在探究中发展学生的科学思维能力

张宁素

【摘   要】科学教育的过程要真正体现科学探究的本质，就必须把焦点集中于发展学生的科学思维之上。小学科学教学中，通过“有结构的材料”“丰富的证据”和“论辩式交流”三个策略，发展学生的科学思维能力，提升他们的科学素养。

【關键词】科学思维能力;比较力;推理力;论证力

《义务教育小学科学课程标准（2017年版》指出，亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。它不仅要求学生掌握良好的科学技能，更要求培养学生严谨踏实的科学思维能力。科学思维，顾名思义就是运用科学的方法进行思维，是科学方法在个体思维过程中的具体体现，它包括比较力、推理力、论证力、综合力、抽象力等多个方面的思维能力。科学探究就是用科学的思维方式获取知识的过程。因此，科学教育就必须聚焦学生的科学思维发展，通过实施“有结构的材料”“丰富的证据”和“论辩式交流”等策略，培养学生的比较力、推理力、论证力，真正体现科学探究的本质。

一、运用有结构的材料发展思维的比较力

比较，是指学生根据一定标准，对两种或两种以上有某种联系的事物进行辨别，以区分差异和高下的思维过程。材料有助于学生观察周围世界，发现各种事物间互相关联的概念。通向建构概念的路往往始于学生的经历，而有结构的材料则能引出这种经历。实践证明，有结构的材料有助于探究活动的有效开展，并能在探究中引发学生思考，在建构概念的过程中发展学生思维的比较力。

以六年级下册《放大镜》一课为例，教师给每组先后提供了两套有结构的材料。教师先提供了图1的材料（1号是普通玻璃片，2号是塑料片，3号和4号是大小一样、凸度不同的凸透镜片，5号与3号是大小不同、凸度相同的凸透镜片，6号是凹透镜片，7号是球体），引导学生以“猜测—观察—比较”的方式进行自主探究，归纳出能放大物体像的镜片特点。接着，学生观察比较了能放大物体像的镜片，发现这些镜片的放大倍数与凸起程度有关。最后，教师提供了图2所示的两个烧瓶（空烧瓶和装满水的烧瓶），学生通过比较进行自主探究，进而归纳得出“具有放大功能的物体必须是实心的”这一结论。

图1                                         图2

《放大镜》的教学重点是了解放大镜镜片“凸”“透”“实心”的特点。教师通过课前测试发现，学生虽然对放大镜不陌生，有一些基本的了解，但对放大镜镜片“怎样放大”这一关键问题，认识比较模糊，很难清晰地提出一个封闭性的问题。

有结构的材料是指各个材料之间、材料与教学内容、教学目标之间具有紧密联系的材料。案例中，教师借助两套有结构的材料，精心设计了提供材料的先后次序，使学生经历了三次科学、全面又深入的观察和比较。图1中七种材料的特性与学生的错误概念直接关联，是教师有意识选取和组合的，旨在引导学生先进行猜测。为了证明自己的猜想，学生借助有结构的材料开展了有目的的细致的比较，很容易地归纳出能放大物体像的镜片具有“凸”和“透”的相同特点，指向本课的核心概念。学生对放大物体像的镜片再次进行观察比较后，又发现镜片凸起程度越大，放大倍数也越大的特征。在此基础上，教师提供了图2材料，学生第三次进行观察比较，从而发现空烧瓶并不能放大物体像，而装满水的烧瓶能放大物体像，且因瓶身近似于球体，所以放大的倍数特别大，由此归纳出“实心” 的特点。利用有结构的材料形象、直观、具体、真实的特点进行科学探究，可以帮助学生较为容易地建构概念，理解和突破难点，使思维的比较力得到发展。

二、运用丰富的证据发展思维的推理力

科学探究以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论。推理，是人们在已有知识所形成的判断的基础上，从一个或几个已知的判断推出一个新的判断的思维过程。小学科学中的推理是一种基于事实的讲求证据的推理。其要素为假设、实验、证据，其中证据是科学推理的基础。学生通过一系列的科学探究活动寻找证据，运用丰富的证据解释自己的观点。这一过程也是推理力发展的过程。

如六年级下册《小苏打与白醋的变化》一课中，学生把小苏打倒进装有白醋的集气瓶里，发现冒气泡了。他们根据生活经验，认为“气泡”就是二氧化碳气体，但如何用证据证明呢？学生已知“二氧化碳能灭火”的特点，教师又补充“二氧化碳比空气重”的特点。如果学生能收集相关证据证明产生的气体满足这两个特点，就能得出“气泡”是二氧化碳的结论。而这一探究活动分为四个步骤，极好地发展了学生的推理力。

（1）实验一：证明新气体是否支持燃烧。学生实验前先提出假设：如果火柴继续燃烧，说明新气体不是二氧化碳;如火柴熄灭了，则有可能是二氧化碳。接着，学生把燃烧的火柴伸入集气瓶观察火焰的变化，并思考：观察到了什么？能证明什么？当学生观察到新气体不支持燃烧的现象与“二氧化碳能灭火”的特点一致，就能将自己的假设与之联系起来。

（2）实验二：证明新气体是否比空气重。学生先将集气瓶中的气体倒在蜡烛的火焰上，观察蜡烛是否会熄灭。教师再次引导学生思考：如果火焰熄灭了，说明什么？如果火焰没有熄灭，又说明什么？实验前的推理有助于明确观察的指向。当实验结束后，学生就能将观察到的事实转化为证据，推理得出新气体比空气重。

（3）分析判断：通过两次实验推理活动，学生不再轻易认为新气体就是二氧化碳，因为像这样的气体还有很多。最后教师补充：科学家收集到了大量的证据，才得以证明这种气体是二氧化碳。

（4）判断气体：教师引导学生思考：“留在集气瓶中的液体是什么呢？你有什么办法可以证明吗？”对这一问题，学生要运用已经收集到的大量证据来进行推理验证，在丰富的事实和证据基础上，进一步发展思维的推理力。

从以上案例可看出，学生通过各种方式收集事实，并通过推理将事实转为证据以验证自己的观点，推理力得到了较好的发展。

三、开展論辩式的交流发展思维的论证力

科学论证是重要的科学活动，其内涵是利用证据建立科学的理由以支持科学主张。在课堂上，学生公布了自己的解释，别的学生就有机会针对解释提出质疑、审查证据、挑出逻辑错误、指出解释中有悖于事实证据的地方，或者就相同的观察提出不同的解释。学生间相互争辩，无疑是思维碰撞最激烈的过程，能够引发新的问题，有助于学生将实验证据、已有知识、新的解释紧密地联系起来。同时，学生之间的评价、争论让学生明白了别人也可以有不同的解释，有助于他们摆脱自我为中心的思维倾向;学生之间的互相质疑，可促使他们从观点的对立及相互指出的逻辑矛盾中，更好地引发自我反思，深化认识;学生之间的交流、争议、意见综合，有助于激起他们的灵感，促进新假设的建构和更深层的理解，在论辩式的交流中促进思维论证力的发展。

例如，在四年级上册《水能溶解一些物质》一课中，学生亲历三个富有层次的观察活动：观察、比较、描述沙和食盐入水前后的特点（图3），观察描述面粉在水中的特点（图4），过滤三杯混合物（图5）。

图3                                     图4

图5

观察是描述的基础，观察越仔细，描述越准确，结论就越接近科学。案例中，教师有意引导学生观察比较食盐和沙子入水前后的特点，通过这两种物质的颗粒大小的变化，围绕“根据什么现象来认为食盐是溶解了或沙子没有溶解”的问题来描述食盐、沙子在水中的现象，展开热烈的交流，初步建立“溶解”的概念，为后面的论辩交流做好铺垫。

面粉在水中的状态不像食盐或沙子那样，可以直接从物质的颗粒大小判断出是否溶解。以此作为结构材料，容易引起学生的思维冲突，产生寻找证据来证明的想法，自然地将科学探究引入下一环节中。通过食盐、沙子的实验，学生已经能初步根据物质在水中的状态变化判断物质是否溶解，他们就把面粉在水中的状态变化与食盐、沙子做比较，观察面粉在水中的变化更接近哪一种。在论辩式交流活动中，学生的思维是相当活跃的，他们仔细观察比较三种物质在水中的差异现象，并以此为证据表达自己的观点和论据，接受他人的质疑和补充，建构起溶解和不溶解的概念，发展了学生思维的论证力。

综上所述，教师在探究活动中，引导学生操作有结构的探究材料，收集丰富的证据，参与论辩式交流活动，能较好地发展学生的科学思维能力，提升学生的科学素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准（2017年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2] 张红霞.科学究竟是什么[M].北京：教育科学出版社，2003.

[3]金娜.科学论证的课堂实践[R].北京：北京教育学院宣武分院，2014.

（浙江省宁波市奉化区锦屏中心小学   315500）