指向思维发展的小学科学实验教学策略

王淑华

【摘   要】思维能力是科学学科核心素养的重要组成部分，它能帮助学生认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系。实验教学是培养学生思维能力的重要载体。在浙教版《科学》教学中，教师“鼓励自主探究，培养辨析思维；利用科学建模，培养抽象思维；巧用实验材料，培养创新思维；组织科学计算，培养概括思维；活用对比实验，培养分析思维”，以此发挥实验教学的作用。

【关键词】小学科学；实验教学；思维发展；策略改进

思维是科学学科核心素养的重要组成部分，它能帮助学生认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系。实验教学是培养学生思维能力的重要载体。然而，在当前的实验教学中，很多教师对实验过程的建构和实验材料的处理不够到位，导致学生的思维停留在表层。如何改变这种现状？

教师首先要明白，思维的发生与发展必须要有相应实物的支撑和方法的支持。只有实物具象直观，方式合理有效，思维的发展才有坚实的基础。以教科版《科学》为例，教师应改进科学实验教学，为学生完成自主探究、科学建模打下基础，为学生思维的发展搭建桥梁。

一、鼓励自主探究，培养辨析思维

科学探究指的是个体主动参与学习过程，深刻理解自然现象和规律，通过自身的实践活动获取知识，掌握方法，从而有效提高科学素养。学生积极主动地参与学习活动是思维获得发展的前提。教师要保证学生的主体地位，指导学生经历活动方案设计、活动实施、活动评价和反思改进等过程。

在教学教科版《科学》五年级下册《用浮的材料造船》一课时，教师准备了一些粗细、长短相同但是竹节数量不同的竹子，让学生自行选择，用于制作竹排，并测试自己制作的竹排的载重量。学生选择不同的竹子进行实验。测試之后，学生惊奇地发现，虽然同是五根竹子制作的竹排，但是有两个竹节的竹子做成的竹排的载重量比没有竹节的竹子做成的竹排大很多。这就引发了学生的思维冲突。通过观察其他小组的实验，学生发现了差异。经过相互讨论，学生得出结论：两端的竹节能防止水流进竹子，因此载重量比没有竹节的竹子做成的竹排要大。

在传统的实验教学中，学生自己捆扎木排、竹排，发现木排、竹排的载重量比独木舟大，稳定性比独木舟强。这是因为竹排和木排是由几根竹子、木条捆扎而成的，其体积大、重心低，因此稳定性更好，载重量更大。实验简单，学生也容易理解。而在改进后的实验中，学生自行选用竹节不同的竹子完成操作，不仅能够达到上述教学效果，还能让学生经历思考、讨论、辨析的过程。可以说，改进后的实验为学生的思维发展提供了契机。

二、利用科学建模，培养抽象思维

科学的学习往往是从某个疑点开始的。科学建模对学生认识自然现象、学习抽象知识、提升思维能力起着重要的作用。如声、光、电等抽象科学知识，学生较难感知，更难理解其原理。对此，教师在教学这些抽象概念时，要尽可能地挖掘教材中的疑点，采用学生易于接受的方式，将抽象概念直观具象地呈现在学生眼前。

在教学教科版《科学》四年级下册《点亮小灯泡》一课中，弄清灯泡和电池的内部结构是教学的难点。对此，教师采用以下教学方式：先拆解灯泡，让学生观察灯泡的内部结构及灯丝的连接情况，并用模型图表现出来。接着让学生探究点亮小灯泡的方法，把能点亮和不能点亮的几种情况分类展示在黑板上（如图1）。然后让学生找出能点亮的电路有什么共同点、不能点亮的电路和能点亮的电路有什么不同点。学生很快发现能点亮的电路中，电流经过灯丝时会形成一个闭合回路，由此明白通路这一概念。同时，学生明白虽然出现短路时也能形成闭合回路，但电流不会经过灯丝，因此小灯泡不会亮。而出现断路的情况时，不能形成闭合回路，因此小灯泡不会亮。教师引导学生借助具象的模型分析抽象的事物，由此掌握知识，习得概念。

以上实验化抽象为具象，化疑难为简单，关注学生的视觉感受，采用科学建模的方式唤醒学生的认知，让学生理解知识及其背后的原理。

三、巧用实验材料，培养创新思维

创新思维能够帮助学生运用已掌握的基础知识创造性地解决问题。在实验教学中，教师应发挥学生的主观能动性，鼓励学生创造性地改进实验，有意识地培养学生的创新思维。

以教科版《科学》五年级下册《船的历史》一课的教学为例，教材中的实验材料是一根真正的木头，学生要用工具将木头中心挖空，做成真正的独木舟。但在课堂中让学生用小刀、剪刀一类的工具进行操作实属不易，且实验的安全系数也很低。为了降低制作难度，提高实验安全性，教师引导学生思考是否可以选用比较好操作又类似木头的物体来完成实验。学生很快想到用黄瓜代替木头，但是黄瓜比较脆，操作时容易断，难以达到理想的效果。在教师的引导下，个别学生结合自身的经验，想到用西葫芦作为实验材料。实践证明，用西葫芦代替木头制作独木舟的操作难度较低，实验效果也很好。在实验单的指导下，学生找到很多办法让独木舟行得快而稳。比如将西葫芦的底部削平让其更平稳，将两端较重的部位切掉，将内部尽量掏空使其更轻，使载重量更大。学生能快速完成操作，从而有更多的时间思考如何提高船的稳定性，增加船的载重量。

教学中，教师要引导学生突破教材，对现有的实验材料进行改进与创新，突破实验的重难点。同时还要引导学生从生活中易得的物品入手，开发一些低成本、易操作的实验。这样的创造性活动既激发了学生的学习兴趣，又提高了学生的动手能力和创新能力。

四、组织科学计算，培养概括思维

计算是科学课堂中必不可少的一个环节。教师可以在课堂上组织学生开展计算活动，让学生根据计算结果提炼科学结论，把握科学原理，以此培养学生的概括思维。

在教学教科版《科学》五年级下册《增加船的载重量》一课时，传统的教学方法是先调查学生的前概念，提问：将一张边长为12厘米的正方形铝箔纸做成底面积不同的船（如图2），它们的载重量大小关系是怎样的？学生会毫不犹豫地说出A、B、C船的载重量从大到小依次排列。依据是A船底面积最大，载重量最大，C船底面积最小，载重量最小，B船处于中间位置。当学生按照三种样式把铝箔纸做成船，再测试船的载重量时，会发现结果与猜测是吻合的。于是学生就会得出结论：船的底面积越大，载重量越大。但实际并不如此。船的载重量不仅与底面积有关，还与船的高度有关。

为了避免上述现象，教师在教学此课时，先出示四种船的模型（如图3），调查学生的前概念，提问：哪艘船的载重量最大？大部分学生认为底面积越大，载重量越大，因此第一艘船的载重量最大。接着，学生分组完成实验。通过实验，学生很快得出每艘船的载重量。结果与自己的猜想存在较大差异。经过对比，学生发现第二艘船的载重量是最大的。经过讨论和计算，学生意识到船的载重量与体积有关。经过这节课的学习，学生不仅练习了数学学科中的体积计算，还破除了自己的前概念，亲身体验到学习带来的成就感。

上述实验帮助学生概括出了计算小船载重量的方法，培养了学生的概括思维。

五、活用对比实验，培养分析思维

分析思维能够帮助学习者在“知其然”的基础上“知其所以然”。在科学实验探究中，有许多巧妙的构思和独到的解决问题的方法能够发展学生的分析思维。

如教学教科版《科学》六年级下册《产生气体的变化》一课时，教师投影展示图4，并提问：把二氧化碳倒入装有两支高低不同的蜡烛的烧杯中，哪支蜡烛先灭？学生快速回答：矮的先灭。追问原因，学生肯定地回答：二氧化碳比空气重。接着，教师出示图5，提问：把烧杯倒扣在高低不同的两支蜡烛上，哪支蜡烛先灭？学生因为惯性心理，會不假思索地说出“矮的先灭”。教师带领学生进行实验，实验结果让学生十分意外：竟然是高的先熄灭。此时，教师再抛出问题：为什么这次是高的先熄灭呢？经过多次探究、思考、分析，学生明白了这个实验的原理不同于前面实验的原理：图4中，倒下去的二氧化碳比空气重，二氧化碳沿着杯壁直接下落到杯底，再慢慢满上来，因此矮的蜡烛先熄灭。而图5中，蜡烛燃烧产生的热的二氧化碳会上升，先充满烧杯的顶部，因此高的蜡烛先熄灭。

上述实验让学生真正了解了二氧化碳的性质——二氧化碳不支持燃烧，同时又复习了之前学习的热的气体会上升的知识，还为初中密度知识的学习打下了基础，可谓一举多得。

爱因斯坦说：“教育就是当一个人把在学校所学全部忘光之后剩下的东西。”学生可能会遗忘科学知识，但在科学学习中形成的思维能力却会伴随其一生，对其终身学习产生重要影响。实验教学作为科学教学的重要组成部分，承担着培养学生思维能力的重要任务。教师应以学生为主体，尊重学生的身心发展规律，用实验丰富学生的学习体验，培养学生的思维能力，以此发挥实验教学的作用。

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（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］喻伯军.小学科学教学关键问题指导［M］.北京：高等教育出版社，2019.

［3］刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养［M］.北京：教育科学出版社，2021.

（浙江省杭州市淳安县千岛湖镇第八小学）