小学科学实验中学生惯性思维的干预策略例谈

□范 蓓

惯性思维也称思维定式，是由先前的活动造成的一种对活动的特殊心理准备状态或活动倾向性。《义务教育科学课程标准（2022年版）》在课程目标中指出：学生需要掌握分析与综合、比较与分类、抽象与概括、归纳与演绎、联想与想象、重组思维、发散思维、突破定式等基本的思维方法，能从不同角度分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。小学科学学习强调以探究为核心，以实验为支撑。在实验教学中，教师要帮助学生突破惯性思维，培养学生的创新思维。本文以三次实验教学为例，分析学生的惯性思维，并提出相应的干预策略。

一、修正记录单，实现从证据到概念的建构

在科学学习中，利用证据对知识进行解释和论证，是构建科学概念的主要方式之一。很多科学证据是通过实验观察得来的，这就要求教师在设计实验时，要借助合适的支架呈现学生的观察结果，使学生的思维过程可视化。实验记录单是十分合适的支架，教师可以利用实验记录单引导学生在观察时记录第一手证据，为后续的交流讨论提供依据。

【案例1】

教科版《科学》四年级下册《种子的传播》一课的教学中，教师带领学生研究“一种植物种子是否仅有一种传播方式”，课堂教学过程如下。

教师让学生观察苍耳、莲蓬、蒲公英、葡萄的特征，并推测这些植物的种子的传播方式。

生：苍耳有刺，且比较轻，所以靠动物传播；莲蓬表面干、硬，并且生活在水里，所以靠水传播；蒲公英的种子像伞，很轻，有毛，所以靠风传播；葡萄颜色鲜艳、味道鲜美，所以靠动物传播。

师：你们同意这个小组的意见吗？

生：同意。

师：还有什么要补充的吗？

（生沉默）

师：谁来总结一下这些种子的传播方式？

生：苍耳种子的传播方式为动物传播；莲蓬种子为水传播；蒲公英种子为风传播；葡萄种子为动物传播。

【案例分析】

表面上看，上述实验观察十分成功，所有小组都能观察到苍耳、莲蓬、蒲公英、葡萄的特征，并且找到了对应的传播方式。然而，学生并没有从“种子的传播方式与种子的结构及生长环境特征之间的关系”进行分析，他们很难将观察到的种子结构特征转化为确定种子传播方式的证据。这就导致学生在汇报时陷入了“一种植物种子只有一种传播方式”的惯性思维。

【教学改进】

为了突破“一种植物种子仅有一种传播方式”的惯性思维，教师对实验记录单进行了调整。表1为单一性的实验记录单，表2为思维含量更高的实验记录单。

表1

表2

如表1所示，学生需要把这些种子的结构特点写在一个格子里，然后根据这些特点来判断种子的传播方式。每个小组一份实验记录单，组员合作完成。表2所示的记录单中，教师采用让每个学生先独立思考，再在小组内讨论交流的方式进行记录，具体操作方法如图1所示。

图1

首先，学生独立观察种子，并将观察到的种子结构和生长环境特征写出来。这样每个学生都能在观察中主动参与，形成自己的观点。其次，学生在观察结束后进行小组讨论，讨论的主题是“你是根据种子的什么特征推测出它的传播方式的”，这就是一个依据证据建构概念的过程。最后，学生在填好表2 后在组内将种子的每个特征与对应的传播方式进行连接。例如，学生注意到苍耳较轻，想到动物传播和风传播两种方式；看到苍耳扔到桌上会弹起来，想到自体传播。由此，学生得出结果：苍耳种子的传播以动物传播为主，以风传播、自体传播为辅。这样“一种植物种子仅有一种传播方式”的惯性思维就得到了修正。

二、创新实验材料，实现从现象到本质的探究

透过现象看本质是科学研究的基本方法，这种方法在实验教学中同样适用。实验中，学生需要观察实验现象，理解现象产生的原因，抓住现象背后隐含的本质原理。其实，在教科版《科学》中，存在着很多现象不明显的实验，如用蜡烛探究二氧化碳轻重的实验以及比较铁、铜、铝三种金属导热性的实验等。为了让实验现象更明显，教师需要改进实验器材、实验方案，优化实验教学方法。

【案例2】

教科版《科学》四年级上册《声音的高与低》一课的教学中，教师带领学生探究“装水少的杯子发出的声音是否一定高”。课堂上，教师在课件上出示了一道题，如图2所示。

图2

全班共41人，其中29人认为用嘴吹1号至4号玻璃杯口，声音将会由高到低变化。这是因为1号杯中水最少，水振动得最快，所以声音最高。

【案例分析】

回答上述问题前，学生准备了四个水量不同的杯子，依次敲击来辨别声音的高低，结论是：装水越少的杯子，敲击后发出的声音越高。约71%的学生在回答图2 所示的题目时，认为用嘴吹和敲击一样，都是使水发生振动，因此陷入了“装水少的杯子发出的声音一定高”的惯性思维。事实上，敲击杯子时，发生振动的物体是水，而用嘴吹杯口时，发生振动的物体是空气。学生没有弄清楚发声的物体，其科学学习停留于表象，因而陷入了思维误区。

【教学改进】

为了帮助学生明确科学原理，突破惯性思维，教师对实验材料进行了改进，目的是将音量放大，使物体的振动可视化，使学生容易观察现象，顺利得出科学本质。

1.利用共鸣盒，放大音量

教科版《科学》四年级上册《声音的强与弱》一课中，教材安排了让学生用不同力度拨动钢尺（如图3），明确振动幅度与声音强弱关系的活动。由于拨动钢尺发出的声音比较弱，加上周围其他声音的干扰，学生不能很好地得出振动幅度与声音强弱的关系。为此，教师自制共鸣盒，将声音导管与共鸣盒连接起来，避免实验受外界的干扰，具体如图4所示。这样，学生能够得出“振动幅度大，声音强；振动幅度小，声音弱”的规律。

图4

2.利用塑料管，呈现振动

为了让学生感受“声音高低与振动快慢的关系”，教师让学生吹长短不同的塑料管，并在塑料管底部贴一张小纸条。这样，学生在吹气时，就能明显看到不同塑料管底部纸条的振动情况。在此基础上，教师引导学生思考“纸条和什么有接触？”“是什么让纸条发生振动？”等问题。学生由此理解吹气能引起塑料管内空气的振动，从而产生声音。再次实验时，学生观察纸条振动的快慢情况，有以下发现：吹短管时，纸条振动得快，发出的声音高；吹长管时，纸条振动得慢，发出的声音低。教师还可以在塑料管上安装弹簧夹，让学生敲击塑料管，观察弹簧夹的振动情况，再次明确发生振动的物体。

3.利用传感器，量化振动

在塑料管底部贴纸条的方式能让学生从定性的角度得出声音高低与振动快慢的关系。为了让学生从定量的角度分析声音高低与振动快慢的关系，教师进一步改进实验。在学生吹长短不同的塑料管时，教师将声波传感器与电脑进行连接，用直观的振动波纹图呈现塑料管内空气的振动频率变化（如图5）。这样，学生能够直观地看到：吹短管时，空气振动快，声音高；吹长管时，空气振动慢，声音低。

图5

上述实验中，教师利用共鸣盒将声音放大，利用塑料管使振动可视化，利用声波传感器使振动量化。学生完成了从现象到本质的飞跃，深度理解了物体振动快慢与声音高低的关系。

三、丰富实验方案，实现从单一到多元的突破

实验方案是科学实验的基础，直接决定实验效果和课堂效率。学生对实验方案的思考和操作是建构科学概念的前提。在实验教学中，教师要鼓励学生从生活中寻找跟课堂实验相近的情境，尝试用不同的思路制订实验方案，让问题的解决方法从单一走向多元。

【案例3】

在进行教科版《科学》三年级上册《水到哪里去了》一课的课堂小结时，教师出示了一杯冒着白气的热水，让学生说一说眼睛看到的白气究竟是什么。令人意外的是，班级中仅10%的学生知道白气是小水滴，其余的学生都认为是水蒸气。

【案例分析】

多数学生认为热水上方的白气是水蒸气，出现这一惯性思维是由于学生对“水蒸气看不见、摸不着的特点”不够了解。教材没有安排了解水蒸气特点的短时实验，仅安排了一个历时两天的长时实验，即在两个大小相同的杯子里放等量的水，放在通风处，一个杯子用塑料薄膜封住，另一个杯子敞口放置。学生只能通过图片观察两个杯子的水量变化，模糊地说出水蒸气的特点。

【教学改进】

为了突破“热水上方的白气是水蒸气”的惯性思维，教师结合学生的生活经验，提供了研究水蒸气的四个层层递进的实验方案，如图6。

图6

学生通过方案1和方案2，观察到水蒸气无色、无味、看不见、摸不着等特点，并感受到水变成水蒸气的过程中会吸热；通过方案3和方案4，在短时间内看到水蒸气变成小水滴的过程。这四个实验丰富了学生的体验，加深了学生对水蒸气特点的了解，进而使学生突破了“热水上方的白气是水蒸气”的惯性思维。

总体而言，突破学生惯性思维的干预策略是以学生的前概念为基础的。干预的过程也是学生修正和完善前概念并构建新概念的过程。教师要从学生的实际情况出发，采用有效的策略，帮助学生突破原有认知，建构完整的科学概念。