小学科学实验教学中学生科学思维能力培养策略探析

摘"要：科学思维是义务教育科学课程要培养的学生核心素养之一。小学科学实验教学是培养学生科学思维能力的重要途径。教师要围绕科学实验探究目的，将对学生科学思维能力的培养贯穿于实验探究全过程，通过有效的科学实验活动促进学生思维能力的发展并培养他们的科学核心素养。关键词：小学科学；实验教学；科学思维；科学思维能力0"引言《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）指出，科学课程要培养的学生核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等四个方面[1]。科学核心素养中，科学思维是指“从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等”[1]。当前，在小学科学课程实施中，部分任课教师把小学科学实验仅仅作为教学活动中构建科学知识的一种手段，未能充分挖掘实验探究活动中包含的科学思维和科学方法。学生在实验活动中往往只停留在感性认识上，不能像科学家那样去进行实验研究，导致思维能力的训练和培养不足。践行新课标精神，培养学生的科学核心素养，要求教师在科学实验教学中不但要引导学生掌握正确的实验方法，还要通过科学实验活动发展和培养他们的科学思维。同时，教师要引导学生在实验探究的过程中学会观察，大胆思考，动手实践，切实促进科学思维能力的不断发展。1"科学实验对培养学生科学思维能力的重要作用在小学科学教育中，学生科学思维能力的发展是一般思维与科学课学习有机结合的结果，是一般思维与科学教育的结晶，也是科学能力的核心。新课标在课程总目标中指出，科学课程要使学生“掌握基本的思维方法，具有初步的科学思维能力”[1]。落实新课标要求，必须把科学思维能力培养的目标落到实处。探究和实践是科学学习的重要方式，而科学实验则是最重要的探究实践形式，也是培养学生思维能力的重要途径。在科学实验过程中，学生在教师的指导下应用已有的知识和技能，利用一定的仪器、设备和材料，通过观察、动手操作等探究活动获得新的知识。在这一过程中，学生在教师的引导下，通过创设情境、提出问题和假说、设计实验活动、探究实践、验证结果和总结反思等阶段，最终得出实验结论。实验过程的各个阶段都伴随着分析、综合、比较、分类、抽象、概括、推理、类比等一系列思维活动。因此，科学思维是科学实验的基础，没有科学思维的参与和支持就不可能正确地进行科学实验探究活动。科学实验过程中，学生应用科学思维又培养和促进了他们的科学思维能力。综上所述，科学实验对锻炼和培养学生的科学思维能力具有重要作用，在科学实验教学中，教师必须高度关注学生的思维发展，要设计并实施能够促进学生深度学习的思维型探究实践活动，将学生科学思维能力的培养作为实验探究活动的重要目标。在实验活动中要重视激发学生的思维活动并引导他们掌握科学思维的方法，让其在提高学生科学综合能力方面发挥关键作用。2"小学科学实验教学中培养学生科学思维能力的策略2.1"创设问题情境，激发学生开展实验探究的欲望科学探究是从问题开始的，而问题又是思维的发源地，没有问题就不会引起思考。一个不会发现问题的人很难真正参与到实验探究活动之中。创设恰当的问题情境，能够激发学生开展实验探究的欲望并有助于他们积极主动地思考。因此，在开展科学实验前，要依据学生的认知水平和教学内容创设问题情境，在情境中引发学生的认知冲突，让他们发现需要通过实验探究的问题。以教科版小学科学教材四年级下册第二单元第4课“电路出故障了”实验活动为例。教师先出示一个能够使小灯泡发光的简易电路装置，让学生画出简单的电路图，并说一说电流在电路中是怎样流动的。引导学生观察点亮小灯泡的简易电路并回忆前几节课学过的内容，进一步理解和巩固“小灯泡发光是因为电流从电池的正极流出，经过小灯泡再流回电池的负极，在这个电路中形成了一个完整的闭合回路”这一知识。此时，教师再向学生出示一个出了故障的电路，这时小灯泡不会被点亮。在这个情境中，学生就会产生“小灯泡为什么不亮了”的疑问，从而引出后续的实验探究活动。通过问题情境的创设和探究问题的提出，学生产生了解决问题并寻找答案的冲动，从而积极主动地思考。2.2"引导学生在实验活动前进行猜想和假设猜想是一种创造性思维。大胆猜想是进行科学探究的前提。当要探究的问题被提出以后，教师要引导学生对问题进行猜想和假设。猜想要建立在一定的科学依据之上，做到有理有据地进行猜想和假设，不能胡乱猜测。以教科版小学科学教材四年级下册第二单元第4课“电路出故障了”为例。当学生提出“小灯泡为什么不亮了”这个问题后，教师要引导学生对小灯泡不亮的原因进行猜想和假设。根据简单电路的组成，学生对电路产生故障的原因进行多种猜测和假设。造成小灯泡不亮的原因可能有：1）小灯泡坏了；2）电池没电了；3）小灯泡和灯座接触不良；4）电池盒没连接好；5）导线断了；6）开关没有连接好，等等。在学生猜想的基础上，教师引导学生对可能的原因进行分类，一类是电器元件的故障，另一类是连接的问题。教师进一步启发学生思考，对这两类故障如何进行排除。引导学生通过思考归纳总结出“电器元件出现故障要进行更换，连接故障则需要重新进行连接”这一结论。这样的实验前猜想和假设能够引发学生对问题进行深入思考并确定实验探究的方向。总之，小学科学实验教学中引导学生进行猜想和假设十分必要。学生通过猜想和假设，能够让思维从零乱变得有序，提高条理性，同时让实验探究具有更加明确的方向。2.3"在实验探究活动中加强对学生思维方法的培养小学科学实验探究活动的设计和实施要符合学科特点，也要基于学生的认知特点并有利于他们思维的发展。在实验探究活动过程中，教师要引导学生分工合作进行观察、分析和动手实践，在发现结论的过程中培养分析与综合、抽象与概括、分类与比较、归纳与演绎等思维方法。以教科版小学科学教材四年级下册第二单元第6课“导体和绝缘体”为例。教师演示“将一个有故障的电路进行故障排除，想办法使小灯泡重新亮起来”的实验。在排除故障的过程中，学生通过观察发现：将两根金属头电线连接到一起，小灯泡就会被点亮；把包有塑料皮的电线连接在一起，或者把塑料皮与金属头连接在一起，小灯泡则不会被点亮。接下来，教师引导学生对这一现象进行科学论证和解释，例如：“这种现象说明有些物体电流能够通过，有些物体电流不能通过。那么，如何判断一种物体是否能够通过电流呢？”在学生思考的基础上，教师引导他们利用电路检测器对材料盘中的20多种材料逐一进行实验检测。在检测前，教师可以要求学生对要检测的每一种材料能否通过电流进行猜测，然后再进行检测，验证自己的预测是否正确。在检测中，学生要认真做好检测记录。待所有小组都完成检测后，教师指导各实验小组整理分析检测结果，并对已经检测完成的20多种材料进行分类，再从分类中发现规律。在学生进行分类比较的基础上，教师引导他们对导体和绝缘体的概念进行抽象概括。这样的实验探究不仅有效帮助学生建立了科学概念，还训练和培养了他们的分类比较和抽象概括等科学思维能力。2.4"通过实验探究培养学生的推理能力假设、推理和判断都是重要的科学思维方法，其中科学推理是进行科学研究的重要方法，也是科学思维的核心内容。对提出的问题作出假设并通过实验探究验证假设或寻找证据的过程是科学推理和判断的一种形式。在小学科学实验探究活动中，教师要引导学生基于观察到的现象和实验探究得出的结论，通过归纳和演绎等推理方法建立事实与观点之间的联系，在联系中发现事物的本质和规律，从而促进他们推理能力的发展。以教科版小学科学教材四年级上册第一单元第3课“声音是怎样传播的”为例，教学内容是学生在学习了声音是怎样产生的基础上，通过实验探究活动，研究探索声音是怎样从一个地方传到另一个地方的这一问题。1）教师创设问题情境：拿出一个准备好的小鼓，用小棒敲击鼓面让小鼓发出声音。2）教师提问：小鼓是怎样发出声音的？鼓声又是怎样传到你们的耳朵里呢？然后组织学生讨论、回答问题，并让他们把自己的想法简单记录下来。3）出示真空抽气装置进行声音在空气中的传播实验。通过实验，引导学生得出“声音能够在空气中传播，真空中不能传播声音”的结论。4）再引导学生进行空气在固体和液体中的传播实验探究活动。验证固体能够传播声音时，让学生两人一组，一人把耳朵贴在桌子一端，听一听桌子另一端的同学轻轻抓挠桌面发出的声音。在实验中，学生发现抓挠桌面发出的声音大小保持不变，听的学生靠近桌面但不贴近桌面时，听到的声音比较微弱，而贴近桌面时听到的声音比较大。5）在发现这一现象的基础上，教师引导学生通过归纳推理得出“声音可以在固体中传播”“声音在固体中的传播效果比空气中要好”的结论。6）在完成声音在空气、固体、液体中传播的探究活动基础上，教师引导学生归纳总结得出“声音可以在空气、固体和水中传播，没有媒介不能传播声音”这一结论。这样的实验探究活动，通过对学生观察、分析、逻辑推理等能力的训练，提升了他们的科学思维能力。总之，科学实验要让学生经历较为完整的思维发展历程，帮助他们形成科学思维的意识和能力。2.5"开展科学论证，培养学生的证据意识科学论证是从科学事实出发，借助科学的推理方法阐释某一结论是否正确的思维方法。科学论证有助于加深学生对科学本质的理解，发展他们的科学推理能力，培养他们基于证据意识的科学态度。在小学科学实验教学中，教师要引导学生围绕探究问题经历假设猜想、验证假设、收集证据到构建科学概念的过程。在这个过程中，教师要帮助学生掌握科学的思维方式，体会科学结论产生的过程，强化他们对科学本质的认识。以教科版小学科学教材三年级上册第二单元第2课“空气能占据空间吗”为例。学生通过探究实验初步得出“空气占据一定的空间”的结论，但这一结论是否可靠和科学，教师要引导学生寻找新的证据。在学生思考的基础上，教师引入吹气球这一活动。学生发现，用打气筒给气球充气，气球变大；给气球放气，气球变小。此时，教师通过提问引导学生对实验现象进行解释：空气进入，气球鼓起，气球内部空间被空气占据后变大；空气排放出去后，气体少了，气球就变小了。这个现象进一步证明空气占据一定的空间。总之，在小学科学实验教学中，教师要引导学生做好实验现象的整理和记录，科学分析和论证实验中发现的事实和结论，并通过科学论证对结论的科学性、合理性作出阐释。2.6"引导学生分析实验结果，提炼结论和归纳思维方法培养学生良好的科学记录习惯，对学生养成实事求是、严谨扎实的科学探究态度十分重要。在小学科学实验教学中，教师要引导学生使用文字、图表、图画、符号等形式对实验数据、实验现象进行记录。实验结束后，教师要及时组织学生交流讨论观察到的现象或得出的结论。教师组织学生开展汇报交流时，要引导学生加强对实验现象和结果的分析与解释。整个过程中，教师不仅要引导学生关注实验现象和结果，更要让他们透过现象看本质，引导他们分析总结“我们是如何进行实验探究并得出实验结论的”“运用了哪些思维方法”“经历了怎样的思维过程”。以教科版小学科学教材四年级下册第二单元第4课“电路出故障了”实验活动为例。在实验中排除电路故障时，检查法和替换法都是学生比较容易想到的方法，教师帮助学生总结提炼即可。教学重点是教师引导学生总结“检测结果出现什么现象可以推测被检测电路元件有故障或无故障”“怎样排除故障使小灯泡重新亮起来”。总结交流时，学生通过小组汇报的方式，基于探究过程中收集的证据验证自己实验前的猜测。学生通过替换故障元件使小灯泡亮起来，不仅证实了他们的猜想，更是肯定了他们的实践成果。学生从发现问题到解决问题，经历了思维分析、动手实践和有序解决问题的过程，这为他们今后解决问题提供了示