科学规律教学研析

李菲

〔摘    要〕  小学科学教学过程中，学生核心素养的培养离不开科学规律的学习。科学规律教学是科学思维能力培养的重要途徑。教师需要提供合适的脚手架，帮助学生充分挖掘与科学规律相关的前概念，掌握实验归纳的思维方法，在解决实际问题中理解应用，逐步培养科学思维能力。

〔关键词〕   小学科学；科学规律教学；思维能力

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  14    019-021

小学科学课程要培养的学生核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践、责任态度等方面。其中，科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识。学生要形成初步的科学观念，不仅需要建构科学概念，还需要掌握科学规律。近年来，教师对科学概念的关注度较高，但是对科学规律教学的研究较少。本文结合苏教版小学科学的具体教学案例，谈谈指向思维能力发展的科学规律教学。

一、小学阶段的科学规律及其特点

科学规律反映了科学现象、科学过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律，反映了物质运动变化的各个因素之间的本质联系，揭示了科学事物本质属性之间的内在联系。

小学阶段涉及的科学规律主要包括以下三类。一是物质的运动规律，例如拉力大小与小车前进快慢的关系、磁铁磁极相互作用的规律等；二是物质的变化规律，例如水沸腾的温度变化规律、盐在水中溶解快慢的规律等；三是自然界的变化规律，例如月相变化规律、一天中太阳高度角的变化规律等。

小学阶段的科学规律具有以下三个显著特点。

（一）科学规律的产生需要科学思维参与

要掌握自然界水循环的规律，学生仅仅通过模拟实验观察现象是不够的。因为这一规律不能由模拟实验直接得出，还需要基于实验现象进行推理和想象。又如，研究电磁铁磁力大小的影响因素，学生不仅要观察实验现象、获得数据，还要经历比较、分析等思维过程。

（二）科学规律体现了有关科学概念之间的内在联系

科学规律是由一些概念组成的，反映了这些概念之间的内在联系或关系。例如，苏教版二年级的“力与橡皮筋长度的关系”，这个规律是由力有大小、力可以改变物体的形状等概念组成的。它研究的是力的大小与形变程度之间的因果关系。又如，“拉力大小与小车运动快慢的关系”，这个规律是由力有大小、力可以改变物体的运动状态等概念组成的。它研究的是力的大小与运动快慢之间的因果关系。

（三）科学规律有一定的局限性

科学规律应该是在一定范围内发现的，或是在一定的条件下推理得到的。科学规律有它的适用范围和成立条件。例如，苏教版四年级“力与弹簧拉伸长度的关系”，这个规律如果超出了弹簧的弹性范围就不成立了。

二、在科学规律教学中培养学生思维能力

（一）充分挖掘与科学规律相关的前概念

充分挖掘学生的前概念是探索科学规律的基础。所以，教师需要提供各种条件与机会，让学生尽可能地充分挖掘或暴露与科学规律相关的前概念。

例如，苏教版五年级在研究杠杆规律时，有两种挖掘前概念的方法。第一种是出示一个很重的箱子，几个学生都搬不动它，此时，让学生想办法移动它。面对这样的情境，有部分学生会想到用一个撬棍去撬动它。分析此时学生要调动的前概念是：用类似撬棍这样的工具能轻松地撬起重物。挖掘的方式是回忆日常生活经验。第二种是让学生玩跷跷板。两个体重差不多的学生，坐在跷跷板上，脚不能蹬地，想办法让跷跷板绕着支点上下转动并尽可能地保持平衡。分析此时学生要调动的前概念有两个：一是像跷跷板这样的装置是可以翘起重物的；二是怎么做才能让对方撬起来或落下去。这时，学生挖掘前概念的方式有三种：一是回忆日常生活经验；二是亲自去玩一玩跷跷板，在真实的体验中，用自己的想法进行尝试；三是观察两位玩跷跷板同学的动作和跷跷板的状态，获得足够的感性认识。

我们对比这两种挖掘前概念的方法，第二种与第一种相比：从挖掘与科学规律相关的前概念的角度来看，不仅呈现了杠杆的装置可以省力，还突显了用力点到支点的距离与用力大小的关系；在获得前概念的方式上，更贴近学生的生活，趣味性强，而且学生能在真实的体验、观察与思考中获得足够的感性认识。正是因为学生获得了足够的感性认识、挖掘了较多的前概念，才能为接下来研究杠杆省力、费力、不省力也不费力的规律奠定基础。

因此，在科学规律的教学过程中，教师需要思考两点：一是要研究的科学规律需要用到哪些科学概念，尽可能地提供各种条件帮助学生挖掘这些前概念，获得足够的感性认识；二是挖掘或获得这些前概念的方式应该贴近学生的真实生活，可以是亲身体验、回忆、实验、观察、思考等。

（二）掌握实验归纳的思维方法

科学规律的建立需要以相关的科学概念为基础，结合抽象思维、形象思维和直觉思维，利用归纳、演绎、类比等各种思维方法，对观察到的结果进行综合、全面地分析。因此，学生在充分挖掘前概念的基础上，应当选择适当的途径，利用合适的思维方法，对观察到的现象进行分析，概括出科学规律。可见掌握思维方法在建立科学规律的过程中显得尤为重要。学生在建立科学规律时，常用的思维方法有：实验归纳、理论分析、类比等。分析小学阶段涉及的科学规律，发现在教学中常常使用实验归纳的思维方法。

实验归纳，即直接从观察实验结果中分析、归纳、概括而总结出科学规律的方法。在小学科学规律教学中的具体做法如下。

1.对实验现象或日常生活经验分析归纳得出结论

苏教版二年级在研究“手电筒放置的远近与光斑的关系”这一规律时，教师常用的做法就是通过实验现象进行观察，分析、归纳出结论。在实际教学时，学生拿着手电筒，将其上下移动，控制手电筒与桌面的距离，同时观察光斑的大小与亮度。接着，学生汇报手电筒放置的远近与光斑的关系。此时，教师会发现，学生多数会非常关注光斑的变化，仅能汇报光斑有大有小、有亮有暗，而忽视了手电筒放置的远近，不能将手电筒的远近与光斑的关系建立起联系。显然，通过这个实验探究活动，学生并没有建立该科学规律，更没有掌握实验归纳的思维方法。

归纳推理是由一些个别、特殊的判断推出一般的判断的思维方式。归纳推理的具体步骤为：搜集资料，即通过观察、实验，得出大量的感性材料；整理材料，即将材料归类，并得出反应事物外部特征和条件的判断；抽象概括，即经过分析、综合、比较等，排除无关的、非本质的因素，抽象出各个本质因素，概括出一般性的规律。从这三个步骤来看，刚才的实验探究仅仅进行了第一步搜集资料，教师就急着让学生进行抽象概括了。显然，这对二年级的学生来说难度较大，学生很难将手电筒的远近与光斑的变化建立起联系，大部分学生只能关注到光斑的变化。因此，在实验后，教师必须给学生提供适当的脚手架，帮助学生整理材料和抽象概括，逐步掌握实验归纳这种思维方法。

整理收集到的材料最常用的方法就是实验记录。教师可以改进实验器材，用简易的记录方式，让学生将观察到的现象进行记录。研究手电筒放置的远近与光斑的关系时，可以利用双头夹将三个手电筒分别夹在铁架台的三个高度上，学生只需要打开不同位置的手电筒，三个大小、亮度不同的光斑就会照射到桌面上。此时，教师再提供一张记录单，记录单分三栏，分别标出手电筒的位置“远、中、近”。学生将此记录单放在手电筒下并平铺在桌面上，就能在记录单上呈现出三个光斑。学生只需要沿着光斑的轮廓画出对应位置的光斑大小并写出亮度即可。对此次实验过程分析发现，学生的记录过程不仅完成了第一步搜集资料，同时也完成了第二步整理材料。因为教师设计的记录单将手电筒的位置远、中、近标记出来，同时在相应的位置让学生记录光斑的情况。学生在记录现象的同时，也在对不同位置照射的光斑进行了整理。第三步，抽象概括。教师可以设计关键问题：“依据观察到的现象，思考手电筒放置的远近与光斑大小、亮度有什么关系？”让学生在比较、分析中概括出科学规律。

因此，对实验现象或日常生活经验分析归纳得出结论，学生不仅需要做实验和观察现象，还需要对搜集到的资料进行整理，进而经历分析、比较、综合等思维过程，概括出科学规律。教师需要适时地给学生提供脚手架，例如，改进实验器材，方便学生操作；设计实验记录单，帮助学生整理信息；提炼关键问题，促进学生思维发展；等。

2.根据大量的实验数据进行归纳得出结论

苏教版小学科学五年级《拧螺丝的学问》一课，学生在认识轮轴之后，要研究“轮轴如何更省力”的规律。教师通过演示得到一组数据：轴上阻力1.8N，小轮上用力是1.1N，大轮上用力是0.6N。学生对这一组数据进行分析，初步得出了“在大轮上用力更省力”的结论。可是，作为科学规律，仅仅通过一组数据就得出结论是不够严谨的。因此，教师引导学生质疑，一组数据是否能有力地证明观点。接着为了获得更多的数据，教师巧妙地改进实验器材，将竖立的轮轴装置改为平躺的。此外。将阻力和用力的钩码都改为弹簧秤。这样一来，学生只需要将阻力的弹簧秤放置在不同的位置，就可以任意设置不同的阻力大小。接着在小轮和大轮上分别用力拉弹簧秤到平衡位置，就能读出相对应的用力大小。因为每个小组设置的阻力各不相同，就会出现大量的实验数据。

搜集到大量的实验数据后，要对数据进行整理。教师提供的记录单分为三列，分别是阻力、小轮上用力和大轮上用力。不同的阻力与相对应的小轮上用力、大轮上用力填在一行，这其实也是在帮助学生进行数据整理。最后，学生需要经过比较、分析，归纳出“轮轴如何更省力”的规律。面对大量的实验数据，教师同样需要给学生提供思维的脚手架。

因此，根据大量的实验数据进行归纳得出结论需要学生具备证据意识，学会对大量的证据进行歸纳和推理论证。在数据收集的过程中，要确保数据的多样性，教师可以通过语言引导、实验器材改进等方式，促使学生搜集大量的实验数据。要使学生对数据进行简单处理，教师可以利用列表式的记录单等方式帮助学生整理数据。要使学生对大量的数据进行分析和归纳，教师可以提供常用的论证句式，帮助学生进行比较、分析、归纳等科学思维活动。

（三）在解决实际问题中理解应用

科学规律的学习是为了运用科学规律解决实际问题。因此，在科学规律教学中，教师要选择恰当的实际问题，使学生掌握应用科学规律解决实际问题的思维过程、思维策略和思维方法，从而发展思维能力、分析问题和解决问题的能力等。

因此，教师提供给学生理解运用的问题，需要贴近学生的实际生活，是从真实生活中产生的。这样才能激发学生的探究兴趣，促使学生在不断思考中解决问题。另外，这个问题还需要指向科学规律的运用。通过运用科学规律，检验对科学规律的掌握情况，同时能培养学生的思维能力、分析问题和解决问题的能力。

三、结语

总之，小学科学课程培养学生的核心素养离不开科学规律的学习。科学规律的自身特点使科学规律教学成为科学思维能力培养的重要途径。在科学规律教学中，学生要充分挖掘与科学规律相关的前概念，掌握实验归纳的思维方法，在解决实际问题中理解应用，逐步培养科学思维能力。

【本文系江苏省教育科学“十四五”规划2021年度重点课题“小学科学‘双螺旋结构课题构建与实施的研究”的阶段性成果，编号：B/2021/02/174】

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]胡卫平.科学规律教学中思维能力的培养[J].学科教育，2004（6）：35-38.