在实验课堂提升学生思维能力

〔摘 要〕 《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出要发展学生科学思维能力。教师在实际教学中，要在实验设计中促进学生思维兴趣的培养，在实验过程中促进学生思维过程的训练，在实验结束后促进学生科学思维能力的提升，从而促进学生科学核心素养的发展。

〔关键词〕 小学科学；科学思维能力；实验教学；策略

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 21 082-084

《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出要发展学生的科学思维能力，主要包含模型建构、推理论证、创新思维。小学科学实验教学是培养学生科学思维能力的重要途径，也是最有效的载体。在实验教学中，需注重实验设计的启发性，关注实验过程的思维性，促进学生思维进阶，发展学生科学思维能力，通过实验教学的不同阶段渗透思维指导，促进学生思维能力的发展。

一、注重在实验设计中促进学生思维兴趣的培养

曾宝俊老师指出：实验教学要注重激发学生的好奇心。在实验设计中，思维兴趣的培养是一个核心目标，它有助于学生更深入地理解实验内容，提高实验操作的积极性，并激发他们进一步探索的欲望。教师在实验设计中要注重创设有效的学习情境，通过引导学生观察自然事物、自然现象、自然变化，帮助学生学会观察、提问、假设，引导学生通过实验、分析和结论等获取科学知识，形成科学思维能力。

首先，选择与学生生活紧密相关的主题。如在四年级上册“食物在身体里的旅行”实验中，学生每天都要吃下食物，但是食物是如何在身体内部进行消化的呢？不同的消化器官又分别起到什么作用呢？学生非常期待通过实验解决自己的疑问。这样的思维兴趣正是学生开始学习科学知识的起点。因此，应设计具有探索性的实验步骤，让学生自己设计食物消化过程的模拟方案，或让他们根据观察到的实验现象提出自己的假设。

其次，采用多样化的实验形式和工具。如在六年级上册“各种各样的能量”的实验教学中，在教学导入环节，教师准备橡皮筋动力飞机，简要介绍其工作原理。然后，邀请几位学生上台试飞，让其他学生观察飞机的飞行状态。在这个过程中，教师提供的橡皮筋动力飞机是学生进行实验的用具，为课堂上的实验提供了支架，帮助学生逐步揭示橡皮筋动力飞机的工作原理和能量转化过程，解释了橡皮筋被拉伸时储存了弹性势能，当释放时，弹性势能转化为飞机的动能，使其得以飞行，加深学生对能量概念的理解。

最后，利用现代科技手段。很多小学科学实验只能观察到实验“成功”的过程。如关于电的并联和串联，如果连接错误，则可能带来危险。但是在操作中，如果连接不正确，会产生怎样的现象？教师就可以在实验准备阶段，运用数字化的手段，模拟各种实验现象，使实验过程更加生动、直观，从而提高学生的兴趣。还可以借助多媒体技术设计一些有趣的实验小游戏或竞赛，让学生在轻松愉快的氛围中学习。

二、注重在实验过程中促进学生思维过程的训练

《义务教育小学科学课程标准（2022年版）》在不同学段的目标中都指出，在实验过程中要制订“比较完整的探究计划”。要通过具体的设计方案，促进学生在实验过程中发展思维，培养观察能力、分析能力和归纳能力。引导学生观察实验现象，分析实验数据，归纳实验结果，从而培养他们的逻辑思维和归纳思维。同时，教师还应鼓励学生提出自己的见解和疑问，让他们在交流中锻炼批判性思维。

一是引导观察与记录。在实验过程中，引导学生仔细观察实验现象，并记录详细的数据和观察结果。通过对比实验前后的变化，以及分析数据之间的关系，学生可以锻炼自己的观察力和分析能力。如在三年级上册第一单元“水沸腾了”的教学中，教师可以设计一个简单的实验，让学生观察并记录水在加热过程中的变化。在实验开始前，教师可以引导学生思考：“水在加热时会发生什么变化？为什么会有这样的变化？”这样的问题能够激发学生的好奇心，并引导他们主动思考水的加热过程。在实验中，教师可以指导学生观察水加热后的变化，并记录实验数据。学生可以观察到水开始冒泡、温度逐渐升高，最终水会沸腾。同时，教师还可以引导学生观察水蒸气的形成，并思考水蒸气与液态水之间的关系。在实验观察的基础上，教师可以引导学生进一步思考：“水为什么会从液态变成气态？气态的水和液态的水有什么不同？”通过这样的问题，教师可以帮助学生理解水的三态变化及其原理，并引导他们深入思考物质状态变化的本质。

二是提出问题与假设。鼓励学生根据实验现象提出问题，并尝试提出合理的假设。这可以激发他们的好奇心和探究欲望，同时培养他们的问题解决能力和逻辑思维能力。如在“植物向光性”实验研究中，学生发现教室植物角的植物总是朝着阳光生长，即使将花盆转动位置，它们仍然会重新调整方向，使叶子和茎朝向光源。这个现象引起了学生的好奇心，他们提出问题：为什么植物会朝着阳光生长？是什么因素导致植物的这种生长方向？这样的问题源于学生对生活的科学观察，唤醒了学生的生活经验，是值得研究的科学选题，因而具备了科学思维的价值。在小学科学教学中，提出假设是科学探究过程中的重要环节。教师需要确保学生对所探究的科学问题有充分的理解和认识。这意味着在提出假设之前，教师应引导学生对问题进行仔细思考，明确问题的核心和关键点。只有当学生对问题有了清晰的认识，他们才能提出有针对性的假设。教师在引导学生提出假设时，要注重激发他们的思维活跃度。这可以通过提供多种情境、案例或实验来实现，让学生在不同的情境中观察和思考，从而拓展他们的思维广度。同时，教师还可以鼓励学生进行小组讨论或角色扮演等活动，以促进他们之间的交流与合作，激发更多的创新思维。教师也要尊重学生的个体差异，允许学生提出不同的假设。每个学生的思维方式和认知水平都有所不同，因此他们提出的假设也会有差异。教师应该尊重这些差异，并鼓励学生勇敢地表达自己的想法。在这个过程中，教师可以通过提问、引导或讨论等方式，帮助学生完善和优化他们的假设。

三是分析与解释数据。指导学生运用所学的科学知识和方法，对实验数据进行分析和解释。通过对比、归纳、演绎等思维方法，学生可以深入理解实验现象的本质和规律，提升他们的思维深度和广度。如在“加快溶解”实验中，对于加快溶解的方法，学生根据生活经验粗略地知道搅拌、加热可以加快溶解，但并不确定。教师可以引导学生运用对比实验的方法验证，通过改变温度、搅拌等，观察记录实验结果，从而帮助学生进行数据解释，得出结论。接着可以鼓励学生课后继续探究更多加快溶解的方法，利用实际数据验证。在小学科学实验教学中，分析与解释数据是一个至关重要的环节，它有助于学生深入理解实验现象，掌握科学规律，提升科学思维。在开始分析数据之前，教师和学生都需明确为什么要收集和分析这些数据，以及这些数据将如何支持对实验结果的解释和理解。只有明确了分析目的，才能有针对性地选择合适的方法和工具进行分析。在收集数据时，应使用统一的标准和方法，避免因为操作不当或测量误差导致数据失真。在整理数据时，可以按照实验的不同阶段、不同变量或不同组别进行分类整理，以便更好地比较和分析数据。通过分类整理，可以清晰地看出数据之间的关系和趋势，为后续的解释和讨论提供基础。

四是开展讨论与交流。组织学生进行小组讨论或全班交流，分享各自的实验过程和思考。这不仅可以检验学生的理解程度，还可以培养他们的表达能力和合作精神。在讨论中，学生可以相互启发、补充和修正，从而深化对实验内容的理解。在《整理我们的天气日历》一课中，教师通过先后呈现气温、雨量、风力等真实数据，引导学生思考天气日历呈现哪些气象数据及如何呈现才能清晰展示天气状况，建立气象数据与天气状况之间的联系。学生经过展开交流对话，最终完成了科学小报的编辑。在这样的任务中，学生的思维得到启发与激活，科学思维得到有效发展。

三、注重在实验结束后促进学生思维能力的提升

拓展，就是在已有科学经验的基础上增加新的认知。在实验教学中，学生通过实验获得的知识，需要从课堂走向生活，让学生在具体的运用中进一步重构知识，在重构中实现科学思维的进阶发展。

一是引导学生提出假设。课堂上的科学实验往往不能“穷尽”所有的实验内容，这时候就可以引导学生提出假设性的问题：如果使用不同的材料，结果会变化吗？如果改变实验的过程，结果会变化吗？如果增加实验的时间，结果会变化吗？多问几个为什么，能够将学习引向更广阔的天地。如在四年级下册第二单元“点亮小灯泡”的实验中，学生已经学会了“自制简易电池”的实验，可以引导学生在了解电池基本原理的基础上，尝试使用不同的水果或蔬菜，观察发光情况的变化并且进行实验观察，记录发光情况，如亮度、持续时间等。

二是鼓励学生走向应用。学生科学思维的进阶发展需要在具体的生活中得到实现，将科学实验的原理、结论等运用于学生的日常生活，有着重要的意义。可选择学生日常生活中常见的事物或现象作为实验主题，如植物的生长、水的循环、光的折射等。关注学生感兴趣的话题，如制作自己的彩虹、探究冰激凌融化的原理等。鼓励学生以家中的日常用品作为实验材料，如盐、糖、醋、纸巾等，让学生感受到科学就在身边。引导学生观察生活中的物品，发现其中的科学原理。

三是设计“长程”实验任务。很多时候，实验无法在课堂上全部完成，教师就可以布置一些“长程”任务，鼓励学生进行持续实验。如让学生观察家中植物的生长情况，记录数据并撰写观察报告。教师可在课堂上明确观察目标，如了解植物的生长过程、观察其形态变化等。鼓励学生选择家中容易观察且生长周期适中的植物，如绿萝、吊兰等盆栽植物。让家长帮助学生准备一些基本的观察工具，如尺子、放大镜、相机或手机等，以便准确记录植物的生长情况。借助科学学习单，让学生每天或每隔几天观察一次植物，并记录其生长情况。观察时要注意植物的叶片、茎干、根系等部位的变化。借助数据表记录数据，如记录植物的高度、叶片数量、颜色变化等。同时，也可以记录观察时的天气、温度、光照等环境因素。在此基础上，完成观察报告。

四是开展课外实践活动。上海科技馆馆长倪闽景认为，“只靠听、看、说，不可能培育出真正的科创能力，需要进一步加大实验教学，改变以讲故事、看实验、做习题为主的科学教育方式”。带领学生走进科技馆，可以有效拓宽学生的科学视野。如教学六年级下册《宇宙》时，就可以带领学生通过线上游览的方法走进国家或世界科技馆，了解人类探索宇宙的历史和我国在宇宙探索方面取得的成就。此外，可鼓励学生有时间到不同的科技馆实地感受宇宙的奥秘。如在五年级下册《合理利用能源》的学习中，可带领学生开展“合理利用能源，我能做什么”的研究活动。

总之，在小学科学实验教学中提升学生的科学思维能力，需要关注实验教学的不同阶段，激发学生参与科学探究的热情，为学生提供进行实验探究的载体，引导学生在科学生活中不断拓展科学认知，在手脑并用中让思维真正发生，让素养真正发展，让课程标准得以落地。

参考文献

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