在实验方案设计中培养学生的批判性思维

徐文达

在小学科学课教学中，应当着力培养学生的批判性思维。设计实验方案是探究式学习的重要环节，也是培养学生批判性思维的重要载体。怎样在引导学生设计实验方案中，培养他们的批判性思维呢？

学会审视

一个实验方案就是一个有机的系统，有诸多因素需要综合考虑，任何一个因素的考虑不周或缺失，都有可能让实验方案失去科学性。引导学生在实验方案的设计中学会审视，全方位考量实验方案的方方面面，既有利于实验方案设计的科学性，也对学生批判性思维的培养具有重要意义。

1.关注整体，引导学生全面分析实验方案

小学生对客观事物的整体把握能力比较弱，审视事物时往往抓不住要点，顾此失彼，时常出现“捡了芝麻，丢了西瓜”的现象。因此，教师要引导学生学会全面、具体审视事物的方法，使之能够基于整体对实验方案全面分析。

如教学《火山》一课时，一名学生设计的火山喷发模拟实验的方案为：用酒精灯加热裹有番茄酱的土豆泥。这个方案怎样呢？教师引导学生从整体对实验方案全面分析：要设计火山喷发的模拟实验，需思考用什么来模拟地球内部的岩浆，用什么来模拟地球构造中的地壳，用什么让岩浆喷出，还要思考通过怎样的设计，能准确地知道岩浆在什么地方喷出。从这名学生设计的实验方案不难看出，用番茄酱来模拟地球内部的岩浆，用土豆泥来模拟地球构造中的地壳，用酒精灯加热让番茄酱喷出，而加热后番茄酱在什么位置喷出不好判断。通过分析，学生认识到这个方案中忽略了地壳厚薄对比的设计，无法判断番茄酱从哪个具体位置喷出，故这一实验方案不够严谨。

2.关注细节，引导学生反复推敲实验方案

细节决定成败。一个完善的实验方案，需要充分考虑细节，而对细节的关注，恰恰是小学生的弱项。因此，引导学生审视实验方案时，要引导他们反复推敲细节，看细节处理是否合适、严密。

在《杯子变热了》一课的教学中，一名学生提出的实验方案为：把铝棒固定在支架上，用凡士林把火柴粘在铝棒上，然后用酒精灯对铝棒的一端进行加热，看铝棒上的火柴掉落的顺序。火柴如果是从酒精灯加热的位置起向另一侧依次掉落，就说明热在铝棒里是沿着温度高的部分传向温度低的部分。这个方案比较详细，具有很强的操作性。对这个方案进行审视时，要引导学生注意细节的把握，如每根火柴棒上凡士林用量的多少、火柴棒的间隔距离等，这些细节都有可能影响到实验的效果。

学会质疑

小学生由于知识经验的缺乏，在面对权威和别人的建议时，常常出现迷信、盲从的倾向。要培养学生的批判性思维，就要在实验方案中引导学生学会质疑。

1.不迷信，敢于挑战权威

学会质疑，首先要做到不迷信权威，敢于挑战。在实验方案设计中，教师要引导学生独立思考，对实验方案有自己的独立看法、独特见解，对别人的实验方案敢于质疑。

如《火山》一课，教材上呈现了两个模拟实验情境，其中一个情境是加热用番茄酱和土豆泥做成的装置。教材意图很明确，就是给学生方法的引领，提示学生把番茄酱看作地球内部的岩浆，把土豆泥看作是地球构造中的地壳，观察加热后的实验现象，认识到地球内部温度高、压力大，岩浆从地壳薄的地方喷出，形成火山。这个模拟实验的整体构想是没有问题的，但在具体操作上有没有问题呢？教师要引导学生进行质疑。如教材图示是放在一个浅托盘里组装实验装置，这就给操作带来了较大困难：一是往土豆泥做成的“火山”中注入番茄酱的数量难以把握，注入多了，极可能造成番茄酱会从“火山”底部渗透出来;注入少了，加热后番茄酱会出现喷不出来的现象。二是地壳的厚薄对比效果不理想，学生通常会把“火山”顶端设计成“地壳”最薄的部分，由于种种原因，实验中“岩浆”常常会从一侧溢出。学生发现，教材中的图示实验情境，在具体操作上有一定难度，需要再想办法改进。

2.不盲从，善于从不同角度思考

学会质疑，还要做到不盲从别人的观点。在实验方案设计中，教师要引导学生会从不同角度思考，寻找解决问题的多种可能性。

如《土壤里有什么》一课的教学中，一名学生提出验证“土壤里是不是有水”的方案是：把土壤放在蒸发皿里，盖上玻璃片，用酒精灯加热，看看玻璃片上有没有小水珠，有小水珠说明土壤里有水，否则说明没有。这个方案先利用加热方式使土壤里的液态水转化成气态水，再利用冷玻璃把气态的水凝结成液态的水，方案很具体。是不是还有其他方法呢？教师可以引导学生从其他角度思考：除了用眼看到水，还可以用哪种感官感知到水？如用手来感知，学生在采集实验用的土壤时，一般会采集一些比较潮湿的土壤，在这种情况下，就可以直接用手来感知水的存在。

学会比较

比较是训练批判性思维的重要方法之一。一个问题的解决，方法往往是多种多样的，实验方案的设计也因方法的不同存在多样性。在这众多的实验方案中，选择哪一个才是合适的呢？这就需要引导学生学会比较。

1.引导学生寻找最简方案

一个实验方案简捷与否，涉及很多因素。小学科学提倡用“瓶瓶罐罐”做实验，这是因为实验中需要的好多器材实验室里没有，必须到生活中寻找，因而决定实验方案的简捷与否，除了操作要简捷外，还要考虑材料是否容易获得。在具体教学中，教师要引导学生立足自己的生活实际，寻找最简捷的方案。

如《杯子变热了》一课的教学，三个学生设计的方案如下：

学生1：先把铜棒固定在支架上，然后用凡士林把火柴粘在铜棒上，再用酒精灯对铜棒的一端加热。

学生2：先在圆铁片上放一些蜡末，然后把铁片放在三脚架上，用酒精灯对圆铁片的中心加热。

学生3：先在长铁片上用湿纱布擦上一层水，用试管夹夹住长铁片，然后用酒精燈对长铁片的一个角加热。

以上三个实验方案在思路上是一致的，只是实验中所用器材、物品不一样。针对上述方案中所涉及的器材、物品，教师可以先引导学生看看学校实验室里有哪些，如果没有，再引导学生看看在生活中哪些比较容易获得。这就需要学生结合自己的生活实际进行选择，哪些器材、物品容易获得，就选择哪个方案。

2.引导学生寻找最合理方案

合理的方案是获得正确科学实验结论的保证。在面对多种实验方案时，教师要引导学生反复比较，找出最合理的方案。如在《认识光》一课的教学中，怎样验证“光可能是沿着直线传播”的猜想呢？学生提出的验证方案如下：

学生1：分别找一根直的、一根弯的塑料管，先通过弯的塑料管的孔看蜡烛的火焰，能够看到火焰，则证明猜想是错误的，否则是正确的;再通过直的塑料管的孔看蜡烛的火焰，能够看到火焰，则证明猜想是正确的，否则是错误的。

学生2：先通过弯的纸筒的孔看蜡烛的火焰，能看到火焰，则证明猜想是错误的，否则是正确的;再把弯的纸筒变成直的，通过直的纸筒的孔看蜡烛的火焰，能看到火焰，则证明猜想是正确的，否则是错误的。

学生3：先通过自然状态下的橡胶管的孔看蜡烛的火焰，由于自然状态下的橡胶管是弯曲的，能看到火焰，则证明猜想是错误的，否则是正确的;然后把橡胶管拉直，通过直的橡胶管的孔看蜡烛的火焰，能看到火焰，则证明猜想是正确的，否则是错误的。

三组实验方案，哪个更合理呢？教师可以引导学生进行分析比较，反复筛选。本实验是一个对比实验，唯一不同的要素是器材孔洞的曲和直，其他要素如器材孔洞的口径大小等要保持完全一致。第一个方案的两种塑料管除了直、弯的不同外，可能还会出现管的口径大小不一的问题;第二个方案由于纸的柔韧性不好，把弯的纸筒变成直的时，可能会出现纸筒不够直的问题;第三个方案则较好地克服了前两种方案的弊端，故第三种方案是比较合理的。