在不同年段的暗箱课中发展儿童的科学思维

孙静妮

摘要：“解暗箱”作为一种重要的探究方法，有助于激发学生的学习积极性，提升他们的想象力和思维力，有助于改善学生的思维品质，培养他们的探究能力。

关键词：小学科学;“解暗箱”;科学思维

在日常生活中，我们常常会遇到一些从外面打不开，又看不见里面状态的事物，我们称它为“暗箱”。其实，“暗箱”就在我们身边。比如，西瓜在没有切开之前就是一个“暗箱”。人们看纹路、掂重量、弹声音——这一挑西瓜的过程就是在“解暗箱”。不打开“暗箱”，只从外部考察输入、输出的关系，从而认识事物的内在本质，是一种“由表及里”的逻辑思维方法。从工程技术到社会领域，从无生命到有生命系统，从宏观世界到微观世界，“解暗箱”都是一种不可或缺的认识方法。

“解暗箱”作为一种重要的探究方法，有助于激发学生的学习积极性，提升他们的想象力和思维力，有助于改善学生的思维品质，培养他们的探究能力。本文结合低、中、高年段的教学实践，阐述在这一类课堂中发展学生科学思维的方法和价值。

一、关注相关性，在直接观测中“司外揣内”

暗箱求解可以说古已有之，中医通过“望、闻、问、切”四诊来“司外揣内”，就是典型的“解暗箱”。“有诸形于内，必形于外”，说的就是内与外的相关性，一定的物质内部状态必定释放出一定的外部信息。我们可以根据暗箱的“外泄”信息，利用已有的规律和经验去分析，推知暗箱的结构和可能具有的性质。

例如，苏教版小学科学一年级上册“暗箱里的秘密”一课，重点活动是“滚小球”。这里的暗箱结构相对简单，主要是借助感官直接观测，判断箱子里障碍物的位置。针对一年级学生的认知特点，怎样借助“滚小球”活动让暗箱能“说话”，并让学生听懂暗箱的“悄悄话”呢？这需要教师对“滚小球”进行有针对性的指导，引导学生捕捉暗箱内“辐射”出来的每一个信息。教学中，教师可以通过几个问题帮助学生找到“滚小球”的要诀。

（1）还是上下晃动吗？（平放，慢慢倾斜箱子，让小球沿着边滚起来，要一条边一条边依次试）

（2）动作快一点还是慢一点？（慢一点，快了听不清楚）

（3）怎么能更清楚地听到小球滚动的声音？（把耳朵凑近了听，保持安静）

（4）怎么去感受小球碰到泡沫块时的变化？（还有一个感官能帮忙，可以用手摸着箱子的边来发现滚动感、撞击感的变化）

滚、倾、听、摸是4个获取暗箱内部信息的外部动作，富于变化的暗箱信息，这不仅勾起学生的好奇心和探究欲，也促使他们去直觉想象和思考判断。这里师生都会产生困惑：“该不该打开箱子？”“到底谁对谁错？”我们不妨想想，“打开”和“不打开”哪个更有价值？答案是肯定的，“未知”比任何东西都要让人上瘾。若打开了，谜不在了，好奇感消失了，学生的探究也就停止了。不打开暗箱，就意味着要用更多的方法来验证自己的结论，要在一次次剖析暗箱中使结论趋于客观事实。

二、关注统一性，在类比推理中“望表知里”

事物总是以“系统”的形式存在于世界之中，内在结构与外在功能是系统的辩证统一，结构是功能的载体，功能是结构的表现。“解暗箱”就是通过考察暗箱的输入和输出信息的动态过程，研究系统的功能和行为，进而推测、探求系统内部结构和运动规律。所以“解暗箱”的实质就是由功能探索结构，其出发点就是结构和功能的统一性。

例如，苏教版四年级下册“关节”一课，重点是了解关节的运动特点及原理，理解结构与功能的统一性。但对于身体这个“最熟悉的陌生人”，学生既无法通过自我审视获得丰富的感性认识，也无法用操作实证来检验自己的猜测，这就需要教师引导学生将陌生的、不熟悉的问题与已经熟悉的问题或其他相似事物进行类比，从某些相似或相同的属性角度出发，从结构与功能的辩证逻辑关系上加以推理检验。教学中，教师可以通过“猜—比—拼—画”4个活动来“解暗箱”。

（1）猜：猜测肩关节连接方式，并交流猜测（用图示展现思维过程，暴露前概念）。

（2）比：观察相似动物的肩关节关节面（类比结构，感知接触面形状）。

（3）拼：用造型泥塑组合拼裝球窝、旋转和铰链关节（认识关节类型，理解链接方式决定活动方式）。

（4）比：对比髋关节和肩关节的不同，寻找深、浅球窝在灵活度和作用性方面的差异（理解结构与功能的统一关系，形成科学概念）。

长久以来，人们对于人类生命现象的认识是建立在观察自然的基础之上的，是以周围世界中一些最常见的事物作为参照物的，是以认识自然中同样的规律来认识自己的。“解暗箱”要求教师善于对问题进行归纳、演绎和类比，关注学生逻辑思维的发展，从外显运动推测内在状态，由内部结构认识外部作用，在思辨中对话真实的生命系统。这种“望表知里”的教学模式能为我们提供一种崭新的认识方法。

三、关注因果性，在建模验证中“以象测藏”

人体外部发烧，揭示内部炎症;地表突发狗吠鸡飞，反映地壳变迁，地震即将发生。现象和本质，输入与输出，确有一定的因果关系。如果有这样一个系统，它对外部刺激有着与“暗箱”原型相同的反应，那这个系统就可能是“暗箱”的答案。怎样设计这样的系统呢？依据因果关系，应该以条件相类、环境相似、功能相同为前提，建立一个关于研究对象的模型，然后通过研究人为的模型，大胆猜测想象，进行模式演绎，从而解开“暗箱”的奥秘。

例如，苏教版五年级上册“探测暗盒里的电路”一课，主要围绕检测“电路暗盒”这个活动展开。在教学实践中我们发现，“简单电路”是学生很难理解的概念，而内部不可见的“电路暗盒”就难上加难了。这就需要教师在教学中把握学生认知障碍的核心，根据电路各组成部分的特性及检测结果，利用简易材料制作能实现同样效果的电路模型，对“电路暗盒”的内部结构和功能做出基于事实的假说。这里的“解暗箱”大致有“检测暗盒—猜测暗盒—模拟暗盒”3步（如图1所示）。

模拟求解是基于观察实验后更深层次的探究，是另一种验证。构建模型进行解释的价值在于过程，即根据测试结果进行可能性分析和因果推断，逆向推理出暗箱内的元件及结构，不断完善、修正，使建立的模型逐步接近暗箱的内部结构，最终达到模型和暗箱的同构。“解暗箱”并不是直接认识，而是另辟蹊径，从系统外部的信息出发，“以象测藏”，逆向探寻思路，分析产生这些外部信息的内在原因和条件，从而推理出暗箱的本质及内涵。因此，“解暗箱”体现了一种“透过现象看本质”的哲学思想。

参考文献：

[1]石国强.浅谈提高小学科学课堂教学有效性[J].科学大众（科学教育），2009（11）.

（责任编辑：奚春皓）