余國君

摘要：本文主要闡述如何通過科學(xué)中的實驗教學(xué)這一活動來培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)，通過構(gòu)建科學(xué)實驗教學(xué)中學(xué)生思維品質(zhì)培養(yǎng)的基本范式與理論構(gòu)架，并探索培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的方法與策略，從而基本形成科學(xué)實驗教學(xué)的一般操作范式，轉(zhuǎn)變教師實驗教學(xué)理念，發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)實驗;思維品質(zhì);培養(yǎng)策略

中圖分類號：G633.67文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1578（2019）01-0188-03

1.問題的提出

目前的科學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀是教師多黑板，多媒體實驗，少動手操作;學(xué)生缺乏自主探究;實驗教學(xué)中重結(jié)果輕實驗過程;重現(xiàn)象結(jié)論的記憶輕實驗操作過程中對一些生成性問題的思辨。具體表現(xiàn)如下：

1.1輕過程重結(jié)論。

實驗中過分突出和強(qiáng)調(diào)接受和掌握，忽視探究，導(dǎo)致學(xué)生被動接受和機(jī)械記憶過程，抑制學(xué)生的思維，影響學(xué)生的個性發(fā)展。

1.2輕鼓勵重權(quán)威。

在實驗中呈現(xiàn)知識結(jié)論時，雖有實驗過程，卻沒有實驗的探討，導(dǎo)致缺乏學(xué)生在尊重科學(xué)事實的基礎(chǔ)上形成知識結(jié)論，在逐步構(gòu)建科學(xué)方法論過程中，呈現(xiàn)形式是缺乏必要的事實依據(jù)，影響?yīng)毩⑺季S能力的培養(yǎng)。

1.3輕思考重預(yù)設(shè)。

教師在教學(xué)中往往會以各種借口（如儀器缺乏，實驗材料難找、天氣因素、效果差，課時緊等）原因，將書本上的探究實驗變成多媒體實驗，甚至是黑板實驗，將原本應(yīng)由實驗得出的生動結(jié)論變成了一種知識的預(yù)設(shè)。

2.思考與設(shè)計

2.1概念界定①。

（1）思維品質(zhì)：

它是人的思維能力的差異表現(xiàn)，也是智力和能力的核心，它具有思維的深刻性、靈活性、批判性、獨(dú)創(chuàng)性和敏捷性五個方面。

（2）思維品質(zhì)諸方面的相互聯(lián)系。

本文所講的思維品質(zhì)是，在結(jié)構(gòu)中各要素相互作用、均衡發(fā)展，思維品質(zhì)體現(xiàn)思維能力，這就要求教師在課堂中，應(yīng)有意識地訓(xùn)練學(xué)生的思維品質(zhì)。

2.2理性思考。

（1）國內(nèi)研究成果支持。

北師大林崇德教授主持的“學(xué)習(xí)與發(fā)展—中小學(xué)生思維能力的發(fā)展與培養(yǎng)”教改實驗研究，取得明顯效果。在科學(xué)理論的指導(dǎo)下，通過采用切合學(xué)生思維發(fā)展水平的措施，能有效地提高學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

（2）《課標(biāo)》對實驗的要求。

《新課標(biāo)》提出科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，實踐發(fā)現(xiàn)：實驗教學(xué)中如果重視學(xué)生思維品質(zhì)培養(yǎng)，學(xué)生有充足的時間去動手實驗，有體驗、有思考，學(xué)生就能從實驗過程中提煉出實驗的方法，在實驗中，體會樂趣，培養(yǎng)他們的實驗?zāi)芰?，提升他們的思維能力。

2.3理論建構(gòu)。

根據(jù)上述思考和研究目標(biāo)，我們對實驗教學(xué)中學(xué)生思維品質(zhì)培養(yǎng)的基本范式建構(gòu)如下圖所示：

3.具體實踐

3.1實驗設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的實踐。

實驗設(shè)計中的思維品質(zhì)培養(yǎng)實施過程中要求教師重在提供合理的實驗情境，并且設(shè)計發(fā)散性的問題。發(fā)散擴(kuò)至各種渠道、各個側(cè)面、各個角度，以求問題的靈活解決。為此，我們設(shè)計了如下的實驗設(shè)計用表，旨在充分培養(yǎng)學(xué)生思維的五個方面的維度。

附：實驗設(shè)計用表

實驗方案設(shè)計內(nèi)容

實驗設(shè)計原理

所用器材藥品

實驗步驟或圖示

實驗優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

實驗改進(jìn)辦法

實驗設(shè)計用時

案例展示1：多種方法測密度

在復(fù)習(xí)《浮力》教學(xué)時，教師設(shè)計了這樣的一個問題：

某地質(zhì)考察隊員在野外發(fā)現(xiàn)了一種新的礦石，但不知道它的密度是多少？你能設(shè)計實驗測出它的密度嗎？利用現(xiàn)有實驗室儀器，請快速寫出你設(shè)計實驗所需的器材以及實驗步驟。

學(xué)生1

實驗器材：天平、砝碼、量筒、膠頭滴管、細(xì)線……

實驗步驟：①先用天平秤出一小塊礦石的質(zhì)量，

②再用量筒測出這塊礦石的體積，

③利用密度公式計算礦石的密度。

實驗設(shè)計原理：?? 略

實驗設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)：略

學(xué)生2

實驗器材：天平、砝碼、溢水杯、細(xì)線……

實驗步驟：

①先用天平測礦石質(zhì)量。

②再將溢水杯裝滿水，測出溢水杯和水的總質(zhì)量。

③將礦石用細(xì)線吊住放進(jìn)溢水杯，等石頭全部沒入水中后，將石頭取出，再用天平測質(zhì)量此時的溢水杯和水的總質(zhì)量。

④ 將前后兩次稱量的質(zhì)量相減得溢出水的質(zhì)量，再按照水的密度，把溢出的這部分水換算成體積，這個體積就是礦石的體積。

實驗設(shè)計原理：?? 略

實驗設(shè)計優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)：略

學(xué)生3

……

發(fā)散性設(shè)問通過不同的思維方向引導(dǎo)學(xué)生通過不同方向、不同角度的思考方法，由尋找唯一正確答案的集中思維，發(fā)展到以多維度，多方向上解釋問題，通過如此體驗來提高思維五個維度的水平。

3.2實驗操作中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的實踐。

實驗原理是一個實驗的靈魂與源泉，只有弄懂了實驗原理，才能真正掌握實驗的關(guān)鍵、操作要點(diǎn)，才能合理地選擇實驗裝置，正確地處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，才能正確地進(jìn)行實驗的設(shè)計等。

案例展示2：測定小燈泡電功率操作實驗中的意外收獲

測小燈泡電功率這個實驗是浙教版九年級《科學(xué)》第三章中的一個學(xué)生實驗，是繼八上《伏安法測導(dǎo)體的電阻》之后的電學(xué)中最重要的一個學(xué)生實驗，是實驗操作考試和中考的首選實驗。

學(xué)生未進(jìn)入實驗室前，教師把實驗器材都放入了課桌的抽屜中。學(xué)生進(jìn)教室入座開始上課。

師：我們已經(jīng)學(xué)會了測量許多的物理量，如測長度、測電流、測電壓、測電阻，有的量在實驗室可以用儀器直接測量，如測長度可用刻度尺（教師引導(dǎo)），測電流可用電流表、測電壓可用電壓表（師生一起回答），但有的量卻不能直接測量，像實驗室測電阻用……

生：電流表、電壓表

師：這樣的測量叫間接測量，那我們今天測小燈跑的電功率是直接測呢還是間接測？我們實驗室有直接測電功率的儀器嗎？

生：（想了一會兒齊答）沒有

師：那只能是間接測啰，間接測需測出哪些量？用什么器材？最后怎么算功率？同桌之間討論一下，達(dá)成共識，一分半會鐘后匯報。

（學(xué)生開始了熱烈的討論，一分半會鐘后進(jìn)入?yún)R報）

生1：我們覺得可用電壓表測出發(fā)光小燈泡兩端的電壓，用電流表測出小燈泡的電流，用公式P=UI計算出小燈泡的電功率。

師：其他同學(xué)覺得這樣的方法可行嗎？（生答可行）那有多少組的同學(xué)是這樣想的呢？

（生舉手足有一大半用該方法）

師：很好！我也同意，那有沒有別的方法了呢？（教師期待地看著沒有舉手的同學(xué)）

生2：我們用電能表和手表，課堂上不是學(xué)過用電能表和秒表測電功率嗎？

師：這倒也是個辦法？其他同學(xué)覺得這個方法可行嗎？

生3：我們也用電壓表和電流表，也用電壓表和電流表測出電流電壓，然后由R=U/I算出小燈泡電阻，再根據(jù)P=U2/R算電功率。

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師：現(xiàn)在同學(xué)們能確定該如何測定小燈泡的功率了吧，我們的測量原理是：P=UI（板書），不能用P=U2/R，因為燈絲的電阻隨溫度的升高在增大，不是一個定值。

（我以為這個問題到這里該告一段落了，但還是有學(xué)生提出了自己的疑惑）

生：老師，照這么說，原來初二測電阻的方法也是不科學(xué)的，我們測得也是不同電壓下的阻值，電阻也要發(fā)熱，電阻也會隨溫度改變。

師：問得好！我也是這么想的，有誰能知道其中的奧秘呢？（迅速的環(huán)顧了整個教室，教室很安靜，看來這次的問題有點(diǎn)難度，學(xué)生們沒人能答）

師：（引導(dǎo)）你們知不知道燈內(nèi)的燈絲溫度要達(dá)到多少度才會發(fā)光，而測導(dǎo)體電阻時導(dǎo)體的溫度比原來升高了多少呢？……

學(xué)生們恍然大悟，原來每種測量方法的確定都是有一定的科學(xué)依據(jù)的。

在操作過程中，要善于發(fā)現(xiàn)新的問題，提出猜想予以驗證，具有較強(qiáng)的類比推理能力與意識，采用合理的實驗方法進(jìn)行操作，并在短時間內(nèi)就能熟練地完成實驗內(nèi)容，及時記錄現(xiàn)象與結(jié)果，對實驗中的問題能進(jìn)行快速理性分析，通過如此體驗來提高思維五個維度的水平。

3.3實驗觀察中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的實踐。

實驗觀察一是教師在課堂中的演示，二是同學(xué)在課堂中的學(xué)生實驗操作，三是自己在課堂中的操作，主要是觀察自己動手操作的過程;事實上，在初中科學(xué)中有大量的實驗其本質(zhì)都是能體現(xiàn)學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)的，如果能掌握好觀察的方法，必定會充分利用好實驗。為此我們設(shè)計了如下的觀察用表，旨在充分培養(yǎng)學(xué)生思維的五個方面的維度。

附：實驗觀察用表

實驗名稱：

實驗階段所觀察到的實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)記錄對現(xiàn)象或數(shù)據(jù)的解釋與分析尚有疑惑的問題

實驗前

實驗中

實驗后

總結(jié)

實驗

內(nèi)容實驗操作層面：

科學(xué)知識層面：

尚待研究的問題：

案例展示3：“探究金屬鈉的有關(guān)性質(zhì)”的實驗

【實驗器材】電腦、攝像頭、金屬鈉等。

【實驗操作】師：“請同學(xué)們注意觀察，我們下面的實驗中，鈉是什么顏色的？”

教師按如下圖1至圖4的順序演示，并用攝像頭將實驗過程轉(zhuǎn)移到大屏幕上，以增大實驗的可見度。實驗結(jié)束后，采用教師導(dǎo)引學(xué)生問答再教師斷后的方式展開自主探究。

實驗前：觀察鈉的顏色，體驗鈉的硬度，密度等

生1：“黃色。鈉拿出來的時候是黃色的?！?/p>

生2：“銀白色。小刀切下來的那面是銀白色的?！?/p>

生3：“灰色。小刀切下來那面是灰色的?！?/p>

生4：“銀白色。我看到鈉在水上游的時候是銀白色的?！?/p>

有的同學(xué)看老師還是那樣笑呵呵地望著他們，就急不可忍地提問了。生5：“老師，到底是什么顏色的呀？”

等學(xué)生有了急切盼得答案的欲望了，老師才回道：“從煤油中取出的鈉呈黃色是因為煤油是黃色的。有同學(xué)看到小刀切下來的那面呈灰色，是因為鈉極易被氧氣氧化成氧化鈉。所以鈉是銀白色的。”（部分學(xué)生歡呼?。安贿^我要問的是：為什么鈉可以用小刀切？，放入水后浮在水面上？”

生：“老師，說明鈉硬度不大和其密度比水小”

……

實驗中：觀察反應(yīng)變化及現(xiàn)象

生：“在反應(yīng)時鈉為什么變成球形了？接著又馬上燃燒起來了？”

生：“在反應(yīng)時鈉為什么在水面上四處游動？”

生：“我觀察到在反應(yīng)時鈉為什么會發(fā)出嗤嗤的聲音？”

提出這個問題時學(xué)生們都沒有聲音了，他們又把目光全部投向了老師。

師：“看來這個問題比較難。這樣吧，我們先把這個問題放一放，等我們對鈉多了解一些后再來討論這個問題，好嗎？”

生：“鈉與水的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，而鈉的熔點(diǎn)又比較低，所以鈉放入水中后一下子就熔化成球形了。如果溫度升高到了鈉的著火點(diǎn)，就會有火星冒出來了。”

生：“鈉與水的反應(yīng)可能是一個放出其體反應(yīng)，嗤嗤的響聲就是這個原因，就像氣墊船一樣，由于產(chǎn)生的氣體各個方向的量不等，所以在反作用力的影響下，就會向各個方向游動。”

……

實驗后：觀察記錄結(jié)果

生：“在反應(yīng)后，向溶液中滴加酚酞，為什么變成紅色了？”

生：“老師，我們將鈉投入到硫酸銅溶液中，為什么有藍(lán)色的沉淀物產(chǎn)生，那是什么物質(zhì)？”

生：“我觀察到在反應(yīng)后為什么有黑色物質(zhì)生成？”

提出這個問題時學(xué)生們都沒有聲音了，他們又把目光全部投向了老師。

……

通過仔細(xì)觀察，同學(xué)們會發(fā)現(xiàn)很多課本實驗之外的意外的收獲。

很顯然，該演示實驗有以下幾個特點(diǎn)：一是教師語言的啟發(fā)性;二是教師身份的配角性;三是實驗觀察的探究性;四是實驗原理的認(rèn)知性。在實驗中使之產(chǎn)生認(rèn)識上的飛躍，獲得結(jié)論。這是實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的重要途徑。

3.4實驗評價中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的實踐。

我們一方面對實驗試題應(yīng)該進(jìn)行深入研究，另一方面可以有意識地在課內(nèi)外通過學(xué)生的相關(guān)實驗探究培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，提升學(xué)生質(zhì)疑及實驗評價能力，發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)的五個維度。

通過中考實驗情景，引導(dǎo)學(xué)生能善于利用所學(xué)知識，去細(xì)致分析實驗過程中的問題，評價實驗整個過程，具有良好的檢驗習(xí)慣，能自覺做到評價結(jié)果依據(jù)充足。推理效果上：全面嚴(yán)謹(jǐn)、深刻、科學(xué)語言運(yùn)用系統(tǒng)化水平高，去弄懂科學(xué)問題，從不同角度出發(fā)考慮評價實驗中的問題，自我控制和調(diào)節(jié)思維方向，對實驗結(jié)果能自覺做出評估和檢驗。

3.5實驗技術(shù)創(chuàng)新中培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)的實踐。

（1）初中科學(xué)實驗中培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)設(shè)計能力的一般教學(xué)流程。

在科學(xué)實驗中，都涉及到技術(shù)設(shè)計的問題。因此，教師應(yīng)將有關(guān)技術(shù)的教育有機(jī)地貫穿其中，適時培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)設(shè)計能力，并且有一般的教學(xué)流程。

科學(xué)實驗中培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)設(shè)計能力的教學(xué)流程歸納如下：

（2）通過設(shè)計技術(shù)環(huán)節(jié)，加深對儀器工具結(jié)構(gòu)原理的認(rèn)識。

科學(xué)書本中有許多結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的儀器與模型，如滑動變阻器、直流電動機(jī)、熱機(jī)等，一般教師在講授此塊內(nèi)容的時候，總是先介紹各部分結(jié)構(gòu)名稱、作用;然后介紹其工作原理及使用方法，再組織學(xué)生進(jìn)行實踐操作訓(xùn)練，如果我們能改變一下知識的呈現(xiàn)方式，嘗試通過學(xué)生的技術(shù)設(shè)計活動來達(dá)到主動建構(gòu)知識的目的。

案例展示5：設(shè)計高壓鍋

科學(xué)課堂中，有些不能建構(gòu)模型，意味著很難用所學(xué)知識來解釋日常生產(chǎn)生活中的一些現(xiàn)象。筆者在教《大氣壓》這節(jié)內(nèi)容時，有一塊關(guān)于高壓鍋的內(nèi)容，學(xué)生對書上的圖及其原理不是很理解，為了解決這一問題，將這一內(nèi)容設(shè)計為如何把一只普通的鍋?zhàn)釉O(shè)計成一只高壓鍋，了解高壓鍋的結(jié)構(gòu)與原理。

[教師]：如何將一只普通的鋁合金鍋?zhàn)痈脑斐梢恢桓邏哄?？（提出一個技術(shù)設(shè)計課題）想一想，首先要解決一個什么問題？

[學(xué)生]：要提高鍋內(nèi)氣壓，需要密封，可以將蓋與鍋體緊密合在一起……（學(xué)生畫圖略）

[學(xué)生討論得出]：必須要設(shè)計出氣孔，否則鍋?zhàn)右l(fā)生爆炸。（想必高壓鍋出氣孔必須保持清潔與通暢就理解了）

[學(xué)生討論得出]：在出氣孔上方配置一個重物，頂住出氣孔。

[學(xué)生討論]：質(zhì)量配置越大，其內(nèi)氣壓越大，這可以根據(jù)鍋體所能承受的氣壓或煮食物需要的氣壓高低（溫度高低）而設(shè)定。

[學(xué)生]：氣體排不出去，會使鍋內(nèi)氣壓升高，會發(fā)生爆炸。

[教師]：是的，那么我們該如何設(shè)計來解決這一問題呢？

[學(xué)生討論]：再裝一個安全閥，保證排氣孔堵塞時，安全閥能打開，正常排氣，達(dá)到泄壓的目的，防止發(fā)生爆炸。

[教師介紹]：原來老的高壓鍋安全閥裝的是易熔片，是一種金屬片，達(dá)到一定壓力時，其會自動熔化，從而泄氣，當(dāng)然要及時更換。沒有易熔片有些人常用筷子等堵住安全氣孔，那是很危險的做法?，F(xiàn)在為了解決更換易熔片麻煩這一難題，設(shè)計了一個自動安全閥的裝置。

教師出示現(xiàn)在的高壓鍋的實物，原來其結(jié)構(gòu)與學(xué)生的技術(shù)設(shè)計一致。

從一個普通的鍋?zhàn)拥礁邏哄伒募夹g(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)變，不單單是呈現(xiàn)其結(jié)果，而是把高壓鍋的結(jié)構(gòu)原理及其作用得到了梳理。因為是學(xué)生自主建構(gòu)的知識，所以有效。在接下來的高壓鍋計算教學(xué)環(huán)節(jié)上充分得到了證實。

實驗中不僅培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維能力，更使方案日趨完善中運(yùn)用所學(xué)知識解決了設(shè)計過程中一個又一個的難題，其思維的靈活性與批判性等五個維度都得到了很好的培養(yǎng)。

4.問題與建議

在現(xiàn)今教師注重多媒體輕視實驗教學(xué)和應(yīng)試教育背景下，科學(xué)教師更應(yīng)重視實驗教學(xué)，充分利用實驗教學(xué)平臺，培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)。以下幾點(diǎn)也將是我們今后在實驗教學(xué)中要去進(jìn)一步研究與努力的方向：

4.1充分利用教材中的實驗素材，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

科學(xué)的本質(zhì)在于探究真理，發(fā)現(xiàn)真理。在探究性的實驗中加深學(xué)生對科學(xué)知識和理論更深刻的理解，既能激發(fā)探究興趣，又能培養(yǎng)學(xué)生的思維。

4.2著力發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，在啟發(fā)和探索中，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

培養(yǎng)學(xué)生探究能力使培養(yǎng)學(xué)生探究能力的重要手段。在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力中，加強(qiáng)對學(xué)生進(jìn)行著思維品質(zhì)的培養(yǎng)。

4.3注重引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

讓學(xué)生從日常生活和科學(xué)學(xué)習(xí)中提出問題，進(jìn)行逐步的探究活動，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的實驗?zāi)芰?，在思維中，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

4.4切實開展開放性實驗活動，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

科學(xué)實驗教學(xué)中，不僅要課堂演示，更要學(xué)生分組實驗，讓他們在實驗中學(xué)會思維、學(xué)會探究，獲得成就感自豪感。

注：概念均出自林崇德.學(xué)習(xí)與發(fā)展[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1999.

參考文獻(xiàn)：

[1]林崇德.學(xué)習(xí)與發(fā)展[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1999.

[2]陳龍安.創(chuàng)造性思維與教學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.

[3]劉潔民，郭玉英.初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4]王耀村.初中科學(xué)教學(xué)案例專題研究[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2005.

[5]鄭青岳.科學(xué)教育講演錄 [M].杭州：浙江教育出版社，2015.