培养思维能力，引导合作探究——小学科学实验教学创新的思与行

□浙江省诸暨市西湖小学 丁杨光

培养什么人、怎样培养人、为谁培养人是教育的根本问题，教育教学要发挥培根铸魂、启智增慧的作用。科学是严谨的，也是颇具趣味的一门学科，探究科学真理需要立足实验阵地，在观察、分析、推理、验证中得出实验结论，发现科学奥秘。同时，科学实验融动手、动脑、合作、互动为一体，既能够满足当前小学生活泼好动的感性发展需求，提高学生科学探究兴趣，也能够促进科学知识的理实结合，为学生思维能力发展搭建更具层次的攀升支架。但基于研究发现，当前很多小学科学教师在开展实验教学时还存在一些误区，如过程固化，难以突出创意内涵，以观察为主，难以体现操作乐趣等。在立德树人根本任务导向下，教师应立足学生发展规律和认知需求创新实验教学设计，带领学生在有趣、有序、有料的实验课堂中发展思维能力，增强合作意识，最终实现核心素养的可视发展。

一、小学科学实验教学的重要意义

科学是一门以实验为基础的学科，教师在实际授课中恰逢其时地组织实验教学，能够帮助学生更为清晰地认识表征现象背后蕴含的科学真理，促进学生对科学知识产生深入理解，小学科学实验教学对课程发展和学生发展都有裨益。具体而言：

首先，从课程发展而言，实验教学有效对接科学课程标准，是课程高质量进阶发展的必要支架。新课标明确指出：小学科学实验应立足学生成长规律分学段组织实施，逐步深化实验要求，满足不同年段学生的学习需要，保持学生的好奇心理和探究欲望。同时还强调，小学科学实验并非按照某个模块依参而教，而是教师将其贯穿至科学教学整体内容当中，以贯通性实验为支架促进学生对学习内容的真实理解和深入掌握，享受实验过程带来的乐趣，直观感受科学世界的神奇奥秘。从新课标关于实验教学要求的界定中不难看出，实验教学对课程发展具有不可或缺的作用，要想教好科学课程，先要做好实验设计，这是对广大一线科学教师提出的客观要求。

其次，从学生发展而言，实验教学能够激发学生科学探究兴趣，促进其多维素养发展。科学实验最主要的表征特征是“动态”，其不同于常规教学的知识灌输，主张引导学生在动脑观察和动手操作的过程中产生学习兴趣，感受科学知识神奇魅力。所以，科学实验教学能够直观激发学生对科学课程的兴趣和热爱，促进其主动参与、主动学习、主动思考，逐渐形成长效的科学学习动机。

最后，科学实验主要以理论迁移为目的，促使学生自主发现问题、分析问题、得出结论，并于此过程中让学生暴露不足，有益调节。整个实验过程聚焦于对学生科学观念、科学思维能力、探究实践能力、科学态度等素养的培育，是帮助学生形成适应终身发展和社会发展必备品质与关键能力的强力抓手。

二、影响小学科学实验教学提质增效的问题思考

小学科学课程开展实验教学十分必要，在素质教育背景下，多数科学教师也在积极践行新课标要求，努力思考科学实验活动的组织建构，虽取得一定成效，但实践中依然存在些许问题，影响了实验教学的进一步提质增效。教学问题主要体现在以下方面：

（一）实验过程固化，创新力度不够

实验设置是影响实验教学效果不容忽视的重要因素，现阶段小学科学实验教学在过程设置方面存在固化问题，即鉴于对小学生实验操作能力局限性、实验器材短缺性、教学时间紧迫性等综合考虑，部分教师为保证教学效率和完成教学任务，通常照搬教材已有实验模块的设置方法，且在实验教学中占据绝对主导地位，这意味着学生的实验学习只是将课本内容复制了一遍。这样的实验设置虽然在一定程度保证了实验开展的规范性，但过于刻板的照本宣科，拿来主义的教学设计，无疑削减了学生实验参与热情，影响了创造性思维发散，影响了核心素养渗透，这显然背离了实验教学的本意。

（二）实验观察为主，学生操作过少

基于对各类因素的考虑，教师在教学时常常出现“教师做，学生看，教师讲，学生听”的现象。实验观察虽是实验过程的重要环节，但并非全部内容，只有让学生亲历实验操作才能激活其思维潜能，才能真正让学生获知更多科学真理。但在实验关键操作环节，部分教师显然低估了学生的能力，并未让学生参与其中，这不仅影响了学生的实验探究兴趣，还难以借学生表现鉴定其学情水平，知识教授仍然趋于一种单向传递的样态，背离了以生为本的理念。

（三）课堂结构混乱，影响教学效率

新课标要求教师开展结构化教学，有层有序地引导学生构建完整的知识体系，最终实现对核心知识的真实理解和迁移应用。实验教学同样如此，只有课堂结构清晰，步步反馈、层层提升，才能保证教学效率和教学效果。但目前很多教师开展小学科学实验教学之前通常未进行严谨的结构设计，对先做什么、后做什么把握不清，随性而为的情况屡见不鲜，看似热闹的课堂背后，学生真实所获少之又少，缺乏结构统领的课堂样态让实验开展一度陷入高费低效的窘境。

三、新时期小学科学实验教学创新的行动路径

新时期小学科学实验教学应聚焦实验开展意义，审视教学现存问题，从“新”出发优化调整实验架构流程，把握实验目标归宿，找准理论知识投放和实践操作时机，关注学生自主学习和合作学习的交互，在步步反馈、层层提升中发展学生的思维能力，助推核心素养落地。下文以“解开人体耳朵暗箱”实验课题设计为例，阐述新时期小学科学实验教学的创新行动路径。

（一）整合实验课题，创新目标导向

统观小学科学教材可以发现，教材每一章节都有相关实验探索课题，充分践行了“以实验为基础”的编订原则，强调了实验于科学学习的重要意义。教科版小学科学四年级《我们是怎样听到听声音的》章节中，主要给出了三个探索课题，一是观察耳朵结构，预测结构功能，二是借助卷纸喇叭，体验声音强弱，三是模拟耳朵装置，验证预测结果。基于教材，教师可以将几个探索课题整合成一个大实验课题，即“解开人体耳朵暗箱”，聚焦“结构与功能”跨学科概念，指导学生用更为清晰的思路、高阶的思维去认识人体，了解人体耳朵结构和功能之间的关系，以形成良好的知识结构。依此创新设置实验课题，既可以让实验教学变得更有结构性和方向性，便于提高教学效率，还能够激发学生深度探究兴趣，便于学生更为顺利地完成核心知识概念的系统建构。

在整合探索课题后，教师要继续统整教学目标，以目标为核心导向，有序搭建学习支架，促进学生多维素养发展。在创新设置目标体系时，教师尤要注意两点，一是目标贴近核心素养概念，突出多元赋能价值，二是目标表述清晰易懂，不可泛泛而言。针对“解开人体耳朵暗箱”这一实验课题，目标体系可按如下表述设置：1.认识耳朵是由哪几个部分构成，知道各结构名称分别是什么。2.掌握耳朵听声的整个流程，预测耳朵暗箱中各类结构的功能。3.通过分层实验创造推理平台，有序验证结构与对应功能的预测结论。4.通过实验操作过程发现更多问题，以对比验证的方式分析问题、解决问题，提高辩证思维能力。5.联系生活实际，借耳朵暗箱结构与功能认识，解释生活实际问题，同时迁移运用知识技能，衍生更多趣味小实验，在知行合一中升华耳朵暗箱功能。上述目标聚焦科学素养，逻辑清晰，以此为导向带领学生开展实验学习，有趣、有序又有料。

（二）开启结构暗箱，组织功能预测

人体暗箱结构在科学探究过程中不能被打开，也不能被直截了当地观察，如耳朵暗箱的解密先是依托观察和理论进行功能预测，再通过预测过程体现学生的认知偏差，测试原有认知模型的合理性，同时激发学生继续探究的兴趣，为新认知模型建立奠定良好基础。具体言之：

1.互动导入，进行初次预测。

在抛出“解开人体耳朵暗箱”这一实验课题后，首先，教师设置一个简单的互动游戏——听鼓声，即用不同力度敲响小鼓，让学生听鼓声，恰时抛出核心问题：“我们的耳朵是怎样听到声音的？”以此促使学生发觉暗箱，引发质疑。其次，让学生互相观察耳朵，即观察暗箱的外部构造，进一步思考耳朵是怎样听到声音的，并简单画一画耳朵收声简图，大胆阐述预测结论。经由互动铺垫，教师可以发现很多学生对耳朵的认识主要集中在耳郭和鼓膜，只知道声波由耳郭接收后再引起鼓膜振动，这样就能听到声音。这种认知显然比较笼统，体现了学生认知偏差，教师接下来需要通过深入开展实验活动修正学生认知偏差，帮助他们迭代建立更为完整的耳结构知识模型。

2.搭建支架，进行二次预测。

通过对耳结构功能的初次预测检验，获知学生对外耳、中耳、内耳各部分结构的分布认识是模糊的，对听小骨、耳蜗等结构认识是缺失的，这是其无法正确绘制声音传播图谱的重要原因。基于学生的认知需求，教师继续搭建学习支架，进行一轮的功能预测。首先，展示完整的耳结构图片，让学生辨认各结构名称，教师依序在图片上做出标注。其次，组建合作学习小组，让学生合作组装耳结构模型，在更为动态和有趣的耳结构模型拼装过程中预测耳朵各结构的功能，构建有关耳朵暗箱新的知识模型。通过静态学习支架和动态学习支架的结合，既让耳结构理论知识学习更为丰富有趣，还能够引发学生对耳结构功能进行更为深入的思考，比如耳郭形似喇叭，具有声音收集作用，耳道形似洞穴，具有传声的作用。

（三）实验任务驱动，验证预测结果

通过前期引导和反复预测，学生大致可以说出声音在耳朵中的传播过程，能够简单解释“耳朵是怎样听到声音的”这一问题，但种种预测是建立在理论认识的基础上，要想验证预测结果，进一步解开耳朵暗箱之谜，教师还需要搭建更为具体的实验支架，让学生一步一步深入暗箱结构，明确结构功能。同时，基于观察和提问，发现学生对耳郭和鼓膜的结构功能关注度较高，学习需求比较迫切，这自然也是接下来实验开展的重点。

1.实验一：模拟体验。

以模拟体验为起点，引导学生初步探究耳郭的功能，在对比实验中感知耳郭的重要性，并借感官体验激发学生兴趣，提高课堂温度。首先，教师带领学生每人做一个纸喇叭，并将纸喇叭戴到耳朵上，随后持续播放一段声调一致的铃声，学生通过反复戴喇叭、摘喇叭的过程，体会听到铃声的变化，思考耳郭的作用。其次，让学生戴着纸喇叭面朝不同方向听铃声，继续感受铃声有何变化。通过多种感官体验方式感受铃声的变化，认识耳郭的功能是一种比较直接有趣的实验方式。学生通过体验可以知道：戴上纸喇叭比摘下纸喇叭所听到的铃声明显更大、更清晰一些。并且发现，耳郭正对声源比侧对或背对声源所听到的声音也会更加响亮。通过实验对比，学生进一步确定了耳郭结构具有收集声音的功能。最后，为培养学生严谨的探究态度和高阶思维能力，教师在实验探究结束后抛出几个问题让学生思考“在这个实验中为什么要播放声调一致的铃声？影响实验结论正确性的因素有哪些？生活中哪些现象利用了耳郭收集声音的原理？”通过问题释疑的过程，学生不仅知晓实验推理需科学严谨，端正了学习态度，还在思维发散中与生活建立了联系，对耳郭功能有了更深的理解。

2.实验二：合作探究。

感官体验虽然直接有趣，但这种实验方式还是不够严谨，因为活动中无法将耳郭去掉。因此，教师设置更为丰富的探究实验，让学生以小组合作的方式借助模拟实验装置，自主对耳郭和鼓膜结构功能预测进行补充验证，形成更为健全和严谨的知识体系。

首先，教师出示如图1 所示实验装置，让各组集思广益辨认实验装置各结构分别对应了耳朵的哪些结构，教师随机指派学生回答，其他学生补充说明。

图1

其次，教师设置对比实验任务单，指导学生有方向、有深度地进行实验学习，在任务落实中验证耳郭和鼓膜结构功能预测是否正确。具体任务如下：1.指派学生上前用不同力度敲击小鼓，全体观察泡沫小球的变化，对实验现象做出解释。2.指导学生拆装喇叭，对比敲响小鼓，观察泡沫球的振动情况，对实验现象做出解释。3.变换小鼓位置用相同力度分别敲击小鼓，对比观察泡沫小球的振动变化，对实验现象做出解释。4.让学生依次更换橡皮膜（鼓膜）材料，再次敲击小鼓，对比观察泡沫小球振动情况，对实验现象做出解释。5.你认为实验还有哪些需要优化的地方？说出你的想法。教师引导各组有序落实实验任务，在观察、分析、操作、验证中记录实验数据，呈现实验汇总报告，组内、组间围绕实验报告交流讨论，针对不同意见展开有益思辨，直至结论统一。在整个实验过程设计中，教师负责搭建任务支架，学生负责主要操作，力保让每名学生都有表现的机会，体验实验乐趣的同时一步步验证耳朵暗箱结构和功能之间的关系，同时借组内互动、组间互动促使学生思维碰撞，让实验学习迸发出更多智慧火花。

（四）实验现象迁移，践行知行合一

耳朵暗箱结构比较复杂，除了耳郭和鼓膜外，听小骨、耳蜗、听觉神经等结构均在人体接收声音信号过程中发挥着作用，但验证这部分结构与功能对实验设备要求较高，因此难以实施。所以，教师可以呈现补充资料，先让学生知晓各结构功能，再让学生绘制完整的声波在耳中的传播图谱，建立完整的知识模型。此外，由耳郭和鼓膜实验现象迁移，还可以衍生出更多富有探讨价值的生活问题，例如，出示耳朵鼓膜损伤和穿孔的现实图片，让学生回顾“实验二”中泡沫球小球的振动现象，思考哪些情况会导致鼓膜受损，在实际生活中如何健康用耳？通过实验现象迁移衍生出健康用耳概念，并让学生制定护耳计划，将知识模型迁移践行至健康生活当中，加强科学知识与生活的联系，这是进一步提升耳朵暗箱结构功能的重要体现。又如，教师还可以围绕“听诊器”组织探讨话题，让学生解释听诊器的工作原理，并以小组合作的方式在课后自制一个听诊器，由此完成知识模型迁移，践行知行合一。

四、结语

综上所述，小学科学实验是一种“思维体操”，学生通过思与行探究表征现象，掌握知识真理，在实验过程中发现问题、分析问题、解决问题、总结问题，最终实现科学素养的可视发展。教师应聚焦实验开展意义，审视教学现存问题，从课题设置、目标完善、结构优化、活动组织等层面创新实验学习支架，引导学生在自主学习与合作探究中发展思维能力，深化核心概念，成长为具有科学钻研精神的时代好少年。