用对比实验提高学生科学思维能力

金玉燕

在小学科学中，实验探究活动占了整个课程的大部分，很多实验探究活动都需要学生动手参与，引导学生亲历体验探究的过程。在日常教学活动中，需要关注学生科学思维的形成，让学生学会用科学的思维方式去思考问题，用假设、预测、推理、解释、交流、质疑等思维性活动去解决自身学习、日常生活中遇到的问题。让学生体验探究活动的过程，不仅是让学生运用探究活动对科学知识进行探究，而且是让学生在探究活动中，学会自己去设计实验，开展有效的实验探究活动，从而真正形成科学思维的能力，用科学的眼光看待世界。

一直在思考科学课上究竟要教给学生什么？是科学知识、科学精神、科学态度还是科学方法？小学生接受科学知识的能力是有限的，试想如果今天我们教给学生的是科学知识，到了若干年后有多少学生能对当初老师所教的知识留下深刻印象？所以，授人以鱼不如授人以渔。在小学科学日常教学活动中关注学生科学思维的形成，尝试让学生学会用科学的思维方式，用假设、预测、推理、解释、交流、质疑等思维性活动解决自身学习、日常生活中遇到的问题。

《义务教育科学课程标准》指出：“科学学习要以探究为核心。探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。科学课程应向学生提供充分的科学探究机会，使他们在像科学家那样进行科学探究的过程中，体验学习科学的乐趣，增长科學探究能力，获取科学知识，形成尊重事实、善于质疑的科学态度，了解科学发展的历史。”同时《义务教育科学课程标准》还指出，学生要“能运用已有知识做出自己对问题的假想答案;能根据假想答案，制定简单的科学探究活动计划;能通过观察、研究、制作等活动进行探究。”在《谁流得更快一些》这一课中，我充分激发学生的思维，鼓励学生积极独立思考，善于提问和质疑，保护学生的好奇心和探究欲。通过设计对比实验，开展小组合作探究，引导学生真正动手参与到实验中去，在实验中发现真理，让对比实验探究更有效。

一、鼓励学生大胆猜想

在教学中，紧密结合学情的变化。在课堂上，学生的思维状态是多变的、发散的，甚至会偏离主题。这就要求老师及时捕捉学生那些灵动的思维，不断追寻思维的根源，引领学生主动地参与探究活动中去，不断提升学生的探究能力，发展和完善学生的思维，注意引导学生合理假设。思维活动中，假设是一项完整科学研究的起始步骤，是一个具有推测性的有待证明的答案。学生的假设应有一定的观察依据，假设之后必须有验证的活动。假设还要符合逻辑，不能随意猜测。在教学中，鼓励学生大胆地进行合理猜测，因为我们很多伟大的发明和发现都源于猜测。《谁流得更快一些》这一课，我通过对比实验，让学生猜测三种液体流动的快慢，并说明理由。顺势进行追问，能初步了解学生的前概念。

我们发现，每个学生提出的自我猜测后面都有自己真实的想法。当我让学生来猜猜看，为什么你觉得油（或水）流得快时，绝大多数学生都有自己的生活经验，他们觉得水要比油流得快。比如，在课堂上就有学生提出来，水流得更快一些，是因为生活中把瓶子倒过来，里面的水会很快流出来，而油却要等待较长时间才能流出来。这样的猜测让我们知道了学生已有的经验和对水和食用油的前概念。但是也有个别学生会认为油会比水流得快。教学中，我们不能因为老师知道这个答案是错误或正确的，就直接否定学生的回答，而是应该给予学生鼓励和肯定，然后再进一步追问：那为什么你觉得油流得更快呢？例如，在我的课堂上就有学生说：“因为油滑滑的，所以它流得快。”其实学生对于任何现象都是有自己解释和观点的，我们应该充分发散学生的思维，做到“从学生前概念入手，往正确探索路引导，到学生新知识建构”。鼓励学生对于未知的事物大胆猜想，有自己独立的观点，能够批判辩证地看待问题，保护好每个学生的好奇心和探究欲。

二、掌握对比实验方法

英国科学家贾德研究发现，9～11岁学生在科学课上的思维发展，大多处于浅层次，他们只是想着如何完成实际任务，而没有就这个任务进行实质性思考。三年级的学生让他们去看看大树、观察小动物，还是很起劲的，但要让他们自己去动手设计实验计划则很难，更不要说设计完整的对比实验了。所以，如果让他们直接设计实验，他们一时无法下手，那么怎样引导学生设计简单的实验研究计划来促进有效的思考呢？在学校科技节活动的创意大赛中，我看到三年级学生画的一张创意金点子设计图，创意虽然用的是简单的图画和简短的文字，但很直观，我一下子就明白了他的想法。这让我意识到学生在画图和写字的过程中能思考得更加透彻，所以我想到科学课堂上的实验设计方案要放手让学生去大胆设计。在实验方案的设计及小组实验中，采用小组合作的形式。这种形式有利于学生之间彼此了解，互帮互助，在表达自己看法的同时，也能吸取别人的不同看法，在交流中建构新的知识，并将这种新的认知表达出来。在《谁流得更快一些》这一课中，我设计了这样的实验方案。

在试上课的过程中，4个班48个小组的学生都能在规定的时间内设计出自己小组的方案，并用简单的图和文字来表示。我发现，让学生学会在动手前动脑，规划设计好实验方案，在写画的过程中，学生设计实验的兴趣会更大，使学生科学思维能力得到提升。当然，课堂活动的设计一定要有针对性，要让学生清楚地了解活动的目的和要求。比如《谁流得更快一些》一课，以比赛的情境把学生引入课堂，让他们意识到这是个比赛。要注意实验的公平性，把研究的问题转化成学生感兴趣、想探究的问题，这样能更好地促使学生自觉主动地参与到活动中来，给予学生学习的内在需要——学习的动机与动力。“比较三种液体谁流得更快一些的实验”，我没有让学生直接设计实验，而是引导他们投入一次比赛。当学生听到比赛自然会联想到运动会上的跑步比赛，比如，跑步的跑道、起点线、运动员、终点线等条件因素，学生自然而然地会想到我们的实验设计要注意些什么。比如，实验的公平性，会有学生提出相同多的量、相同高度等。这实际上就是一个对比实验，要引导学生在设计实验时，考虑到比赛的公平性。材料不同，保持测试的液体量要一样多、一样的高度，同时让它们流下去等条件要保持相同，用秒表来观察记录三种液体流下的不同时间。

鼓励学生通过充分的小组讨论来设计这个实验方案，让三年级的学生设计一个对比实验还是有一定难度的，因此要营造轻松愉快的课堂气氛，顺着学生的思维，鼓励他们提出多种比赛方案和比赛规则，保证实验的公平性。与学生充分讨论，确定在实验中要满足相同量、相同高、同时流等要素。比如，一样多，可以用同样的力度挤压瓶子，可以在板上滴的位置画三个大小一样的圈;一样高，每次实验我们都要保证从同一个角度往下滴，不能一会儿高一会儿低;同时流，可以用记号笔做记号，标出起跑线和终点线，让液体从起跑线开始流，流到终点线结束。学生一开始不能确定跑道的长短，那么就放手让学生实验，在实验中不断完善实验：缩短跑道、用秒表计时记录液体流动的速度。让学生主动探索，培养其实验能力，为后面学习科学实验中的对比实验打下基础。教学中，老师要随时捕捉学生随机生成的思维火花，顺着学生的思维，沿着学生的思路，不断地进行追问，完善实验规则，提出实验的注意事项，使学生的思维更加完善，学习能力不断提升。

三、提供有结构的材料

精心准备实验材料是做好对比实验的重要因素。所谓有结构的材料，是指经过精心设计的各种有代表性的材料组合。它既要揭示与教学内容有关的一系列现象，体现科学性，同时还应具有趣味性，符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生学习生活，使学生通过对材料的探索发现问题，解决问题，获取新知。它关系学生的实验操作和实验现象，影响数据收集及整理，更会影响学生对实验结论的分析。《谁流得更快一些》一课，材料箱内有现成的流动板，可以让学生在刻好6条固定长度的凹槽塑料板上进行实验，学生无须动太多的脑筋，直接就能开展对比实验，而且实验结果也不會有很大的误差。但我觉得这样的实验材料会让学生错失在研究实验方案过程中产生思维火花的机会。为保证对比实验的公平性，通过小组合作设计简单的公平实验，理解公平对实验的重要性，并尝试控制其他变量保持不变，开展比较三种液体谁流得更快一些的对比实验。

活动中，让学生自主选择实验的材料、方案等，开展公平公正的比赛，让学生亲历实验的过程，对三种液体流动速度进行比较。放手让学生开展课堂比赛，提醒他们活动中把握比赛的公平性，并细致有效地观察。用秒表记录能直观地观察这三种液体的流动速度，三种液体的重量要一样多，滴下来的大小一样多。一开始我为每一组准备了滴管，但发现滴管很难把洗洁精吸上来，后来在网上选购了专门用来分装液体的小瓶子，只要在挤压瓶子的时候，用差不多大小的力度就可以保证一样多。从同一高度往下流，保证一样高。通过师生交流，每次实验要保持玻璃板始终在固定的高度，可以架在盒子上保持一样的高度。同时流下去，可以用记号笔做记号，确定起跑线和终点线。学生在用秒表计时的过程中，发现水流得很快，而洗洁精却流动得很慢，如果继续等待洗洁精跑到终点很浪费时间，那怎么来解决这一问题呢？有学生提出缩短跑道长度：为了能在较短的时间内决出胜负，起跑线和终点线之间的距离要短一些。

在课堂活动前，老师一定要从学生的视角亲自动手做一做实验。要充分考虑到学生在活动中可能会遇到的问题，并设想相应的解决方法。本课起初只为每一个小组准备了1块玻璃板，学生每做完一次实验就要洗去上面的材料才能再进行第二次实验。学生洗材料花去了很多时间，而且洗完后马上进行第二次实验，物质很容易残留在玻璃板上，使实验出现误差。对实验方法进行改进后，我准备了2块玻璃板正反面进行实验，这样既可以减少擦洗浪费的时间，还能有效减少实验的误差。老师在教学时不仅要合理设疑，更应该重视学生的质疑精神，让学生敢于提出自己的问题、自己的想法。有时我们的材料一开始还不是那么完善，只能自己用心想办法解决，试着去准备有结构的实验材料，可以让探究更高效。

学习应当以学生为本，在充分自主和灵活的实验活动中，培养学生的科学思维对于发展学生的实验能力至关重要。科学实验设计必须以思维发展为起点和归宿，依托对比实验是落实学生思维培养的可行路径。通过设计对比实验可以激发学生主动参与实验活动的热情，重视合作过程中的思维互动学习，有效发展学生的思维能力。相信基于优化的科学对比实验活动，可以最大限度地调动学生敏捷的思维，使其全身心地投身于实验活动，从而真正形成科学思维能力，用科学的眼光看待世界，继而实现创新式的学习与成长。