论学生科学思维能力的培养

王晶

科学思维是一种建立在事实和逻辑基础上的理性思考，是科学方法在思维过程中的具体表现。在教学中，我们可以把科学视为一种思维方式，科学探究过程就是用科学的思维方式获取知识的过程。因此，科学探究和科学思维在本质上是相通的，前者侧重于科学知识获得的过程，后者则侧重于学习者内在的思维过程。科学思维过程是学生在学习过程中理解科学知识，进行知识构建的过程。

《小水珠是从哪里来的》一课按照思维类型来分，属于“认识某种（类）事物的变化规律、原因、内在机理”的课型。这种类型的课涉及的科学思维方法主要有比较、归纳（简单列举、因果关系）、概括、演绎、判断等。下面以本课为例，谈谈如何培养学生的思维能力。

创设情境，激活思维

思维品质是人的思维的个性特征。思维品质反映了每个个体智力或思维水平的差异，主要包括深刻性、灵活性、独创性、批判性、敏捷性和系统性六个方面。本课主要培养学生思维的灵活性和深刻性。

1.以“难”引思，培养学生思维的灵活性

“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”小学科学课程标准中有关“提出问题”在5～6年级的具体要求是：能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题。本课重点关注的是思维的灵活性，即从不同角度、方向、方面，能用多种方法来思考问题。

在本课的导入环节，我为每组学生准备了一个刚从冰箱冷藏室里拿出来的装有500毫升水的矿泉水瓶，引导学生观察，他们观察发现矿泉水瓶的外壁有一层小水珠。此时，教师布置任务：“两人一组，利用托盘里的干毛巾，尽快将矿泉水瓶外壁的小水珠擦干净。”尽管学生十分努力，但是矿泉水瓶外壁的小水珠无论如何也擦不干净。面对这个短时间不可能完成的任务，学生头脑里很快产生了疑问：这些擦不净的小水珠到底是从哪里来的？此时，教师鼓励学生发表各自的看法，学生根据自己的生活经验大胆猜想：小水珠可能来自冰箱;可能是瓶口封闭不严流出来的;可能是瓶身有洞渗出来的;可能是来自空气中……学生充分发挥自己的想象，作出多种猜想，他们思维的灵活性得到了培养。

2.以“实”引思，培养学生思维的深刻性

小学科学课程标准有关“作出假设”在5～6年级的具体要求是：能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设，并能说明假设的依据。在质疑环节中，教师应当引导学生针对不同的猜想，在已有生活经验的基础上寻找证据，以事实为依据，采用排除的方法，说明有些猜想是不成立的。

针对这些水可能来自冰箱的观点，学生提出了这样的质疑：这些矿泉水瓶从冰箱里拿出来已经有一段时间了，用抹布擦了几次，瓶子外面依然有水，说明水不可能来自冰箱。

学生仔细观察瓶子后，发现瓶身无孔，瓶盖拧紧，没有水从瓶内渗出。此时，教师再次从冰箱中拿出装有红色水的矿泉水瓶，学生发现瓶内的水是红色的，瓶子外壁的水是无色的，用浅色的干毛巾擦拭，发现小水珠依然擦不干净。瓶口封闭不严流出来、瓶身有洞渗出水的观点也被排除。

学生发现这些瓶子除了跟干的抹布接触过以外，只和空气接触过，再联系《空气的组成》和《水到哪里去了》两课所学知识，意识到这些小水珠来自空气的可能性最大。

在实证面前，大部分学生认识到自己的猜想是错误的，但是他们难以认同矿泉水瓶外壁上的水只能来自空气的事实，于是认知冲突产生了。

强化引领，建构概念

1.搭建思维发展的脚手架

有了《空气的组成》和《水到哪里去了》的学习经验，学生已经知道空气中含有水蒸气，但由于水蒸气不可见，再加上没有学过体积和百分数，他们理解课文中关于空气的组成的描述比较困难。基于五年级学生的认知特点，我采用了化“虚”为“实”的方法，为学生的思维发展搭建由形象思维向抽象思维过渡的脚手架。

首先，把学生不易理解的“按水蒸气所占空气体积的百分比”的描述转化为学生可以理解的“1立方米空气中水蒸气的质量”。利用课件提供新的事实：当气温为20℃时，当空气中的水蒸气达到饱和时，每立方米的空气中含有水蒸气17.3克。一般情况下，每立方米的空气中实际含有水蒸气约10克左右。在面积为16平方米、高3米的房间中，水蒸气的含量约为500克。

其次，把不可见的水蒸气转化为可以看见的水。教师一边引导学生观察实验室的大小，一边向学生介绍：在通常情况下，像科学教室这样的3间房子里，含有的水蒸气总量大约为1500克，大約相当于3瓶矿泉水的重量。

最后，为每组发一个常温下装有500克水的矿泉水瓶，让学生感受500克水的重量。常温矿泉水瓶的出现，以及前面的事实证据，帮助学生顺利地完成了由形象思维向抽象思维的转变。

2.渗透求异法

常温矿泉水瓶的出现也让学生发现了一个新的事实：常温矿泉水瓶的外壁并没有出现小水珠。通过对两个矿泉水瓶进行比较，学生发现只有凉的矿泉水瓶的外壁上才会有小水珠出现。此时，大多数学生已经意识到小水珠的出现还可能跟水蒸气遇冷有关。

设计这个环节的意图是让学生学会一种科学思维的方法——求异法，即比较某现象出现的场合和不出现的场合，如果这两个场合除一点不同外，其他都相同，那么这个不同点就是这个现象的原因。

3.渗透求同法

教师可以鼓励学生回忆日常生活中是否见过类似瓶子外有水珠的现象，学生很快列举出生活中大量的例子，如寒冷的冬天从室外进入室内时，眼镜上会出现小水珠;做饭的时候，锅盖上会出现小水珠……在列举出大量实例后，学生经过比较分析，发现了这些现象的共同之处：有蒸发或沸腾现象发生，也就是有水蒸气;要有冷的（凉的）物体。基于此，学生作出“小水珠的形成可能是水蒸气遇到比水蒸气冷的物体后形成”的猜想。

这一环节教学的设计意图是让学生学会另一种科学思维的方法——求同法。求同法又称契合法，是判明现象间因果联系的一种逻辑方法，即如果在被研究现象出现的两个或两个以上的场合中，唯有一个情况是共同的，那么，这个共同的情况就可能是被研究现象的原因（或结果）。

此环节的教学，不仅为学生概念的建构提供了大量的事实依据，也使他们进一步了解了求同法，同时也明确了研究的问题：小水珠是水蒸气遇到冷的物体后形成的吗？

在教学过程中，教师通过层层铺垫，引发学生的认知冲突，使他們产生强烈的学习欲望。当学生面对问题束手无策的时候，教师为学生给予必要的启发和帮助，引导他们改变自己的认知结构，在对比实验的过程中，逐步搜集更多的事实证据，完成“凝结”概念的建构。

巧用推理，培养能力

1.运用类比推理方法，尝试解释露的成因

凝结现象是生活中的常见现象，本节课“聚焦问题”的环节，在教师的引导下，学生列举了生活中大量的例子。此时，教师鼓励学生运用所学知识对这些现象中小水珠的成因进行解释。在此基础上，提出了“露是怎么形成的”这一问题。

在这个过程中，学生认真分析了露出现的季节、时间、位置，发现露和实验中冷的矿泉水瓶外壁出现的小水珠有相似之处，从而推断露是空气中的水蒸气接触到比较冷的石头、树叶所形成的小水珠。在此基础之上设计出实验方案，并利用黑色金属罐、冷水、湿毛巾、温度计等材料进行实验验证，最终明确露的成因。

2.运用演绎推理方法，判断物体温度的高低

在学生明确了小水珠的成因后，教师提出问题：小明在浴室中洗澡时，看到浴室内有两根金属水管，一根水管上有很多水滴，而另外一根水管上没有水滴，他猜一根是热水管，一根是冷水管，但他又怕烫伤不敢摸，请你帮他判断哪根是冷水管？并说出理由。学生已经掌握了凝结概念，所以很快作出判断：有水滴的是冷水管。理由是：水蒸气遇到冷的物体会在物体表面形成小水珠，冷水管温度比热水管温度低，所以有小水珠的水管是冷水管。

3.利用逆推方法，巧妙去除小水珠

在学生明确小水珠的成因后，教师再一次引导他们思考：装有冷水的矿泉水瓶外壁上的小水珠，真的没办法擦干净吗？此时，学生想到的最简单的方法就是不去管它，直到矿泉水瓶的温度和室温相同时，没有了温度差，自然就不会有小水珠了。我问学生为什么会这样想，学生说：“水蒸气遇到冷的物体会在物体表面形成小水珠，如果没有冷的物体，水蒸气就无法形成小水珠了。”

本课教学，教师为学生的科学探究创设了宽松的探究环境，让他们有自由思考的空间。在教学的不同环节，引导学生运用观察法、实验法，探究和描述事物的主要特征。在此基础上，引导学生以客观事实为依据，综合运用比较、求同法、求异法、类比推理、演绎推理、逆推等多种思维方法，建构凝结概念。在整节课的教学中，科学思维训练贯穿教学的始终。这样，不仅可以让学生的科学探究更加深入，也发展了他们的科学思维能力。