例谈实验教学中科学思维的缺失与唤醒

费志明

（海宁市盐官镇初级中学，浙江海宁 314411）

初中科学是一门以实验为基础的学科，因此，实验教学的效率高低直接影响到学生科学思维和科学素养的发展。学生通过实验获得感性知识，进行“科学的抽象”，使零碎的和片面的知识上升为各种科学概念和理论，从而认识事物的本质，掌握事物的发展规律[1]36。如何引导学生科学实验，唤醒学生科学思维，是提高实验教学的关键。下面笔者结合自身实验教学实例，就实验过程中如何唤醒与培养学生的思维进行了有益的探索。

一、实验设计过程中

（一）缺失：“设”而无“计”，无思维意识

初中科学课程标准要求：“能针对探究目的和条件，设计探究的思路，选择合适的方法（观察、实验、调查、访问、资料查询等），制定探究方案。”[2]10现阶段，初中最重要的探究方法就是实验法。在实际教学中，在设计实验方案这一环节，许多学生还存在缺乏基本思路与方法等问题。

案例1“比较水与食盐水谁更容易结冰”拓展性实验方案的设计

生1：准备两个杯子，一个里面加水，一个里面加食盐水，放进冰箱的冷冻室，第二天早上看一看情况。

生2：准备两个一样大小的杯子，里面分别加相同质量的水和食盐水，放进冰箱的冷冻室，每隔一段时间进行观察。

生3：准备两个一样的杯子，分别加入相同质量的纯净水和食盐水，放进冰箱的冷冻室，每30分钟观察一次，将现象记录在设计好的表格中。

显然，生1 的设计方案思维混乱，缺乏基本控制变量的思维，缺乏设计思路。生3的方案较合理。教师在此时若告知学生，生3的方案是正确的，你们就按这个方案做。这样的结果，对于学生来说仅仅是获得了一个比较合理的实验方案，至于此方案的优点在哪里，如何设计，学生因缺乏深度思考，并不会因此而了解。

（二）唤醒：集思广益、分析对比，唤醒思维

面对不同的设计方案，教师不能急于告知正确的方案，而忽略了学生沉睡的思维。教师应该适当示弱，让学生站出来充分表达。学生在自己的表达过程中或听取他人的表达过程中往往会有思考，沉睡的思维会被唤醒。教师再引导学生围绕实验目标，分析对比每个方案的优缺点，厘清实验设计的思路。案例1 中，通过学生各自的充分表达，马上就意识到了控制变量的问题，同时还发现生3 的方案中，时间间隔30分钟可能还是太长，改为15分钟或更短时间比较合理。这样，在集思广益、分析对比中，学生不仅找到了较合理的方案，同时还改进了方案，设计出了自己的最佳方案，逐步形成设计实验方案的基本思路与方法。

二、实验观察过程中

（一）缺失：“观”而不“察”，无思维加工

伽利略曾说过，“一切推理都是必须从观察与实验得来”[3]，从中可知观察对于实验是何等的重要。对实验各阶段进行观察，就是学生“亲自发现”的体验，是学生获取知识的必然途径。“观”是看的意思，“察”是想的意思。在实际教学中，许多学生在实验观察过程中往往“观”而不“察”，不经过思维的加工，其观察效果可想而知了。

案例2“探究气体对外做功，内能减小”的实验（装置如图1）

图1 气体对外做功实验

师：用气筒往瓶里打气，当气压达到0.2MPa左右时，记录温度计的读数（如图1a），同时拔掉铁销，观察相关现象，记录数据。

（教师动手操作，演示实验，同时提醒学生注意观察。学生观察教师的演示实验，做好记录）

师：请各小组汇报观察记录。

生1（小组代表）：我们小组观察到瓶内出现白雾。

师：还有其他现象吗？

生1：没了。

师：哪些小组的观察结果与这个小组相同？

（有4个小组举手）

师：有观察到不同现象的小组吗？

生2（小组代表）：我们小组观察到，除了瓶内出现白雾，电子温度计由22.1℃变成了16.5℃，温度下降了（如图1b所示）。

……

教学片段中，有5个小组观察到的现象只有白雾，有1个小组观察到了白雾和温度计的示数，竟然没有一个小组能答全三方面的现象。

（二）唤醒：适度点拨、问题导引，引导思维

古代教育家孔子曾说：“疑是思之始，学之端。”[4]可见学生的思维是从碰到实际的问题后才真正开始。学生在实验观察中，往往“观”而不“察”，只知道实验现象，而不知道每一个现象背后的科学本质，最后就难以总结出实验结论。因此，实验教学要求教师善于创设问题，以问题为导引，引导学生思维。

思维引导：①瓶内的白雾是水蒸气液化而成，白雾的出现说明了什么？（生：水蒸气遇冷液化，有白雾说明瓶内温度下降了）②瓶内温度下降说明内能有什么变化？（生：温度下降说明内能减小了）③塞子由静止到飞出，机械能有什么变化？（生：塞子运动了，说明机械能增加了）④减小的内能哪里去了？增加的机械能哪里来的？（生：瓶内气体的内能转化为塞子运动的机械能）

三、获得结论过程中

（一）缺失：“结”而不“论”，无思维绽放

科学结论的得出是建立在对大量的实验数据进行归因分析、理性推理基础之上的。学生分析数据的过程就是对所学知识进行应用的过程，能有效地促进学生巩固所学的科学知识，深化其思维。在实际教学中，当学生完成实验观察后，往往能在最短的时间内获得统一的“结论”。究其原因，学生结论的来源往往不是刚刚做过的实验，而是唯书唯师。这种结论的得出，缺乏基本的思考，不利于学生科学思维的培养。

案例3探究光的反射定律的实验

【教学片段1】

师：现在按要求分小组进行实验（装置如图2）。

（学生按要求分小组做实验）

师：实验已经完成，请各小组汇报实验情况。

图2 光的反射实验一

生：我们小组实验顺利，可以得出：当发生光的反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线两侧。反射角等于入射角。

师：其他小组有不同意见吗？

生（齐声）：没有。

【教学片段2】

图3 光的反射实验二

师：现在让我们再来做一个实验，若将纸板F倾斜，让光仍贴着纸板F沿AO方向射向镜面，如图3 所示。此时反射光还在纸板F这一平面内吗？

生1（马上举手）：在的。

师：有赞同的吗？

（学生的手从少到多，马上全部举起来）

师：能说一说理由的请举手。

生2：反射光线和入射光线在同一平面内啊。（只有生2举手，其他学生都保持了沉默）

教学片段2 中，教师的巩固练习虽然较难，但通过学生的表现，不难发现学生存在明显的从众心理，自己缺乏思考；其次是对光的反射定律中“三线共面”的知识没有完全理解。究其原因，就是教学片段1 中，学生得出的结论太完美，全班意见统一也太完美，很难说是依据实验现象、深入分析对比获得的。缺失了收集证据以及对证据进行分析的思维过程。

（二）唤醒：延迟判断、借助追问，启迪思维

科学活动中的思维，是学生通过头脑的活动对实验现象及实验数据进行加工，由已知信息获得新信息的过程[2]37。因此教师在获得结论这一环节，既要避免学生直接参考书本或依赖好学生得出结论，又要避免直接将结论灌输给学生，而忽视了学生思维能力的训练，养成用知识的传授代替思维培养的误区。采用延迟判断、借助追问等手段，充分发挥学生的主体作用，引导他们自主对实验现象和数据进行分析，探究归纳实验的结论，从而真正地启迪学生思维，促进学生深度学习。在上面的教学片段中，教师可以通过追问，引导学生思考，促进思维深入。如：（1）法线与镜面是什么关系？（2）F板的作用是什么？（3）三线共面的依据是什么？（4）你是怎么理解三线共面的？等等。依次引导学生思考，将现象与本质联系起来，构建更加清晰的光学知识体系。

四、交流和讨论中

（一）缺失：“讨”而不“论”，无思维碰撞

课堂交流和讨论可以增加学生感情投入，活跃课堂气氛，更能使学生的个人价值得到体现。学生在讨论中，可以发现问题、分析问题、解决问题，同时还可以进行思维碰撞，迸发思维的火花。但在实际实验教学当中，在交流和讨论过程中往往是“讨”而不“论”，出现“只开花不结果”的现象。

案例4氧气的制取和性质研究的实验（制备氧气的装置如图4）

图4 加热高锰酸钾制氧气

【课堂实录】（记录一些小组实验过程中暴露的问题）

小组A：实验过程中，由于一开始没有检查装置的气密性，最终只收集到半瓶氧气。后来在教师的指导下，发现导管破损，改换器材，重做实验，顺利完成后面的实验。

小组B：实验过程中，忘记在试管口填放棉花。在教师的提醒下，改进操作，顺利完成实验。

小组C、D：收集满三瓶氧气后，马上熄灭酒精灯，没有将导管从水槽中移出，导致水倒流进试管。D组由于发现较晚，试管破裂。

……

师：现在，所有小组都已经完成实验了，哪个小组来交流、分享一下你们在实验中的收获啊？

生1（小组A代表）：我们知道了木炭、铁丝能在氧气中燃烧。（没有提到实验中的“意外”）

生2（小组B 代表）：氧气具有助燃性……（也没有提到实验中的“意外”）

生3（小组C代表）：……（也没有提到实验中的“意外”）

……

课堂的交流、分享阶段，学生都只是围绕氧气的知识点进行了交流，都回避了实验中的“意外”。究其原因主要是，学生在交流和讨论时，怕说出不常见的想法和见解，会引起同伴的“耻笑”。渐渐地，学生迫于强大的舆论压力，越来越不想说出自己的见解，为了自己的“面子”，越来越不想说出“不成熟”的想法，也不想去评价他人的观点。

（二）唤醒：营造良好环境，促进思维

在实验教学中，教师要营造轻松、自由的课堂氛围，引导学生对实验过程进行充分的表达。如在上例中，进行实验后的反思与总结，可以说一说“为什么会忘了检查气密性？”“为什么会忘记将导管从水槽中移走？”论一论“实验操作中要注意哪些关键问题？”在表达中暴露问题、分析问题、解决问题。在交流表达中，首先要让“后进学生”先说，“中等学生”补充，“好生”当教师，这样可以形成“三人行必有我师”的良好氛围。同时，引导学生学会倾听，不要做简单的接受者，而要做参与者、梳理者和评价者，使学生通过交流、讨论，去芜存菁，凸显核心问题，促进思维的进一步发展。

总之，科学是一门以实验为基础的学科；实验是科学的灵魂，思维是实验的核心[1]38。学生科学思维的唤醒与培养，是科学实验教学不可缺失的环节。科学教师应努力学习科学课程理念，提升科学专业素养，努力提高课堂教学技能，使科学实验课既是学生寻找证据、发现规律的场所，又是培养学生“动手动脑”学科学的场所，更是促进学生思维发展的场所。