依托科学实验发展科学思维

［摘要］科学实验是培养学生创新能力和问题解决能力的重要途径。在小学科学教学中，教师注重引入科学实验，不仅可以激发学生的科学探究兴趣，培养学生的观察、推理和实验能力，还可以发展学生的科学思维。教师可以从明确实验目标、凸显学生主体地位、注重实验反思等方面组织学生进行科学实验，深化学生对科学知识的理解，发展学生的科学思维。［关键词］小学科学;科学实验;科学思维《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学思维是科学课程要培养的学生核心素养之一。科学思维是指符合认识规律、遵循一定的逻辑规则，并能够正确认识结果的思维，具有客观性、精确性、可检验性、预见性、普适性等特点。科学可以启迪学生的智慧，科学实验可以发展学生的手眼协调能力，让学生充分地动手、动脑，在“观察—思考—提问—动手—合作—表达”中发展科学思维，提升探究创新能力。但当前，科学实验教学存在实验时间短、探究过程不完整、学生主体性缺失以及重结论轻反思等不足。基于此，教师可以从明确实验目标、凸顯学生主体地位及注重实验反思等方面组织学生进行科学实验，以发展学生的科学思维，促进学生科学学习的进阶发展。一、明确实验目标，激活科学思维科学实验是发展学生科学思维的有效途径。实验目标对学生科学思维的发展具有指引作用，可以使学生科学探究的路径更加明晰。在小学科学教学中，教师要基于学生的已有经验，围绕学生的兴趣点制订实验目标，以激活学生的科学思维。1.围绕兴趣点发现问题、提出问题是学生思维活动的重要体现。科学实验要围绕具体的问题展开探究。实验时，教师从学生的兴趣点入手，确定需要解决的问题，明确实验目标，促使学生在围绕实验目标展开探究的过程中发展科学思维。以苏教版科学教材三年级上册《研究土壤》的单元为例，教学目标是知道沙质土、黏质土和壤土是土壤的三种类型，能够通过实验比较三种土壤的渗水性特点等。教学时，教师先让学生说说自己最想了解土壤的哪方面知识。通过调查研究，教师发现，学生对哪种土壤最好和不同土壤适合种植哪些植物比较感兴趣。基于此，教师把探究哪种土壤最好以及不同土壤适合种植哪些植物作为实验的重点，激发学生的实验兴趣，激活学生的科学思维。在实验过程中，教师要了解学生的学习需求，针对学生的学习疑问进行适当点拨。这样，有助于学生围绕需要解决的问题展开探究，从而发展科学思维。2.基于已有经验学生是带着已有经验走进课堂的。在科学实验过程中，学生的已有经验会影响实验活动的开展。因此，教师要注重对学生已有经验的调查，确保学生的探究活动能有效促进其科学思维的发展。如苏教版科学教材五年级下册《斜坡的启示》一课，教学目标是知道斜面是简单机械，斜面可以省力；能够借助对比实验发现斜面的省力与斜面坡度大小之间的关系；能够发现生活中的斜面，并借助斜面解决生活中的一些简单的问题；知道哪些属于简单机械及简单机械的作用等。学生对斜坡并非一无所知，因此教师可以从学生的已有经验入手，先让学生说说自己对斜面的认识及如何利用斜面达到省力的效果等，再通过科学实验让学生明白斜面在生活中的应用，提升学生分析问题的能力，培养学生的创造性思维。在小学科学教学中，已有经验对学生顺利完成科学实验具有助力作用。教师要关注学生的已有经验，在此基础上引导学生进行科学实验，促进学生科学思维的发展。二、凸显学生主体地位，培养科学思维学生是学习的主体。在小学科学教学中，教师要关注学生在实验过程中的主体作用，基于学生的前概念，结合学生的生活实际引领实验探究，促使学生真正沉浸到科学探究中，敢想、敢做，敢于把自己的实验过程以科学、严谨的语言表达出来，从而发展学生的科学思维。1.关注前概念在走进科学课堂之前，学生已经积累了一定的科学常识，即所谓的前概念。这些科学常识在某种程度上会使学生产生思维定式，限制学生思考的广度与深度。因此，教师要关注学生的前概念，以帮助学生突破思维定式，实现思维的进阶发展。如苏教版科学教材三年级上册《空气占据空间吗》一课，教学目标是知道空气占据空间，空气占据空间的多少可以改变，压缩空气具有弹性等特点。学习前，许多学生认为空气看不见、摸不着，是不占据空间的。基于这样的认识，教师通过三个不同的科学实验，让学生认识到空气是占据空间的。教师事先准备好粉笔、水杯、水、漏斗、小口瓶、水槽、纸团、气球、塑料瓶、注射器、橡皮、凤尾夹等实验器材，并让学生思考“装满粉笔的粉笔盒里还能放进更多的粉笔吗？”。多数学生认为粉笔盒已经装满了，不能再装了。教师再拿出一个装满水的杯子，问“还能往这个杯子里倒更多的水吗？”。学生认为不能。最后，教师组织学生开展“水会漏下去吗？”“纸团会不会湿？”“气球吹得大吗？”三个实验。通过实验，学生明白了空气跟粉笔、水一样是占据空间的，且空气可以被压缩，压缩的空气具有弹性。这样引导学生进行科学实验，使学生的科学思维得到了极大发展。在小学科学教学中，教师通过对学生前概念的调查，使实验目标更加明确，有效激发了学生参与科学实验的积极性和主动性，促使学生带着问题去探究，促进学生科学思维的发展。2.尊重实验发现在科学实验过程中，教师要为学生留足探究思考的时间，让学生能够在探究中不断获得新的发现，从科学发现中领悟实验的意义与价值，从而激活探究动力，促进科学思维的发展。以苏教版科学教材五年级上册《光的传播》一课为例，教学目标是在教师的指导下，初步学会设计、安装和制作适宜的实验装置，观察与发现光在空气中的行进路径；通过对光在空气中传播现象的研究与发现，体验科学探究活动的乐趣。教师让学生围绕“光照射到物体表面时会出现什么现象？”展开探究。在问题的驱动下，学生先用小镜子把阳光反射到背光的墙上，认识光的反射现象；再观察光照射到不同物体上时物体表面出现的现象，了解到不同物体表面的反光效果是不同的，归纳出反光效果好的物体表面光滑的特点。在学生对光的传播现象有一定了解的基础上，教师引导学生利用光的反射特点自制潜望镜，了解平面镜中物体的像与物体之间的关系及平面镜反射光的特点。在实验过程中，教师要充分尊重学生的观察发现，认真倾听学生对光的传播现象的分析，以促进学生科学思维的发展。在实验过程中，教师不以自己的发现代替学生的发现，尊重学生在实验过程中的发现，鼓励学生把自己的实验所得呈现出来，让学生真正感受到科学实验对科学探究的助力作用，发展学生的科学思维，提升学生的科学学习质量。3.联系生活实际科学与生活有着密切的关系，许多科学发明都是從日常生活中获得灵感的。教师要关注学生的生活，找准学生生活与科学的联结点，让学生能够运用科学原理来解释生活现象，从而发展学生的科学思维。如苏教版科学教材四年级下册《太阳钟》一课，教学目标是通过科学实验发现影子的方向和长度是随时间的变化而改变的，知道太阳的（视）运动与影子之间的关系。教师事先准备好橡皮、铅笔、尺子、手电筒、彩笔等实验器材。教学时，为了让学生明白太阳和影子的关系及影子长短变化的不同，教师让学生结合自己的生活经验，说一说在什么地方、什么时间可以看到自己的影子。学生纷纷想到在阳光、灯光下可以看到自己的影子，但对影子的长短变化及太阳和影子的关系的感受并不深刻。于是，教师让学生站在阳光或者灯光下感受影子的长短变化，并试着说一说这种现象产生的原因。在实验过程中，学生已有的生活经验对其进行科学猜想及验证等具有促进作用。于是，教师让学生联系生活实际展开科学探究，拓展学生的实验空间，使学生不拘泥于课堂，在广阔的天地中进行实验探究，获得了科学思维的发展。三、注重实验反思，深化科学思维在实验过程中，学生掌握了一些实验方法。那么，哪些实验方法对学生来说是有价值的，哪些实验方法还需要改进？教师要注重引导学生对科学实验进行反思与总结，帮助学生积累科学学习的基本经验，发展学生的科学思维，提升科学实验的品质。1.关注实验过程，在推理中深化思维通过科学实验揭示现象或者得出结论是科学教学的常态。要让学生真正通过科学实验发展科学思维，积累科学经验，离不开对实验结果的反思。只有引导学生关注实验现象，并通过推理回顾实验过程，才能帮助学生更好地理解科学原理，深化科学思维。如苏教版科学教材四年级上册《点亮小灯泡》一课，教学目标是能够用一根导线和一节电池把小灯泡点亮；观察发光小灯泡的连接装置，画出电流在小灯泡内的流动路线；经历多种简单电路的连接过程；学会检查电路装置，避免短路现象的产生。在实验过程中，有的学生能够快速点亮小灯泡，有的学生却总是点不亮。教师要引导学生对实验过程进行反思和总结，帮助学生发现问题，推理出点亮小灯泡需要具备的条件。在教师的启发与引领下，学生用假设推理的方式对自己的实验过程进行描述，科学思维得到极大的发展。在小学科学教学中，教师要善于引导学生对实验过程进行反思和总结，让学生站在宏观的角度阐述自己的推理过程，在推理中深化自己的科学思维。2.关注实验结果，在论证中深化思维在科学实验过程中，科学结论的得出需要从正反两个方面进行论证。教师要鼓励学生大胆思考，通过正面和反面论证的方法来获得对科学知识的正确认识。如苏教版科学教材四年级上册《导体和绝缘体》一课，教学目标是经历对多种物体的预测、检测与记录等活动过程，能够对收集到的信息进行整理与分析，并提出自己的问题；学会初步判断生活物体中哪些是导体，哪些是绝缘体。教师事先准备好实验盒、泡沫、螺丝刀、海绵、回形针、铝箔纸、玻璃杯、钥匙、一角硬币、五角硬币、橡皮筋、调羹、木条、螺帽、信封、石块、陶瓷片、插头共18种待检测物体。实验过程中，教师先让学生预测一下这些物体中哪些是导体，哪些是绝缘体，再引导学生通过科学实验对自己的预测进行验证。在验证过程中，教师要引导学生从正反两方面阐述自己对导体和绝缘体的认识，使学生能够从不同角度发现和思考问题。教师引导学生依据实验结果表达自己的想法，可以使学生得出的结论更加科学合理和具有说服力。在小学科学教学中，教师鼓励学生从正反两方面论证自己的观点，可