如，在通过实验得到电磁感应的条件之后，我们继续引导学生对实验方案、实验过程、实验现象、实验结果进行思考，作出反思与评价。

反思与评价一：反思上述实验方案，还有没有其他途径能利用磁场获得电流？

可能的途径1：保持导体静止不动，让磁体运动，使闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动。（如图2所示）

可能的途径2：保持线圈静止不动，让磁体运动，使线圈（即闭合电路的一部分导体）在磁场中做切割磁感线运动。（如图3所示）

可能的途径3：保持导体静止不动，不断改变磁场强度。

图2 图3

反思与评价二：反思上述实验现象，怎样使观察到的实验现象更明显？

可能的方法1：用灵敏电流计代替电流表，重复上述实验。

可能的方法2：用磁性更强的电磁铁代替U形磁铁，重复上述实验。

可能的方法3：增加导体数量（比如用线圈代替导体），重复上述实验。

反思与评价三：反思上述实验过程和实验结果，还能提出什么问题？

问题1：电磁感应的实质是什么？

问题2：感应电流的方向可能与什么有关？

问题3：感应电流的大小可能与什么有关？

问题4：如果是整个闭合电路在磁场中做切割磁感线运动，电路中是否会产生感应电流？

问题5：如果电路断开，让导体在磁场中做切割磁感线运动，会产生什么结果？

……

在此基础上，我们提供器材，鼓励学生通过小组合作进行探究。

这样，通过多角度设问，鼓励学生从多个方面进行反思与评价，不仅促进了学生对科学知识的理解，也使学生的思维得到了有效的训练。

六、在知识的巩固与应用中培养学生的创新思维

知识的巩固与应用是掌握知识的重要阶段。把探究得到的结论迁移运用到生活实际或新的情境中，不仅有助于学生掌握知识，而且能提高学生分析解决实际问题的能力，从而为学生创新思维的训练打下坚实的基础。

例如，本课实验结束后，我们出示下列问题，引导学生进一步思考、讨论。

问题1：电磁感应原理在生活生产中可能有什么应用？

图4

问题2：生活中常看到这种现象：电动自行车没电时，用脚踩踏就能发出电来，说说其中的道理。

问题3（演示）：用导线连接指示灯的两个接线柱后，指示灯不发光；而把它放置于电磁炉上，启动电磁炉，指示灯能发光，如图4所示。已知家用电磁炉内部有一个很大的线圈，你能解释其中的道理吗？

通过引导学生运用所学知识解释生活中的现象、分析解决生活中的简单问题，巩固了学生已学知识，同时也有效培养了学生的创新思维。

[ 参 考 文 献 ]

1.《例谈实验探究法在初中科学教学中的运用》刘煜华、毛国永《教育与探索》2008年第12期.

（责任编辑 易志毅）