以发展学生思维能力为重点改进小学科学课教学

张天芝

摘 要 发展学生的思维能力是小学阶段科学课堂教学的重要目标，是培养学生能力的关键；重视学生思维能力的培养，是提升课堂教学实效的根本。在教学设计与实施中努力探索，创设能够引起学生认知冲突的情境，引导学生主动思索、主动探究、积极思维，重视培养学生的科学思维能力，追求课堂教学实效。

关键词 小学科学；思维能力；实验

中图分类号：G623.6 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）09-0110-03

1 引言

发展学生的思维能力是小学科学课堂教学的重要目标，是培养学生能力的关键；重视并进行学生思维能力的培养，是提升课堂教学实效的根本。当前的科学课堂教学，以探究式教学为主，不论是提出问题、预测和猜想、实验设计、寻求实证、数据收集与分析、结论与表达，还是其他各个步骤，对于学生建构正确的科学概念的过程来讲，其核心活动都是思维，并且贯穿教学始终。学习并不是简单的信息积累，它同时包含由于新旧经验的冲突而引发的观念转变和结构重组。学习过程是新旧经验之间双向的、相互作用的过程。要想促使学生主动建构性卷入学习过程，教师就要有明确的教学目标，深刻了解学生的已有知识水平和经验，重视对学生的科学思维能力的培养。

十多年的课程改革，突出学生的主体地位的教学理念深入人心。越来越多的小学科学教师以此为指导思想，在教学设计与实施中努力探索，创设能够引起学生认知冲突的情境，引导学生主动思索，引导学生主动探究，启发学生积极思维，重视培养学生的科学思维能力，追求课堂教学实效。

通过“摆”这一课例的分析，总结实践探索的经验，提高科学教学的质量。在备课过程中，教师进行教学背景、学生情况、教学方式和手段选择等方面的分析，据此制定出教学目标和教学重点和难点。

2 科学概念

1）摆的摆动快慢与摆线的长度有关。

2）同一个摆，摆线越长，摆动越慢；反之越快（教学重点）。

3 过程与方法

1）能够根据现象推测摆的摆动快慢与什么因素有关。

2）能够根据推测进行相关实验设计。

3）能够通过测量，收集数据，并通过对数据的分析做出合理的解释（在控制变量的条件下试验并搜集证据，对数据进行分析，是教学难点）。

4）初步意识到获取精确的数据需要反复测量。

4 情感、态度与价值观

认识到对待科学研究要持实事求是的态度。为此，教师准备了学生分组实验用的材料，包括摆的装置、实验记录单、铁架台、自制量角器、软尺、摆锤（3个，重量分别为5 g、10 g、20 g）、摆线等。同时，为方便教学，教师还准备了显示10 s的计时器课件、钟摆、电脑、投影。

5 教学过程

因为本课是在学习“机械钟摆”的基础上进行的，所以课前学生已经了解摆的构造。教学过程就此展开。

聚焦话题——在矛盾中发现问题 在上节课的教学中，学生了解了摆是由摆线和摆锤所构成的，摆动时的幅度叫作摆角，并且在活动中每个小组制作一个摆，记录了在10 s

内摆的摆动次数（对摆幅大小有要求，但不讲原因）。课下，教师统计学生记录的数据，做成一幅柱状图。

上课时，首先出示柱状图让学生观察，他们会发现每组制作的摆在10 s内摆动次数是不同的，由此产生矛盾。在矛盾中，学生的兴趣被激发，他们的思维也开始围绕问题“摆的摆动快慢与什么因素有关”活跃起来。

【分析】学生在学习“机械摆钟”时，因为制作摆、进行单摆的实验活动，对单摆有了初步认识，但还没能自觉地关注到不同的摆在摆动中的差异。课上，教师不是简单地描述一下学生自制的单摆在10 s内摆动次数的数据，而是利用柱状统计图的方式表达实验结果，学生自然感到新奇、熟悉且直观。于是，触发学生的思维，促使学生自觉融入情境，主动观察、比较，在数据分析中发现矛盾，产生认知上的冲突，意识到摆的摆动次数与摆的结构可能存在某种关系，从而形成质疑——提出自己的真问题。

初步猜想和假设——大胆猜想，碰撞思维“火花” 在探究中，学生纷纷对研究的问题提出假设，经过分析和梳理，呈现出三个主要因素，即“摆角的大小”“摆锤的轻重”

“摆线的长短”，会影响摆的摆动快慢。在此基礎上，引导学生联想操作活动时的情景，进一步提出“摆角的大小”“摆角的轻重”“摆线的长短”的变化对摆的摆动快慢具有怎样的影响。教师希望学生的推测会出现分歧，彼此之间会质疑对方提出的假设，鼓励学生互相探讨，以使他们要研究的问题更具有指向性。在活动中，学生大胆想象，会碰撞出思维的“火花”，这可以极大地调动探究的兴趣，培养质疑的科学态度，感悟联系地看问题的思维方法。

【分析】在科学探究过程中，猜想与假设是对所研究事物的因果性、规律性做出调查或是眼前的一种解释。它分为两个环节：一是猜想；二是假设。猜想是学生接触到问题后，在已有知识经验的基础上，对客观现实依靠直觉而做出的各种判断；而假设（狭义的）是将问题因果关系的猜想更加具体化地表达出来，期待控制条件的实验予以验证。教学中，仅猜想到“摆的摆动快慢可能与摆角的大小、摆锤的轻重、摆线的长短有关系”，学生接下来的实验设计还是有明确的目的和针对性。而探讨、假设的过程，因为生生之间的交流，反映出学生关于这一问题的原有认知经验，教师基于此的指导才具有针对性，才有助于学生明确思考的方向——积极理解各因素之间的关系，给予自己的假设识别和学习控制变量，依次采集数据、分析数据，主动且建构性地卷入学习过程。

实验计划的制订——“动手”前的思考

1）确定研究主题。“摆角”“摆锤”，究竟哪一个因素最有可能影响摆的摆动快慢？在课堂上因为时间的关系，每个小组只能选择一个问题进行研究。在选择研究的问题上，教师应给学生更大的开放时间，让他们小组自主选择所要研究的问题。

2）设计实验方案。在课堂上，小组成员根据所选择的研究问题自主设计实验。实验中控制变量是本次实验的关键，也是本课教学的一个难点。所以，在课堂上请学生阐述在实验中自己控制的变量和保持不变的量分别是什么。在学生阐述不清楚时，教师适当点拨，使其不断清晰并认识到在实验中控制变量的重要性，培养学生考虑问题要全面的思想方法和严谨认真的科学态度。

3）实验过程中的注意事项。本课的实验研究需要小组成员之间团结协作才可以完成，实验过程需要计时员、记录员和观察员，他们之间如果一个环节出现问题，就可能无法得到准确的数据。所以，在实验前先让学生进行交流，说一说在实验中应该注意些什么，这样他们就可以充分意识到团队合作的重要性。

数据的收集与分析——根据事实证据形成解释

1）收集数据。在学生实验的时候，教师要观察学生的实验记录单，了解学生的实验进度，观察学生的实验关注度，鼓励学生重复实验；观察有没有为寻求和自己观点一致而随意取舍数据、修改数据的情况。如果发现问题，要及时在全班范围内展开讨论，分析问题所在，让学生意识到保留原始数据的重要性，借此培养学生尊重数据的意识和严谨细致、实事求是的科学态度。

【分析】从课堂教学视频中发现，有三个组“自作主张”，打破纪录的限制，多收集了一些数据信息。学生如此的自主缘于教师为学生提供了较为开放的空间，促成了各组学生自主选择研究专题，并针对大家的假设性解释有目的地开展实验、收集数据、寻求证据。

2）数据的交流与分析。教师要给学生比较充分的时间交流数据信息，引导学生在交流时先说明记录单中两个维度的关系，然后介绍数据信息，最后分析并得出结论。面对多个记录单，还要引导学生发现在同一组实验中，即使严格按照实验规范去做，也很难得到完全相同的数据，从而意识到：实验中误差是不可避免的，可以通过严谨的实验和增加实验的次数来尽量减小误差，得到准确数据。通过数据分析，得出结论：摆线的长短会影响摆动快慢（即：同一个摆，摆线越长，摆动越慢；摆线越短，摆动越快），而摆锤的质量不会影响摆的摆动快慢。至此，联系研究方法和结论进行小结，突出本课的教学重点。

关于摆角的大小是否影响摆的摆动快慢的问题，“摆角小于5°时，其影响忽略不计；大于5°时就会有影响”，这是单摆的特殊性，本不是小学研究的问题，但是学生很容易发现并认为它是个影响因素。教师可以利用这个实验丰富学生对科学研究的不同感受。所以，在“摆角的大小是否影响摆的摆动快慢”这个问题上，可以画一个问号，启发学生感悟；不是每次研究都会有一个圆满的结果。启发他们多思考：这可能是因为操作、自己的能力、对摆的认识等多种因素的影响造成的，所得到的实验数据即使不能说明问题，对于别人的研究或者自己今后的研究，也是有参考价值的。

【分析】从教师的教学设计与实施情况看，这两个环节有两点促进教学的实效性：一是重视学生对数据及其之间关系的认识与分析，促成学生对数据信息的思维加工；二是重视科学方法学习、科学态度培养和获取科学解释的有机结合，促成三维目标的达成。

另外，还有一个值得称道的细节。“自作主张”的一个小组研究的是“摆角的大小是否影响摆的摆动快慢”，当这个小组在教师的鼓励下与大家分享研究结果的时候，映入大家眼帘的记录单上填满了数据：“我们按照20°、40°、60°的幅度试验5次，数据都差不多，好像摆角大小影响摆动快慢的情况不一定；后来我们又增加了10°和50°，结果还是差不多。我们就觉得自己原来想的和实验结果不一样。”教师及时肯定和鼓励了学生，因为认识到：实验目的明确，学生能更自觉地关注数据信息，从而自然促成他们主动地思考和自我反省；应该抓住这个有力的教育时机，实施科学思想方法和科学态度教育，启发学生感悟科学的本质。

回顾与反思

1）让学生谈自己在这节课中的收获，也是他们对本课教学内容进行梳理和归纳的过程，更是他们的自我评价。

2）出示钟摆，让学生分析怎样调整时间已经慢了的机械时钟。这个环节使本课的教学內容和实际的生活联系了起来。

3）让学生回家思考怎样制作一个10 s摆动10次的摆，使本课的教学内容延伸到课后。

【分析】回顾和反思研究、学习的经历，引导学生自我评价，有利于学生了解自己学习的结果和梳理学习过程，从而将新学到的知识、经验和经历与旧知识建立联系，促进知识技能的内化；有利于培育学生自我监控的意识，培养学生反思的能力，促进学生积极主动地学习。