在建立科学概念过程中发展学生的科学思维品质

摘要

将发展科学思维品质有机融入建立科学概念的学习过程中，是帮助学生掌握科学逻辑思维方式、深刻领悟科学思想、提升他们关键能力和综合素养的有效途径。在建立科学概念的过程中发展学生科学思维品质，主要落实以下3个方面：一是要发展学生独立思考的能力；二是要让学生掌握科学逻辑思维方式；三是要在学习的过程中体悟科学基本思想。

Graphical abstract

关键词

科学概念 / 科学思维品质 / 科学思想

小学科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，能帮助学生建立科学概念和发展科学思维品质。科学概念是个体在有计划、有目的的学习过程中形成的概念，是对自然、社会或思维现象中本质属性和基本规律的抽象反映，是科学思维的基本单元，也是构建科学知识体系的“细胞”。科学思维品质则是人们在漫长的实践过程中，有机融合不同认知方法、加工整理感性认识材料的能力和水平。科学课以观察和实验为主要学习方式，可在帮助学生建立科学概念的过程中发展他们的科学思维品质，是引导学生自觉运用科学逻辑思维模式、深刻领悟科学思想、提升他们关键能力和综合素养的有效途径。

1 在建立科学概念过程中发展独立思考的能力

在教学过程中，为帮助学生建立科学概念，需要学生与学生之间的相互合作探究，需要教师对学生适时进行指导和帮助，但这些合作探究方式的介入，应该建立在学生个体充分独立思考的基础之上。养成独立思考的习惯可以帮助学生深刻理解和掌握所学知识的意义，帮助他们更好地创新发现新知识。独立思考是通向成功之路不可缺少的桥梁。教学活动要求最大程度地发展每一个学生个体，如果没有了学生个体充分而有效的独立思考，他们就不能形成有意义、有价值的观点来交流，后续的合作探究也就成了无源之水。

1.1 保证独立思考的时空

是否具有独立思考的意识和能力，是学生进一步发展科学思维品质不可或缺的基础和前提，也是培养学生创新意识和能力的关键因素。作为课堂组织者的教师，在帮助学生建构科学概念的教学过程中，应充分保证学生独立思考的时间和空间，引导学生在独立思考的基础上开展进一步的展示交流和合作探究。

例如，对于五年级“种子发芽的实验”一课，教材提出了“种子发芽是否必需合适的水分”这一个猜想。教师和学生一起分析“必需”是指“一定需要的（条件），缺了（这个条件）就不能发芽”，帮助学生理解词句意思，明确研究的内容和重点。在此基础上，教师鼓励学生各自独立分析思考，设计合理的实验，并用简图和重点文字的形式表达出来。经过巡查，笔者发现几乎所有学生初步完成的实验设计均没有开展对比的独立实验。在组织讨论交流过程中，教师紧扣“如果仅用一个有合适水分的实验来研究，就算种子发芽了，能说明种子发芽必需水分吗？”来引导学生展开深度思考。他们再次经过认真独立的思索后，自然会想到要用两个实验来开展对比研究。这样的教学安排，为建立对比实验的教学活动提供了丰富的前概念素材和思考经验。

1.2 基于合作探究的主动质疑

质疑是学习者发展自我的一种有效学习方法。质疑，既指个人提出疑问，并寻求其他人作出回答释疑的过程；也指通过向其他人提供合理建议，使对方接受的过程。依托质疑主体与受体之间的差异性和互补性，教师可在课堂上采用以下组合形式开展质疑学习。

（1） 学生之间相互质疑。由一个学生提出自己个人的思考和理解，其他学生可以对他阐述的内容提问。由于学生个人的思维能力有限，阐述的内容会有较多问题，再加上质疑受体为个人，一堂课时间又有限，这种“一对一”的方法宜在四人或六人小组之间的交流中使用。

（2） 学生与小组之间相互质疑。各研究组指派代表交流介绍本组的认识和思考结果，其他学生独立分析、思考并质疑。代表展示的都是小组集体的智慧和认知水平，所以本组人都会认真参与；而其他小组在展示时有不同发现也会认真倾听，课堂学习氛围非常浓厚。

（3） 教师与学生之间相互质疑。教学活动不仅要发挥学生主体作用，也要充分发挥教师的组织引导作用。高质量的学生相互质疑活动是循序渐进慢慢深入的。小学生的年龄、心理特征决定了质疑活动的局限性：他们有时有疑问却说不清楚、“质”不明白；有时思维指向片面，“质”不深入；有时候质疑的内容与教学内容毫不相干；等等。教师必须深入观察质疑活动的进展，遇到质疑活动“卡壳”或“偏离”时，要自觉地和学生置换角色，以学生的身份主动参与质疑活动，身体力行探寻困扰学生问题的根源，成为他们发现问题的“助推器”。

2 在科学概念建立过程中体悟科学思维方式

科学思维品质具有十分丰富的内涵，既包括了形象思维和抽象思维，也包括了归纳思维和演绎思维，以及基于事实基础的辩证和推理过程。掌握并运用逻辑思维方式进行分析和思考，有助于学生更好地理解知识、掌握方法和提升能力。在组织科学教学活动、帮助学生建立科学概念的具体过程中，可紧扣处理好两组思维方式的关系来发展学生的科学思维。

2.1 处理好形象思维和抽象思维的关系

形象思维更多的是以一种直觉经验的形式存在，而抽象思维更多的是以一种逻辑理性的形式存在。小学生思维通常以具体形象思维为主，并逐步向抽象逻辑思维方式过渡。在帮助学生建立科学概念的过程中，教师要善于提供丰富的感性材料让学生去感受，启迪他们思考，抓住合适的时机加以分析和综合、抽象和概括。

例如，在研究通过点亮小灯泡建立“电流闭合回路”概念的教学过程中，教师先给学生准备了电池、导线和灯泡，让学生独立尝试连接。学生还没有建立“闭合回路”的概念，结果所有组都不能成功“点亮”小灯泡。面对这些完整的材料，所有学生的内心都产生了认知冲突。在这样的节点上，教师提出让学生仔细观察电池和灯泡的特点并思考它们的作用。大家都发现了电池的正负极，也发现了灯泡的两个连接点，并认真思索这些构造的作用。当他们再次尝试连接的时候，大部分组都成功了。成功点亮小灯泡，只是完成了教学活动的一个环节。借助这些有结构的材料，教师组织学生推测电流在电路中的流动方式，帮助学生建立“电流闭合回路”的科学概念。当学生利用“电流闭合回路”的科学概念成功用4种方式（图1）点亮小灯泡时，他们的思维经历了由浅入深，突破表层，从具体形象到抽象概括的科学发展过程。

2.2 处理好归纳推理和演绎推理的关系

推理就是从一个或几个命题中推出一个新的命题的过程。归纳推理指的是根据许多个别事件，从中得出一个最具概括性的规律。演绎推理则和归纳推理相反，是从既有的研究结果推论出个别特定情形的一种方式，是由较大的研究领域逐步缩小到所需的特殊领域。

例如，在教学“鱼的共同特征”一课时，学生对鱼都有一定的事实性的了解，但他们还没有系统建立鱼的共同特征的科学概念。当在课堂上先出示一条鲫鱼时，所有学生都知道鲫鱼是鱼；再出示一条泥鳅，让学生判断泥鳅是否是鱼的时候，大部分学生就会举棋不定或者判断错误。本课教学可以综合运用归纳推理和演绎推理的科学思维来帮助学生建立科学概念。教师可以先提供鲫鱼、鲤鱼、鲈鱼、金鱼等各种各样的学生习以为常的鱼类供他们观察，然后讨论总结出鱼的共同特征。再让学生根据所学知识去判断泥鳅是否是鱼。当学生突破了泥鳅身上鳞片退化，同时会分泌大量黏液这一难点后，自然就能得出“泥鳅是鱼”的科学概念。

3 在建立科学概念和发展科学思维品质过程中落实科学基本思想

思维品质的发展受基本思想指导。科学基本思想是人类在认识和探索自然的实践活动过程中总结出来的唯物主义哲学思想，是科学思维和认知活动发生和发展的根本，是科学课程的精髓。科学基本思想对于学生如何学习这门学科，如何理解这门学科具有系统性、总结性的指导作用。此外，帮助学生建立科学概念的教学活动离不开各种具体明确的事物，离不开各种可效仿操作的手段和方法，离不开各种思维活动的介入。这些具体的操作手段和高品质的思维方式蕴含着十分丰富的科学基本思想。要抓住最能反映科学思想特点和本质的关键，引导学生主动开展全面而深入的思考，进而感受到建立科学概念、发展科学思维品质背后的思想内涵和精神实质。

3.1 主动渗透

在建立科学概念发展科学思维品质的过程中，要优化教学设计，主动渗透和创设探究场景，通过正确规范的操作探究，激发学生高品质的思维活动，凸显科学基本思想的价值。例如，在研究“摆的秘密”实验中，在学生提出“摆的快慢可能与摆线长短有关”这一研究课题后。教师可以给学生准备好长度分别为10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、35 cm、40 cm、45 cm、50 cm的各种摆线（暂缺长度为30 cm的摆线）。学生经过自由选择摆线并规范操作实验，得到了各项相对正确的摆动数据。教师引导学生汇总数据、展开对比和分析思考，很自然会得出“摆的快慢和摆线长短有关，摆线短摆得快，摆线长摆得慢”这一科学概念。

以上教学环节，很好地提升了学生规范操作实验、分析数据得出结论、建立科学概念的能力。接下来的教学则是对深化学生高品质科学思维的主动渗透和介入，让学生深刻体会到“科学是逻辑联系的”“科学是联系生活的”等基本科学思想。师生可根据统计图（图2）展开之前预留的摆线长度为30 cm的摆的探究。

教学片段如下（研究摆线长度为30 cm的摆摆动30 s的次数）。

生1：28次吧。

生2：在27次左右。

师：为什么不猜测可能更快，比如超过30次？

生：因为从统计图上可以看出，摆线越短摆动越快。摆线长25 cm的时候摆动30次，那么30 cm长的摆线，摆动次数会比30次少。

师：那为什么不会是更慢，比如低于25次呢？

生：因为摆线越短摆动越快。摆线长35 cm摆动25次。30 cm比35 cm短，所以摆动次数一定比25次多。

师：让我们一起做实验证明一下。

教师现场示范3次，得到的数据是，30 cm的摆30 s摆动27次。

师：让我们一起为我们的正确猜测热烈鼓掌……

3.2 突显强调

在建立科学概念发展科学思维的过程中，对所涉及的科学基本思想要适时加以突显并强调。有时甚至为了实事求是纠正错误的实验操作和实验数据，教师应当调整教学进度和重新安排教学内容，以传递“科学是客观真实的”这一基本思想。

在组织“种子发芽实验”的探究活动中，学生在教师的启发下进行了积极和深入的思考，初步独立设计出对比实验开展研究。在组织讨论的过程中，教师特别提出：在两个实验中，分别只用1颗种子种植开展对比实验研究合适吗？在提出这个问题后，学生通过讨论深刻体会到一个科学基本思想：为了避免偶然性，科学实验需要重复开展，只有多次重复得到了相同的结果，我们才能得出科学结论，在以后的探究中，我们要严格遵守这个规则^［1］。

在研究“摆的快慢与什么因素有关”的实验中，由于小学生控制实验变量不到位，会出现误差很大乃至错误的实验数据。在这样的情形下，教师应立即调整教学进度，引导学生分析实验失败的原因，突破实验中的重点和难点，重新明确实验规范步骤，组织学生再次展开实验研究，体会“事物是相互联系的”等科学基本精神。

总之，要在帮助学生建立科学概念的过程中发展科学思维品质，目光不能只停留在帮助学生建立科学概念的层面，而要致力于让学生能积极主动思考，用科学的思维发现和分析问题，合理灵活地选择解决问题的方法，感受科学的本质，发展学生的科学素养，从而使学科教学目标得以全面落实^［2］。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育科学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 张善军.在策略应用过程中发展学生的数学思考［J］.小学数学教育，2017（4X）：3-4.

基金资助

苏州市教育科学“十四五”规划2024年度课题“情境育人：‘正本课堂’课程群的构建与实施研究”(2024/LX/02/037/02)