借助科学想象实验，促进学生思维发展

王兴林

［摘 要］科学中的想象实验指通过观察、实验和推理等方法，将抽象的科学概念转化为具体形象的过程。想象实验不仅可以激发学生的创造力，还能帮助学生更好地理解和记忆科学知识。在科学教学中，教师利用想象实验指导学生进行实验推演、分析比较、多元思考和做思共生等活动，能提高学生的实践探究能力和科学思维能力，为学生科学素养的提升打下坚实基础。

［关键词］小学科学;想象实验;思维发展

［中图分类号］ G623.8［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-9068（2024）06-0096-03

科学中的想象实验指通过观察、实验和推理等方法，将抽象的科学概念转化为具体形象的过程。这一过程不仅能激发学生的创造力和想象力，还有助于学生更好地理解和记忆科学知识。通过想象实验，学生可以将抽象的科学理论与实际问题结合起来，以更好地运用科学知识解决实际问题。科学作为一门实践性较强的基础学科，蕴含着丰富的想象实验资源，对学生科学思维的发展至关重要。科学课堂中，教师要运用有效的教学策略，创造条件，指导学生开展想象实验，通过不断反思和质疑，加深学生对科学知识和规律的理解，促进学生思维发展，为学生科学素养的提高奠定基础。

一、利用实验推演，培养想象思维

想象实验是一种思维实验，通过在脑海中模拟实验场景，帮助学生更好地理清研究思路和设计实验方案。实验推演指通过逻辑推导出实验的具体步骤和操作方法，预估实验的可能结果，这样可以提前发现实验设计的不足之处，并及时修正，从而确保实验的准确性和可靠性。实验推演过程可以帮助学生预测实验可能出现的问题和结果，评估不同设计方案的可行性和有效性，从而优化实验设计，提高实验的有效性和可靠性，为实际实验做好准备。通过想象实验，推演实验过程需遵循以下四个步骤。

一是构建实验所需的场景。根据实验目标和研究问题，在脑海中构建实验所需的场景，包括实验器材和其他的必要装置，这样能更好地理解实验步骤。

二是推演实验步骤和操作流程。根据实验目标和器材，想象每个步骤的操作流程，从准备工作到数据收集和分析，逐步推演整个实验过程。在推演过程中，可以想象不同的变量和条件，并猜想它们对实验结果的影响。

三是预测实验结果和实验现象。根据已有的知识和经验，预测实验结果和可能出现的实验现象。这一步骤要想象尽可能多的不同条件下的结果，以实现更全面的预测。

四是调整实验器材、方法和步骤。进行实验推演时，可尝试改变实验条件，并猜想它们对实验结果的影响。通过调整实验条件，能推演出不同的可能，有利于实验的进一步优化。

如研究“重力对物体下落速度的影响”时，教师可以引导学生通过想象推演实验过程：在一个斜面上有A和B两个物体，将它们同时释放，预测它们沿着斜面向下滑动的速度和时间。由于物体A比物体B重，推测物体A下滑得更快，因为重力对它的作用更大。物体A和B都从斜面的顶端开始下滑，经过相同的距离后到达斜面底部。由于物体A的重力较大，推测它的速度会较快；物体B受到的重力较小，推测它的速度会较慢。通过这个想象实验，可以初步得出结论：重物体A下落的速度会快于轻物体B。通过思维模拟和想象，学生可以预测实验过程、实验现象和结论，及时发现问题并进行调整，为实际实验打下基础。

二、学会分析比较，培养批判性思维

批判性思维是对信息进行深入、全面、客观的分析和评估，以形成独立、合理的判断和决策的能力。分析比较是培养学生批判性思维的有效方式之一。通过分析比较，学生可以主动思考和评估不同信息、观点与解决方案的可靠性、合理性和有效性，学会质疑现有的观点、理论和假设。这样可以帮助学生发展自主学习和思考的能力，提高学生在现实生活中的问题解决和决策能力，有效培养学生的批判性思维。教师可以通过以下四个方法来培养学生的批判性思维。

一是多角度分析问题。鼓励学生从不同的角度审视问题，并深入分析，使学生更全面地理解问题，做出准确的判断，培养学生辨别真假、理性思考的能力，养成以批判性思维思考的习惯。

二是对比不同的观点和证据。指导学生比较不同观点和证据的优缺点，分析事物之间的异同点，评估不同观点的论证逻辑和论据的说服力，以及证据的可信度和可靠性。这样能使学生掌握资料收集和分析的技巧，培养学生的批判性思维和评估信息的能力。

三是对比不同的解决方案。引导学生比较不同的解决方案，分析它们的可行性和效果。通过分析比较，学生可以评估不同方案的优劣，做出合理的选择，并进行创造性思考，提出改进建议。

四是对比不同的研究方法和数据分析方式。在比较不同的研究方法和数据分析方式是否科学、可靠、适用的过程中，学生发展了研究设计和數据解读的批判性思维，形成了理解和应用研究结果的能力。因此，教师要鼓励学生多思考、多质疑，从多个角度分析比较，学会用科学的眼光看待问题，提出合理的解决方案，发展独立思考和判断的能力。

以《声音的传播》一课的教学为例，要求学生了解声音在固态、液态和气态中可以向各个方向传播，并能运用感官和多种材料、多种方法进行声音传播的研究。课上，教师先提问：“为什么在学校的任何地方都能听到上课铃声和下课铃声呢？”这个问题贴近学生的日常生活，自然能引发学生思考“声音是如何传入人的耳朵的”“声音又是向什么方向传播的”等问题。学生带着问题学习、思考和想象，能增强学习效果。教师再展示宇航员在太空说话的场景图，引导学生思考声音在不同环境中的传播特点和差异。通过分析比较，学生能够更深入地理解声音传播的原理和规律，发展批判性思维。

三、鼓励多元思考，培养发散性思维

发散性思维指从一个问题或主题出发，想出多种可能性和解决方案的思维方式。在科学教学中，发散性思维可以帮助学生拓展思维的广度和深度，培养学生的创新意识和问题解决能力。教师要创造优质的学习环境，鼓励学生提出自己的观点和看法，尊重每个学生独特的思维方式，倡导多样化的思考。教师可以在课堂上提出开放性问题，引导学生思考并提出不同的解决问题的方法。同时，教师还要给予学生积极的鼓励和建设性的反馈。当学生提出不同于常规思维的观点时，教师要予以肯定，并引导学生进一步完善思考过程。教师可以适时追问，引导学生深入思考问题的本质，促使学生思考出更具创造性的解决方法。此外，教师还可以组织小组讨论或团体活动，引导学生进行“头脑风暴”，鼓励学生尽可能地提出问题和解决问题，并通过交流互动，分享彼此的观点。这样的交流互动有助于学生从不同的角度思考问题，拓宽学生的思维空间，让学生在合作中相互启发，激活创新思维。鼓励学生多元思考、发散思维，能促使学生更好地理解科学知识，发展科学思维，培养解决问题和独立思考的能力。

以《磁铁能吸什么》一课的教学为例，本课的教学目标是让学生经历问题、猜想、实验、结论、反思的探究过程，通过探究发现磁铁能吸铁的科学规律。在导入环节，教师借助钓鱼游戏引发学生思考。教学片段如下。

师：同学们都玩过用磁铁钓鱼的游戏吧！回忆一下，小鱼为什么会被钓起来？

生1：因为里面有磁铁。

师：磁铁在哪里呢？

生2：磁铁在钓钩上，小鱼嘴里有铁片。

生3：磁铁在鱼嘴里，钓钩上有铁片。

师：通过钓鱼活动，能确定磁铁在哪里吗？

生：（齐声）不能确定。

师：那有没有可能钓钩与小鱼嘴里都有磁铁？

生4：有可能，因为磁铁也可以吸引磁铁。

师：虽然不能确定磁铁在哪里，但是我们至少可以确定一点，是什么呢？

生5：钓钩与鱼嘴里至少有一处有磁铁。

……

上述教学中，学生在教师的引导下积极思考，得出了不同的答案。教师没有否定学生的答案，而是顺着学生的思路逐步引导。这样有助于学生在后续学习中以会问、善问为荣，敢于质疑、乐于质疑，自觉发散思维，进行多元思考。

四、注重做思共生，激活创新思维

做思共生是集体智慧协同构建的过程，不仅包括学生个体的思考，还包括学生与他人的合作交流、共同探讨。在这个过程中，学生可以从不同的视角和思维方式中获得启发，拓宽自己的思维边界。同时，通过分享各自的观点，学生可以相互借鉴和学习，获得丰富的想象实验资源。这样的互动不仅培养了学生的独立思考和创新能力，也为学生提供了更广阔的思维空间和更多样的问题解决方法。

做思共生的学习方式强调实际应用。学生通过思考与分析来评估不同的方法和解决方案，并付诸实践。这种注重实践的学习方式，不仅有助于学生更深入地理解和掌握知识，还能够培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。通过思考和反思，学生不断调整和完善自己的思维方式，发展批判性思维和问题解决能力。做思共生不仅是一种学习方式，更是一种培养学生创新思维和问题解决能力的教育理念。

以《杠杆是怎样工作的》这一单元的教学为例。教师可以引导学生从日常生活现象中发现科学问题，通过假设和猜想设计合理的科学实验，并通过实验研究发现杠杆原理。教师先将学生划分成若干学习小组，让各小组自行讨论，选择合适的器材，如机械实验盒、钩码、镊子等，并设计实验方案。再引导各小组开展合理有序的分工合作，观察实验现象并记录实验结果。通过想象实验研究更多的杠杆工作情况，分析并归纳出杠杆工作的原理，思考杠杆省力的条件。最后，组织各小组互动交流，分享实验结果，并达成共识，总结出规律。在实验过程中，教师要进行必要的督导和巡视，确保每个学生都能进行有效的思考和学习。同时，对有新奇想法的学生，教师要及时予以肯定，让学生在动手实践的过程中体会到思维创新的乐趣。

五、适当课外延展，拓展想象空间

特级教师章鼎儿强调，教师不应将上下课铃声视为教学的起点和终点。适当的课外延展活动能够给学生提供更广阔的学习空间，激发学生的想象力和创造力，使学生的视野和思维更加开阔与活跃，进而实现综合素质和竞争力的有效提升。在科学教学中，教师通过各种途径创造学习机会，能帮助学生在有限的时间内获得更全面的成长。通过实践探究，学生可以更好地理解和运用所学知识，同时也更容易将学科知识内化为学科素养。因此，教师要积极探索各种课外延展活动，以拓展学生的学习空间，培养学生的创新思维。

课外延展活动对拓展学生的想象空间和培养学生的创造力非常重要。教师要适时开展课外延展活动，激发学生的创造力和想象力，打破常规思维模式，拓宽学生的思维边界，提高学生分析问题和解决问题的能力。教师可以从以下四个方面入手设计课外延展活动。

一是提出具有挑戰性和启发性的问题。如提出关于未来科技发展、人类探索宇宙的方式、环境保护新方法等开放性问题，鼓励学生自主思考和探索。

二是开展阅读、观察和体验活动。推荐学生阅读科幻小说、探险故事或艺术作品等，引导学生通过想象来理解故事情节、角色动机或艺术创意。

三是组织参观博物馆、科技展览或自然景点。通过观察和体验不同的事物，激发学生对世界多样性的想象。

四是开展实践活动。如组织学生参与科学实验、工程设计、艺术创作等活动，通过亲身实践进一步激发学生的创造力和想象力，培养学生的独立思考能力和批判性思维。

以《记录天气变化》一课的教学为例。课前，教师让学生了解不同天气的特点，并用简洁明了的语言描述它们，使学生初步认识到天气变化对人类活动的影响。课上，教师先播放一些天气变化影响人类生活的纪录片，加深学生对天气变化重要性的认识；再介绍我国最早的天气记录；最后，让学生制作“天气预测仪”，或观察、记录一周的天气变化。这样指导学生将所学的科学知识应用到生活实际中，有助于培养学生探索、观察、想象和体验的能力，促进知识与技能的有效融合。通过课外延展活动，学生可以获得更多的学习机会，有效发展创新思维，提高综合素质和竞争力。

想象实验对学生科学思维的发展起着至关重要的作用。在科学课堂上，教师要巧妙利用想象实验，引导学生进行实验推演、分析比较、多元思考和做思共生等探究活动。这样将抽象的科学理论与实际问题结合起来，学生能够更好地运用科学知识解决生活实际问题，实现科学思维的持续发展。