在探究学习中培养学生的科学思维能力

武进区李公朴小学  李芳

在当前的科学教学中，探究学习已成为小学生科学活动的主要方式，但透过这些探究学习 的活动形式，我们静心思考，如果我们仅仅把“以探究为核心”理解为就是让学生“自己动 手，多活动”，就是让学生“去感受，去体验”，那这种认识无疑是肤浅片面的，探究活动 只是科学探究的外在形式，而科学思维才是探究的灵魂，探究的本质，是科学学习的核心。 那怎样培养小学生的科学思维呢？

一、在提问、假设、质疑中培养学生的问题意识

发现问题和解决问题构成了科学思维的两个关键因素。科学强调从问题出发，问题意 识是科学的基石，是思维的动力。善于发现问题，会提有价值的问题是具有科学思维的表现。 有了问题，才会思考，才会探索，才会发现。在探究活动中，要时时引导学生思考：“你想 到了什么？”“为何做？”“做什么？”“怎样做？”“做出了什么？”“说明了什么？

1．创设真实具体的问题情景，有效激活学生的问题意识

如《物质变化》我是这样教学的，上课开始，我说今天老师箱子里有一件礼物要送给 同学。然后请一名学生代表上台，蒙住眼睛，用镊子到纸箱里取一件礼物。不料，这位同学 在取礼物时却听到了“啪”的一声爆鸣，同学们听到爆鸣声后，都窃窃私语，箱子里发生了 什么？礼物是什么？此刻，我摘下蒙在学生眼睛上的毛巾，让这位同学拿出礼物------爆破 了的气球皮。我问：你们从刚才的情景中能提出什么问题？学生经过思考后提出了：气球为 什么会爆破？气球皮的物质成分发生变化吗？气球里的空气发生了什么变化？它们生成了 新的物质吗？由此自然而然地引出了新课题。

又如教学《观察我们的摆》时，我在学生分组实验汇报每 10 秒钟单摆摆动次数的基础 上，让学生提出许多问题：是不是所有的单摆在相同间隔时间情况下摆动的次数都相同？不 同的单摆在相同的间隔时间情况下，摆动的次数都不同？不同的单摆，速度不同，这是怎么 回事？是什么决定了单摆的速度？是摆锤的重量，摆绳的长度还是摆幅的大小？

2．引导学生对问题作出“合理”的假设

探究需要明确的假设，假设是在观察和实验的基础上，根据科学原则和科学事实，通过 科学思维的加工，尝试对未知事实做出初步的假定性解释。

如教学《摆的研究》，我引导学生：上节课我们已经知道了不同的摆自由摆动的快慢是 不一样的，那么摆的快慢与什么有关呢？

学生根据已有的知识和生活经验开始了假设

生甲：摆绳的长度越短，摆动的速度越快。

生乙：摆锤的重量越重，摆动的速度越快。

生丙：单摆摆动的幅度越大，摆动的速度越快。 …………

师：那你们能说说假设的原因吗？

生甲：如果摆绳的长度越短，摆的路线也越短，用的时间也越短，来回摆的时间就少 一些。所以我认为摆绳的长度越短，摆动的速度就越快。

生乙：一个篮球和一张纸片同时从三楼抛向地面，篮球先落地是因为篮球重，下落的 速度快。所以我认为摆锤的重量越重，摆的速度也就越快。

生丙：摆锤的重量重，我们推动摆锤时用的力就大，摆的速度就快；摆锤的重量轻， 我们推动摆锤用的力就轻，摆的速度就慢。

生丁：我们骑自行车时，从坡陡的地方比坡缓的地方骑下来要快，是因为坡陡的地方 角度小。所以单摆摆动的角度越小，摆动的速度也就越快…………

前面是假设，后面是学生自认为“合理”的解释。当然，这些假设是稚嫩的、不成熟 的、甚至是错误的，需要通过事实、实验、逻辑推理来进行证实或证伪。

3．在探究实验中培养学生的反思质疑精神

培养学生的科学思维，需要教师有意识地关注学生的反思、质疑精神的培养。反思、 质疑能引发深层次的思考，它打破原来思维的平衡状态，出现活跃的不平衡，促使学生强烈 地去探究，去寻求事实证据来证明自己的想法。

可以说，没有反思、质疑的精神，学生的实证意识就无法培养，学生的创新意识无从 激发。

如教学“观察同一种材料构成的物体在水中的沉浮”时，当学生发现有的胡萝卜是沉、 有的胡萝卜是浮的，而课本上却说胡萝卜是浮时，学生肯定会反思、质疑。是什么原因导致 了这种情况的出现，是实验操作出了问题，还是胡萝卜本身出了问题。并通过调查、多次的 动手实验发现有的胡萝卜实心部分多一些就沉，有的胡萝卜空心部分多一些就浮；同一个胡 萝卜不同部位的结构也不同。所以会出现有的胡萝卜沉，有的胡萝卜浮；同一个胡萝卜，不 同部位的沉浮也不一样。而且，胡萝卜的产地不同，储藏方式不同，也会导致胡萝卜的沉浮 情况不同。

又如教学《空气的热胀冷缩》时，我选择了瘪乒乓球能被开水烫鼓这一事实，作为激 发学生疑问的材料。上课伊始，我是这样教学的：

师：我这里有 4 只瘪乒乓球，谁有办法让它们重新鼓起来？ 生：把它放到热水里，瘪乒乓球膨胀就能鼓起来。 师：为什么要把它放到热水里？ 生：乒乓球放到热水里会膨胀。 师：你认为是乒乓球的哪个部分膨胀？ 生：乒乓球的外壳膨胀。 生：乒乓球里的空气膨胀。 师：你们是这样想的，上来试试吧。 生：怎么有两个乒乓球鼓不起来？哦，原来是有小孔啊！ 师：那么，你们认为乒乓球能鼓起来与什么有关？ 生：与乒乓球漏不漏气有关系，漏气的乒乓球不能鼓起来，不漏气的乒乓球就能鼓起 来。 生：空气跑掉了就不能鼓起来。 师：跑掉了的空气从哪里来？ 生：这部分空气可能是乒乓球内的空气受热体积膨胀了。 师：空气可是看不见、摸不着的，它跑掉了我们也看不到。我们能不能设计一个实验， 让我们能够知道空气真的受热体积会膨胀呢？ 由学生质疑，引出了新课研究的内容，引起了学生研究的兴趣，学生的科学思维活动 也从对这一个现象的质疑开始了。 二、在尊重事实、科学验证中培养学生的实证意识 科学思维是一种实证思维，科学的实证性告诉我们：科学是讲求证据的，要以事实说 话，结论必须建立在大量的事实基础上。任何一种牵强的、没有得到实证的结论都是不科学的。因此，我们在教学过程中，要引导学生在发现和提出问题、猜想或假设的基础上，通过 观察、实验、搜寻证据以解决问题。如教学《摆的研究》，学生提出了对摆的快慢可能与摆 锤的重量、摆绳的长度、摆幅的大小有关的各种假设，这些假设都“合理”吗？我引导学生 自行设计实验验证。

1．改变摆锤重量的实验

15 秒内摆动次数的记录

原来重量

第一次14   第二次14   第三次14

两倍重量

14 14 14

三倍重量

实验结论

摆的速度与摆锤的重量无关

2．改变摆绳长度的实验（摆锤长度一样）

15 秒内摆动次数的记录

原来绳   两倍绳   三倍绳

实验结论

同一个摆，摆绳越长摆动越慢，摆绳越短摆动越快。

3．改变摆动幅度的实验

第一 次

第二 次

第三 次

15 秒内摆动次数的记录  摆角 30 度   摆角 60    摆角 90

实验结论

摆的快慢与摆动幅度无 关。

当学生通过实验得出：同一个摆，摆的快慢与摆锤重量、摆动幅度无关，而与摆绳长 度有关。摆绳长度越长，摆的速度越快；摆绳长度越短，摆的速度越慢。我又出示一个实验（摆绳长度相同的两个摆，但摆锤长度不一样。一个摆锤比较长，另一个摆锤比较短），我 引导学生说：你们猜一猜，这两个摆的摆动速度怎样？大多数的学生都说，因为这两个摆的 摆绳长度一样，所以这两个摆的摆动速度一样。

师：我们用实验验证一下。

生上台实验验证，发现摆动速度不一样。摆锤比较短的速度比较快，摆锤比较长的速 度比较慢。

师：摆的快慢到底与什么有关？

生：摆的快慢既与摆绳长度有关，也与摆锤长度有关。

师：对。摆的快慢既与摆绳长度有关，也与摆锤长度有关，我们把支架到摆锤重心的 距离叫做摆长，摆绳的长度不等于摆的长度。所以说，摆的快慢与摆长有关。

师：那么摆的快慢到底与摆长有什么关系？我们通过实验来研究吧。

学生拿出带有金属圆片的摆，先把圆片移到摆绳的 30 厘米处，再移到摆绳的 20 厘米 处，最后移到摆绳的 10 厘米处，在相同的时间内，看它们摆动的次数。最后得出：摆长越 长，摆的速度就越慢；摆长越短，摆的速度就越快。

《新课程标准》明确指出，要让学生在获得知识的同时能“形成尊重事实，善于质疑 的科学态度”，“不迷信权威”，“在科学学习中能注重事实”。因此，在科学课中，我们 要在规范实验操作的基础上进行实证意识的训练，让所有的争论最终靠科学实验来验证，让 学生用事实数据说话，这样学生的思维才会显得严谨，学生的科学思维就会发展，学生的科 学素养就会不断得到发展。

三、在严密的逻辑推理中培养学生的理性思维意识

科学思维的两个基本要素是尊重事实，遵循逻辑。逻辑原则是科学教育的其中一个重 要基本原则，合乎逻辑的理性思维是科学的最基本特征。真正的科学探究必须是一个引导学 生展开理性思考的过程。无论是问题的提出，猜想或假设的形成，实验计划的制订，还是对 来自实验、观察等各种活动或各个途径获得的信息都需要进行理性的分析、处理和选择。只 有真正地进行了理性思考，科学探究才会变得严谨、实在。

我在教学《马铃薯在液体中的沉浮》一课时，我先让学生把一个马铃薯放入水中，观 察它的沉浮情况。再把同一个马铃薯用清水冲洗干净后放入另一杯不知名的液体中，观察它 的沉浮情况。学生发现了一沉一浮的两种现象。我问：同一个马铃薯为什么在水中沉，在不 知名的液体中浮。学生纷纷猜测第二杯是盐水。我反问：“你怎么知道这一定是盐水？”学 生有的说是从课外书中看来的，有的说可以通过两种方法来验证：一种方法是重新调制一杯盐水，看马铃薯在盐水中的沉浮情况；另一种方法是用燃烧匙舀出一些这种不知名的液体在 酒精灯上烧一烧，如果有白色粉末出现，则说明是盐水。于是两种方法同时进行，当看到燃 烧匙中的液体水分被蒸发，留下白色粉末时，学生们纷纷说这些液体是盐水。当马铃薯在调 制的盐水中是浮时学生更加肯定这些不知名的液体一定是盐水。我说：“你们能肯定这些液 体一定是盐水吗？”我这一问，少部分的学生不出声了。于是，我又说：“我现在给你们一 些白糖和味精，你们调制一些白糖水和味精的水，看马铃薯在这些液体中的沉浮情况。”于是， 学生们又纷纷做实验。实验后，学生们发现马铃薯在浓糖水中和浓味精的水中都是浮的，在淡 糖水中和淡味精的水中却是沉的。又有一个学生说：“刚才我们在做盐水实验时，开始加少量 盐时马铃薯是沉的，后来盐加多了马铃薯是浮的。原来马铃薯在浓盐水中是浮的，在淡盐水 中是沉的。”我又问：“那么原来那杯不知名的液体是不是一定是盐水呢？”这下，学生们 说，可能是浓盐水，可能是浓糖水，也有可能是浓味精的水，还有可能是其它的混合水。还有学生说，现在反而不知道了。原来，做了这么多实验，找了这么多证据，居然还是确定不了！

我又进一步追问：“你们能说说马铃薯沉的第一杯是什么水？”有的学生说是清水， 有的学生说是淡盐水，有的学生说是淡糖水……最后说：“不知道。”“说不清。”“确定 不了。”

这里，学生经历了一个十分典型的“观察------发现------推测------证实”的科学 探究过程。这个过程，是个推理的过程、实证的过程、质疑的过程。在这个过程中科学的本 质都隐含在这个“是什么水？”的活动中。“不能确定”才是真正的科学结论！

在这里，学生经历着一个个的矛盾冲突，经历着一次次的“头脑风暴”，经历着一次 次的逻辑推理，他们在直观感知的基础上进行着理性思考，学生的思维显得全面、周密、严 谨，理性思维意识得到了充分的培养。