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借助探究实验 培养科学思维

2023-02-24顾益明

山西教育·教学 2023年11期
关键词:摩擦力纸质建模

顾益明

科学思维是指用科学客观的视角,对实验对象、自然现象进行观察并对其本质不断探究、推理、研习的思维模式,形成科学思维对学生的思辨、推理能力的养成发展都大有裨益。因此,科学思维的培养被视为科学学科的主要导向。而合理的科学实验能够让学生有效构建科学思维体系,进而深化理解科学难点,把握科学知识内涵,补足科学思维漏洞,培养科学核心素养,对其后续的科学能力提升以及跨学科能力的综合发展都有着深远的影响。

一、透析实验原理,培养论证能力

论证能力是小学科学的重要素养之一,同时也是科学思维的核心能力。教师可以根据实验内容,设计科学的实验步骤,让学生在教师的引导下自主进行实验,学生积极参与、大胆猜想、严谨操作、科学论证,在逻辑论证中构建科学思维体系,在实践操作中促进能力纵向发展。

以苏教版小学科学五年级上册第一单元第六节《光的传播》为例。在小学科学思维模式下,学生对光学这一抽象的科学体系较为陌生,教材上对其介绍也较为简略,通过文字介绍与口头讲解难以让学生真正把握相关的知识点。对此,教师可以这样引导学生:“同学们,我们对光的认识很有限,今天我们通过实验,对光的传播路径进行研究,给每个小组分配一盏红外线灯、两张带着小孔的纸质屏障以及固定装置,大家先打开手电筒,将红外线灯对准墙面,再观察墙上的现象,如果在墙面前用固定装置固定一个纸质屏障,会发生什么呢?如果再固定一个纸质装置呢?”学生在教师的引导下,主动进行推演论证,对光的传播这一抽象的概念会产生自己的理解,学生在使用红外线灯照向墙面时,发现墙上会出现一个明显的光点,随即将光这个抽象的物理要素具象化。学生在教师所提出的猜想下,继续后续的实验,在墙面前设置一个纸质屏障,学生经过观察可以发现,受到纸质屏障阻挡后,墙面上的光点消失了,而光点出现在纸质屏障上,同理再添加一层纸质屏障,光点再次出现在最近的一层纸质屏障上,教师引导学生将孔洞置于同一直线上,光点再一次在墙面上出现。

教学过程中,学生通过对实验结果提出猜想,光的传播路径是直线,通过对比光线不经过同一直线上的小孔和经过同一直线上的小孔的照射效果,学生认识到光线是无法拐弯的,进而得出结论:光是通过直线进行传播的。学生在自主进行实验操作的过程中,猜想论证,建立了科学思维的连续性,围绕教师所提出的光的传播路径形式这一思维指向问题,在理论引导下,设计猜想,收集数据,主动探究,实践操作,对比验证,在得出实验结论的基础上,更加高效地促进论证能力的提升和科学思维体系的构建。

可见,在教学中引入科学实验有着较强的思维逻辑性,教师在培养学生科学思维中的推理论证能力时,可通过设置合理恰当的科学实验进行引导,让学生由浅入深地思考科学问题,促使学生提出猜想、提出论证,同时学生会更加投入到实验操作与流程观察中,让实践操作与信息捕捉等科学思维中的辅助能力得以发展,最终形成良性循环,高效构建科学思维体系。

二、掌握实验方法,提升建模技巧

思维建模是科学思维的重要组成部分,合理的实验方法可以优化建模形式的选择,能够将复杂的科学问题简易化,把抽象的科学元素具象化。学生在对实验方案和建模形式深入思考的同时,对实验中的变量因素,误差数值进行全方位把握,运用科学的实验与建模技巧,将控制变量、等效替代等科学思维方法贯穿始终。

以苏教版小学科学四年级上册第三单元第十课《摩擦力》的教学为例。作为力学三大性质力之一的摩擦力,对后续科学乃至物理的跨学科学习都至关重要。在小学阶段,学生需要对摩擦力有基本的认知,包括摩擦力的基本概念、摩擦力数值的近似测定等。因此,教师需要引导学生建立正确的实验模型,辅以与之相关的科学思维概念,让学生定性地研究该科学元素的性质,以及相关影响因素,在学习的同时,让科学思维得以纵深发展。教师在教学过程中,可以引导学生进行独立建模,让其认识到非传统元素是无法用常规方法进行观测以及实验的,可运用类比法与量纲分析等建模方法进行实验:“同学们,我们对摩擦力的认知还比较模糊,在绝对静止的情况下,我们该如何感知摩擦力?如何近似地测量摩擦力呢?”学生在教师创设的情境下,不断尝试,逐步发现较为合适的模型:将小木块放置于沙砾之上,用手在水平方向上移动小木块,学生可以明显感知到反方向上有一股力量在拖拽着小木块,阻止着小木块移动。

在此情况下,教师可以适时介绍一定的实验工具辅助学生进行后续实验数值的测量,引导学生进一步打开思维,选择更加合适的实验模型。教师可以介绍弹簧测力器,学生发现在弹簧测力器与小物块连接后,在近似保持匀速直线运动情况下,弹簧测力器的数值与摩擦力相近,在排除误差的情况下,甚至达到近似相等,最终学生能够在自己的建模设计下,获取到实际可行的实验数据。学生在建模过程中始终以等效替换的科学思维方法贯穿始终,因此,在潜移默化中固化了科学思维方法。学生在不断探索中,逐步提升建模技巧、优化模型构建、完善科学思维认知,保证学生科学核心素养的综合发展和科学思维体系的稳固建成。

可见,在教学科学方法与科学模型构建的过程中,教师应起到引导者的作用,辅助学生深入思考,全面考虑各种模型的合理性,以及对实验的影响,严格把控误差,让学生对实验方法、实验模型展开思维风暴,在方法探索与建模构思中使学生科学思维的深刻性得到发展。

三、展示实验成果,提升思辨水平

思辨能力同样也是科学思维的重要组成分支,其能力的体现往往依托学生的语言水平,学生在科学思维的基础上,融合语言技巧与逻辑思维,在报告总结中锤炼语言,在交流批判中提炼逻辑,促进学生对科学内涵的理解,提升科学思维,展现思辨水平。

以苏教版小学科学四年级上册第十二课《点亮小灯泡》的教学为例。针对较为复杂的电路问题,需要学生以团队的方式共同进行解决。如,让学生进行LED 手环的制作,往往需要进行前期的电子元件调查以及采购、手环设计图的设计、手环电路的基本连接等多个方面,最终得到的结果往往也各有不同,教师往往难以对每个小组的成果都进行了解。因此,教师可以让学生自主编写成果报告,锻炼学生的思辨能力,给予学生展示的平台,让小组之间互相评价、交流展示,将思维过程转化为文字,培养科学思维中的思辨能力。“老师,我们小组的LED小手环,采用的是普通的LED 灯,但是我们没有用电池作为电源,而是选用了太阳能板。同时我们没有采用接口的形式,而是以焊接的形式进行串联电路的构造,这样让LED 手环更加耐用,佩戴起来更加舒适。”学生在总结自己实验成果的过程中,思辨能力和表达能力均得到有效提升。

可见,语言是思辨的外壳,是思维的结晶,是思路的展示。优化科学课堂中学生的语言训练,让他们在表达中不断提炼实验精髓、在思考中继续加工语言逻辑,可以发展其科学思维,涵育其核心素养。

总之,在课程改革的背景之下,构建学生的科学思维体系,培养学生的科学核心素养,已成为小学科学教学的核心任务,而借助科学实验进行辅助教学,既是符合当前教学理念的明智之举,也是培养学生实践操作能力的合理方案。科学合理的实验教学在培养学生科学思维的同时,保证了学生学科能力的综合发展,夯实了后续科学学习的基础。

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