在《光的传播方向会发生改变吗》实验教学中构建学生科学思维生长的课堂

◇褚王杰（浙江：余姚市第二实验小学）

小学科学课要培养学生的科学素养，科学素养中最关键的是科学思维。学生在学习科学的过程中要在掌握课标要求的18 个大概念的基础上，发展科学探究能力和科学思维。在小学阶段，科学素养一般指的是学生在解决问题时表现出的思维活动和思维方式，是建立在科学事实的基础上，加以逻辑推理，对实际问题进行探索和解决的过程。由此可见，学生科学思维的发展对科学素养的形成起着关键的作用，我们在日常教学中必须加以重视。

学生科学思维的生长是一种逐步培养和训练的过程，需要在日常的科学探究和科学实践中不断训练和提高。要运用合适的教学策略，选择有结构的材料，让他们在做中思，切实有效地发展他们的科学思维。现以教科版2020年版科学教材五年级上册《光的传播方向会发生改变吗》一课为例，谈谈如何构建学生科学思维生长的科学课堂。

一、聚焦核心问题，激发学生的科学思维

学生的科学学习始于问题，问题是科学思维发展的源头。在科学课堂教学中，教师要善于创设符合学生心理的真实情境，站在学生已有的认知水平上，聚焦科学学习的问题，充分调动学生学习科学的积极性，使其投入科学研究中。

（一）实验演示导入，点燃思维的火花

小学生对直观的实验现象很感兴趣，能快速、有效地激发学生学习的热情。在本课的教学中，联系前一课《光的传播会遇到阻碍吗》，用蓝色的指星笔照射充满烟雾的空水槽，笔直的绿色光线唤醒了学生对光的传播方式的认知。紧接着，将指星笔伸入水中，学生惊奇地发现，这条绿色的光线在水中也是直线传播的。课堂气氛第一次被点燃，学生迫切地想知道教师接下去会将指星笔放在哪里。这时教师出示装一半水的水槽，聚焦核心问题——让光线从空气射入水中时，光的传播路线会发生变化吗？引领学生开始思考光线在不同的物质中的传播特点。

课堂核心问题的聚焦不应该是教师强加给学生的，而是发自学生内心的，这样的科学探究才能够引发学生的深度学习，从而发展学生的科学素养。本课中核心问题的聚焦是在学生前一课的学习基础上，创设了一个真实的情境，认知的冲突驱动学生的思维深度卷入。

（二）画图指引猜想，引发思维的互动

“光线从空气射入水中时，光的传播路线会发生变化吗？如果发生变化，会怎么变？”在问题的驱动下，学生联系前一课的内容和生活中的经验，对问题进行思考，做出自己的猜想。有的学生认为，光从空气进入水中时还是按照原来的传播路线；有的学生认为，光从空气进入水中时会发生偏折，但偏折的方向不同。用图示的方式将这些猜想画下来，便于和同伴进行交流。在比较、归纳的过程中，生生间激烈碰撞，促使学生主动、深入地投入探究活动中，以便寻找证据支持自己的观点。

小学生的思维处在具体形象思维逐步过渡到抽象逻辑思维的过程。他们的描述能力弱，而图形可以帮助学生将现阶段头脑中对问题的看法直观、准确地呈现在同伴面前。

二、优化探究活动，发展学生的科学思维

科学探究是学生学习科学的主要方式，是学生获得数据、形成科学概念的主要途径，更是学生科学思维发展的重要支架。在科学教学中，教师要站在学生的角度，对教材中的探究活动进行优化，既要关注科学知识的学习和应用，也要关注学生科学思维的发展。

（一）探究由点到面，培养实证意识

科学是讲究实证的，只有真实、有力的证据才能得出科学合理的解释。因此，学生在探究活动中获得的数据、现象越丰富，形成的证据链越完善，越能培养学生严谨的科学思维。本课在研究光从空气射入水中发生的变化时，在教材的基础上，多角度进行了探究实践。

对于小学生来说，体验是他们开展科学学习的重要途径，借助指星笔从三个角度照射，让每个学生都能真正地观察到三种角度下光线传播时的变化，收获了三种直观的现象，形成了一条比较完整的关于“光从空气射入水中发生的变化”的证据链，有助于接下去科学概念的建构。

（二）内容有删有减，培养逻辑思维

课程标准指出，科学教师要根据当地的教学资源、学生的实际情况，对教材做贴切的处理加工，创造性地使用教材，使之更加符合学生的发展规律。

观察铅笔和金鱼在水中的变化，在教学目标的指向上异曲同工，结合学生的生活经验可知，其对铅笔在水中的变化更加熟悉，更能调动原有的认知，于是删除了观察金鱼在水中变化的活动，取而代之的是另一种物质——果冻。在探究完“光从空气射入水中发生的变化”后增加了“光从空气射入果冻时发生的变化”的活动，增加了课堂的趣味性，进一步激发了学生学习的热情。同时增加光从空气射入果冻的现象进一步补充了光的折射的科学概念，学生的科学思维得到进一步发展。

（三）材料精心挑选，丰富感性认知

兰本达教授的“材料引起经历，材料促成思维”又给了教师很大的启示：在科学探究活动中，教师要根据教材、学生，精心设计、选择、提供有结构性的材料，对科学思维与科学概念的双螺旋发展有着积极的促进作用。

原教材中的实验器材虽然简单但现象不明显，实验效果差。用这套实验材料必须是在一个相对黑暗的环境中，学生才有可能比较清晰地看清楚实验的现象，在多次实验以后发现获得的现象和实际的现象不符。基于此，教师对上述材料进行了优化，选择了以下材料：方形的玻璃鱼缸（尺寸量一下）、带孔的盖子、带孔的小木块、一段香、指星笔，按照下图的步骤制作一个光的折射探究装置。

改进后的实验装置及实验效果

教师在教学中使用了方形水缸、香、果冻、沙子等一系列材料，学生在实验室内就能直观地看到光传播路线的变化。这样的材料改进大大缩短了教学组织的时间，降低了无谓的实验操作难度，规避了实验中的干扰因素，切实提高了活动的效率，对学生科学思维的发展起到了积极的推动作用。

三、深度研讨论证，内化学生的科学思维

课堂中的研讨论证环节是科学探究活动的重要一环，学生在深度探究后获得的事实和已有经验产生了深度碰撞，获得了新的认识。这些认识是需要通过研讨论证的环节，与同伴进行分享和交流的。在生生论证的过程中，科学概念呈现螺旋式上升，低阶思维发展到高阶思维。

（一）抽丝剥茧，体现严谨的思维

人们对事物的认识从个别事物开始，从个别中概括出一般规律。本课学生在研讨活动中，对光线从空气进入水和果冻的现象进行归纳，透过现象看本质，发现了光的折射的一般规律，在现象中构建科学概念，保证了思维的严谨。

本节课，在探究光线从空气进入水和果冻的活动中，学生经历了三个角度五次体验活动，获得了五种明显的实验现象，并用图示法记录在图中。教师引导学生把现象分成两类，一类是光线垂直照射，另一类是光线斜射。在不同的现象中进行比较、推理，并试着用自己的语言对现象进行描述和归纳，提炼初步的科学概念。

学生关于光从空气进入水中的记录

（二）及时出手，保证思维的延续

在课堂论证环节，很多教师采用以个体论证为主的方式，这种方式学生的思维发展是单向发展的，因此我们可以在个体论证的基础上结合集体论证，让学生在相互质疑的过程中不断完善证据链。但考虑到我们论证的参与者毕竟是十几岁的学生，难免会出现谁也说服不了谁，或者研讨环节无法继续下去的情况，此时教师要及时伸出援助之手，确保学生的科学思维得以延续发展。

在本课中，通过上一环节的研讨和交流，学生已经达成了共识：光从一种物质斜射进入另一种物质时，传播发现会发生偏折。研讨出现了冷场，这时教师指着黑板上的板书，让学生仔细观察并思考问题：光线是在哪个位置发生偏折的？一石激起千层浪，学生闭塞的思维再次被打开了，填补了科学概念中缺失的那一角，建构了比较完整的科学概念。

四、概念学以致用，拓展学生的科学思维

《义务教育小学科学课程标准》指出：小学阶段要具备一定的处理实际问题、参与公共事物的能力。

问题的解决过程是对科学规律的再次探索，是对科学知识的继续升华，更是科学能力的进一步提高。教师要在课堂教学中充分发挥学生探究的余热，再次点燃他们学习的热情，让他们乐意去应用、善于去应用所学的知识，层层递进，学以致用，将新获得的科学知识转变为科学素养，纳入原有的知识体系中，进一步拓展学生的科学思维。

（一）联系生活，让思维活起来

在小学科学课堂教学中，教师要结合教材，科学地设计生活化的科学实践活动，让学生在探究实践中发现问题，并用课堂中获得的科学概念和探究能力去解决问题，以培养学生学以致用的能力，从而进一步激发学生的好奇心和对学习的欲望，丰富学生的学习经历。

本节课在建构了关于光的折射的科学概念后，教材继续引导学生探究铅笔放入水中的变化。为了唤醒学生的原始生活经验，教师给每组准备了一支2B 铅笔，让学生多角度观察铅笔在水中的变化。学生惊奇地发现水中的铅笔断了、水中出现了好几支铅笔等一系列现象。虽然对于这些现象学生不能完整地解释清楚，但通过今天的课堂学习，学生至少知道了这些现象都是和光的折射有关的，需要有更加庞大的知识体系才能解决这个问题。这就很好地激发了学生继续学习、继续研究光的折射的欲望。

（二）课外探究，让思维宽起来

课外的探究活动突破了时间、空间、形式的限制，学生在科学学习之余更加广阔的情境中，能培养独立发现问题、思考问题、解决问题的能力，让他们的思维更加宽广，丰富对周围世界的认识。

本节课的最后，教师给学生布置了一个课外探究活动——消失的硬币。在透明杯子的杯底放一枚硬币，慢慢在杯中加水，让硬币消失。

从演示实验中开始本课教学，又从新的探究活动中激发学生新的思考，围绕科学大概念，让学生的思维一直处在一个动态的发展的过程。而课外探究活动是科学知识迁移运用的过程，也是学生解决新问题的一种尝试，既帮助学生丰富了科学概念，又拓宽了学生科学思维的广度。

综上所述，科学思维发展的科学课堂要和小学科学的学科特点相结合，要把科学概念的学习和探究实践的学习结合起来，根据学生的认知水平，灵活使用教材，以科学素养发展为目标，创设符合学生心理特点的情境，挑选有结构的材料，让学生在课堂中深度探究，促进科学思维自主有序地发展，使学生的科学思维在短短的40 分钟时间里得到有效生长。■