摘 要：初中科學課堂教學應(yīng)當著眼于學生個人生活及社會發(fā)展需求，從科學探究、科學思維方面出發(fā)，基于證據(jù)和事實，以恰當方式解釋相關(guān)知識內(nèi)涵，使學生能夠內(nèi)化和遷移知識，提高教學效率。為此，文章基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建，簡要闡述初中科學課堂意義，分析初中科學課堂發(fā)展科學思維模型的構(gòu)成要素，即思維內(nèi)容、思維方法、思維品質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)，提出教學措施，從而為相關(guān)教育者提供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)展科學思維；模型構(gòu)建；初中科學；課堂教學

中圖分類號：G633.98?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1673-8918（2024）05-0031-04

自21世紀邁入人工智能和信息化時代，科技的作用愈發(fā)顯著，加劇了社會競爭，規(guī)律性、重復(fù)性思維將被機器取代，社會更注重個人的創(chuàng)造能力、創(chuàng)新精神及科學思維。而科學是綜合課程，涵蓋化學、物理、生物等學科，是培養(yǎng)學生科學思維的重要途徑。學生擁有科學思維，能夠從科學角度認識客觀事物內(nèi)在規(guī)律、本質(zhì)屬性及互相關(guān)系。因此，初中科學課堂中，應(yīng)基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建，培養(yǎng)學生科學思維，讓學生掌握科學方法，凸顯科學思維內(nèi)在價值。

一、 基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建的初中科學課堂意義

（一）培養(yǎng)學生觀察能力

初中科學課堂中，基于發(fā)展科學思維構(gòu)建模型，能夠發(fā)展學生思維能力，使其在科學活動中明確觀察目的、方法，并預(yù)測觀察結(jié)果，注意比較實驗現(xiàn)象，獲得形象、清晰的感性認知，進而將思維活動上升為理性認知，思考、分析各種異常情況，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。學生觀察能力的培養(yǎng)是漸進且緩慢的，立足于發(fā)展科學思維模型，采取各種演示實驗、課外實驗方法，通過訓練與示范，適當鼓勵學生，能夠讓其自己思考、觀察實驗現(xiàn)象，掌握科學知識。

（二）培養(yǎng)學生科學態(tài)度

初中課堂培養(yǎng)學生科學態(tài)度作為重要環(huán)節(jié)，有助于學生更好地應(yīng)對和理解周圍事物，合理地探索世界。因此，在初中科學課堂中，構(gòu)建科學思維模型，以科學的教學目標，調(diào)動學生好奇心，使其在互動交流、實踐探索中，培養(yǎng)觀察能力及實踐能力，主動探究事物本質(zhì)，以親身實踐的方法，驗證化學知識，得到正確結(jié)果。因此，科學課堂需要立足于階梯式發(fā)展科學思維模型，精心策劃活動，以科學方法仔細觀察、實驗，方能達到教學目的。

（三）培養(yǎng)學生科學思維

科學思維是科學能力核心環(huán)節(jié)，學生科學思維培養(yǎng)必須貫穿于科學方法、知識的教學中，通過收集材料、綜合分析實驗現(xiàn)象的方式，促使學生牢固掌握科學知識，調(diào)動學生學習興趣，實現(xiàn)思維能力發(fā)展。例如，在燃燒蠟燭實驗中，可將蠟燭放在倒置的500mL與1000mL燒杯中，提出假設(shè)，觀察燃燒時間長短?；蚴亲寣W生根據(jù)實驗現(xiàn)象、結(jié)果等，得出結(jié)論，如蠟燭燃燒中將空氣中的氧氣耗盡，停止燃燒。通過此種方法，讓學生能夠循序漸進、由淺及深地發(fā)展科學思維。

二、 初中科學課堂發(fā)展科學思維模型的構(gòu)成要素

（一）思維內(nèi)容

在初中科學中，發(fā)展科學思維內(nèi)容涵蓋科學概念、科學現(xiàn)象、科學問題及科學規(guī)律。其中，科學現(xiàn)象是指實驗與自然中表現(xiàn)的現(xiàn)象；科學概念是科學現(xiàn)象或事實抽象概括獲得的認知；科學規(guī)律是概括概念關(guān)系后，表現(xiàn)的科學定律與原理等；科學問題是從事實或現(xiàn)象出發(fā)形成的“科學是什么”及具體問題。

（二）思維方法

科學思維方法包括比較分類、分析綜合、科學推理、抽象概括。一是比較分類。把握不同對象異同點，結(jié)合一定依據(jù)，實現(xiàn)研究對象的分類。例如，硫酸溶液與鹽酸溶液滴加紫色石蕊試液，溶液變紅。二是分析綜合。將對象分解為要素或部分開展研究，或是將要素、部分整合后研究。例如，力的三要素，重力研究需要從重力大小、方向、作用點進行分析。三是科學推理。根據(jù)已有判斷，推測另一判斷的思維過程。例如，水自高處向低處流，到達抽水機后，抽水機將水抽到高處，進而形成循環(huán)水流，類比電流，則電源作用如同抽水機。四是抽象概括。從諸多對象中舍棄個別要素和次要素，抽取本質(zhì)要素與諸要素，進而將本質(zhì)與主要要素組合聯(lián)系。例如，水沸騰時，溫度恒定不再上升，撤掉加熱酒精燈，溫度盡管保持相同數(shù)值，卻會停止沸騰，可據(jù)此概括水沸騰的條件。

（三）思維品質(zhì)

科學思維能力中，思維品質(zhì)是指對思維活動、內(nèi)容做出反應(yīng)的狀態(tài)，具有批判性、靈活性、深刻性、獨創(chuàng)性、敏捷性特點。學生應(yīng)善于思考科學知識與問題，抓住事物本質(zhì)，系統(tǒng)、全面地思考科學問題，從不同角度、不同方向分析，對知識進行遷移運用。

三、 基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建在初中科學課堂教學中的應(yīng)用

（一）認識模型，構(gòu)建概念

維果斯基概念理論認為，學習概念不僅在于概念獲得，本質(zhì)在于概念轉(zhuǎn)變，不能將學生看作一張白紙，需注重系統(tǒng)科學學習前的概念，即學生日常生活經(jīng)驗，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)。例如，在“水的浮力”教學中，核心概念為“浮力”，教師可以引導學生以“浮力”為核心，構(gòu)建知識概念網(wǎng)絡(luò)。教師應(yīng)注意學生原生態(tài)思維，了解其認知誤區(qū)，有的學生說：“日常生活中發(fā)現(xiàn)水面上能夠漂浮船只，船受到的浮力大于重力。”有的學生認為：“下沉物體浮力小，上浮物體浮力大。”還有的學生難以理解“排出”與“排開”，需要引導學生再認識、再觀察、再思考，從而加強學生對概念認知，使學生更好地分析、思考、解決問題。教師可讓學生觀察水中巨石下沉，分析巨石所受浮力，進而觀察上浮的泡沫，發(fā)現(xiàn)前者V排較大，后者V排較小。教師要引導學生通過理性剖析與現(xiàn)實觀察，尋求新解釋，學生會發(fā)現(xiàn)泡沫受重力小，巨石受重力大，進而得出結(jié)論，判斷物體沉浮不能僅看一個力，需要看重力與浮力。通過科學推理與分析，讓學生能夠?qū)χ車F(xiàn)象、事物認真觀察，培養(yǎng)科學思維，加強對概念的認知。

（二）理解模型，提煉本質(zhì)

科學試驗是闡明科學現(xiàn)象、檢驗科學理論的重要途徑。相比課堂教學，實驗教學更為自由、獨立，更具探索性，可有效培養(yǎng)學生獨立操作能力、觀察能力、表達能力及判斷能力，實驗過程也是發(fā)展學生科學素養(yǎng)，使學生形成科學世界觀的教學過程?；诎l(fā)展科學思維的模型構(gòu)建的科學課堂中，為構(gòu)建理解模型，提煉科學本質(zhì)，即可采取實驗、對比等方式，讓學生獲得具體、形象、清晰的感知，分析異?，F(xiàn)象，推動學生發(fā)展。

1. 實驗活動

在“水的浮力”教學中，教師可立足于生活體驗，促使學生轉(zhuǎn)變前科學概念，利用彈簧測力計、金屬圓柱體、燒杯等器材，開展實驗（見圖1）。

教師要引導學生深入體驗，繪制彈簧測力計拉力數(shù)值與圓柱體浮力數(shù)值，通過圖像分析及實驗的方式，使得學生深刻認識圓柱體是否浸入水中，對其數(shù)值測定具有影響。同時，讓學生分析數(shù)值變化，確定水深是否會對浮力造成影響。學生發(fā)現(xiàn)，表面上物體浸入水深影響浮力，實際上是物體排開液體體積對浮力數(shù)值大小有所影響，最終使學生建立科學概念。

2. 比較分析

在“水的浮力”教學中，為加深學生認知，教師可拿出1個密度比水大的長方體，用記號筆畫出16個寬1cm、長2cm的格子，用彈簧測力計掛起來后，設(shè)計2個實驗，1個掛在a處，1個掛在b處，將物體浸入水內(nèi)，控制物體浸水均為2cm（見圖2）。

課堂上，教師引導學生對實驗情況進行觀察，并準確記錄各項顯示參數(shù)，使得學生明確，即便物體浸入相同的深度，也會呈現(xiàn)不同浮力。進而將b端向下浸入，控制兩者顯示相同數(shù)值，記錄后，與另一實驗數(shù)值相比較，引發(fā)學生產(chǎn)生認知沖突，即物體浸深不同，浮力相同。通過精心設(shè)計實驗，讓學生加強對水的浮力本質(zhì)的認知，提煉知識重點，使學生確定真正影響浮力的因素不是其浸入深度，轉(zhuǎn)變以往學生片面性、局限性認識，領(lǐng)悟科學概念本質(zhì)。

3. 準確辨析

在“水的浮力”教學中，為避免學生混淆“排出”與“排開”，可運用阿基米德原理，使用溢杯，使得浸入液體的物體受向上浮力，明確“排開”液體體積相比“排出”液體體積多。在此過程中，教師可用量筒做實驗，放入10mL水，將體積是25cm3物體浸入量筒中，記錄量筒示數(shù)。此時，被物體排開水的體積是原有量筒內(nèi)水體積2.5倍，可知1N液體能夠產(chǎn)生2.5N浮力。另外，少量水也能產(chǎn)生較大浮力，讓學生利用一次性紙杯實驗，取2只一次性紙杯，A杯放入較多水，進而裝入紅墨水，B杯水量較少，放入與紅墨水等量的藍墨水，進而將A杯放入B杯內(nèi)，A杯為漂浮狀態(tài)。以此表明，少量水也能產(chǎn)生超過自身重力的浮力。通過簡易操作，學生可體驗實驗過程，能夠讓學生辨明概念，做到在辨析中轉(zhuǎn)化、提煉與重構(gòu)，掌握科學本質(zhì)。

（三）運用模型，尋找規(guī)律

1. 智改教材實驗

基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建中，教師需利用自身智慧審視實驗設(shè)計，必要時創(chuàng)造性改進實驗裝置，成為富有創(chuàng)造性的“工程師”，從而合理引導學生運用實驗?zāi)Ｐ蛯ふ铱茖W規(guī)律。例如，在“液體壓強規(guī)律”教學中，原有實驗活動中的橡皮膜難以控制方向，容易出現(xiàn)實驗其他變量，加上實驗時間不統(tǒng)一，需要先后開展操作，會占據(jù)課堂大部分時間。為此，教師可以對裝置進行優(yōu)化，使得試管側(cè)面連接直線，在不同高度上，設(shè)計3個小孔，插入小管固定，將U型管連接導管、試管，進而注水，觀察不同液體深度壓強，查看U型管的高度差。通過此種方式，學生既可觀察液體內(nèi)部各方向均有壓強，也能理解產(chǎn)生浮力的原因。

2. 運用創(chuàng)新實驗

運用創(chuàng)新不僅有助于學生建構(gòu)知識框架，還能體現(xiàn)實驗探究過程，激發(fā)學生興趣，使學生樹立正確科學探索思維，喚醒學生質(zhì)疑精神。例如，在“水的壓強”實驗中，傳統(tǒng)實驗是向底部橡皮膜部位注水，對橡皮膜變化進行觀察，確定水的壓強對橡皮膜的影響，進而理解掌握水越深壓強越大知識。而該實驗變量難以有效控制，即便向內(nèi)部注水，水深變化的同時，液體質(zhì)量與重量也會隨之變化，且即便水深相比之前較深，現(xiàn)象卻仍不明顯。所以，教師可以創(chuàng)新實驗，改進實驗裝置（見圖3）。

該實驗中無須加水，控制水體積、質(zhì)量不變，僅需改變漏斗高度，即可控制液體深度，獲得明顯的實驗效果。通過創(chuàng)新實驗裝置，能有效吸引學生注意力，啟發(fā)學生批判質(zhì)疑，培養(yǎng)學生細致、嚴謹科學態(tài)度，激發(fā)學生自主尋找科學規(guī)律。

3. 利用實驗意外

波普爾曾說：錯誤中通常孕育著比正確珍貴的創(chuàng)造與發(fā)現(xiàn)因素。實驗是科學的基礎(chǔ)，將每個實驗認真做好，能夠提高科學教學效果。但是，實際實驗中，不可避免會出現(xiàn)失敗、錯誤或意外現(xiàn)象，這些均屬于寶貴教學資源，教師需要對其進行合理運用，服務(wù)于教學，引領(lǐng)學生探尋科學規(guī)律，為課堂注入生機與活力。例如，在“測量物體電阻”教學中，學生初步學會電流、電壓的測量及連接電路方法，按部就班進行實驗，由于課堂容量小，僅停留于手動操作，難以開展驗證性實驗，而促進學生探究性思維發(fā)展，需讓實驗結(jié)果更明顯、數(shù)據(jù)更有說服力，交流更及時。

類型1：小組電流、電壓實驗數(shù)據(jù)漂亮整齊，見表1。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)情況，引發(fā)學生討論：“類型4數(shù)據(jù)偏差明顯，這是怎樣形成的，你會怎樣處理？”“類型1～2，小組學生比較數(shù)據(jù)區(qū)別，你認為哪種合理？”“對于類型3數(shù)據(jù)你們有哪些評價？”有的學生認為：“數(shù)據(jù)錯誤可能是量程錯誤，可將其進行改動?！庇械膶W生說：“不能因為數(shù)據(jù)錯誤而對其改動，可將失誤數(shù)據(jù)舍去，重新測量，尊重實驗事實?！边€有的學生認為：“類型1～2各有合理之處，僅是被測電阻數(shù)值存在差異?！蓖ㄟ^課堂討論的方式，讓實驗的錯誤轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯抠Y源，特別是剛生成實驗，學生對于數(shù)據(jù)、過程都牢記于心，能有效運用素材，解決學生心中疑惑，加深印象。

（四）構(gòu)建模型，反饋提升

在發(fā)展學生科學思維中，應(yīng)當立足于構(gòu)建模型，轉(zhuǎn)變原有評價理念，發(fā)揮評價功能，展現(xiàn)學生在科學態(tài)度、科學能力、科學方法等方面的提升效果。具體方法如下：

第一，評價取向方面，以主體學習多元體驗為主。需認識到學生是課堂的活動者、思考者、建構(gòu)者、合作者，應(yīng)尊重學生個性特點與個體差異，注重主體價值個性化與多元化。所以，初中科學需轉(zhuǎn)變忽視實驗過程、關(guān)注實驗結(jié)果的情況，以學生為主體，評價學生在實驗中的態(tài)度、情感、認知、方法等，促進學生個性發(fā)展。

第二，評價技術(shù)方面，整合質(zhì)性評價與量化評價。學生科學探究中，不僅要關(guān)注學生最后掌握多少知識，還要關(guān)注學生在學習中的情緒體驗、態(tài)度轉(zhuǎn)變、情感投入、方法習得。所以，僅依靠量化方式，課堂評價將喪失科學教學最根本的價值。

第三，評價內(nèi)容方面，兼具情境性與真實性。強調(diào)課堂知識與學生生活的聯(lián)系，不能局限于孤立的、虛擬的問題作答，需設(shè)置真實情境，考查學生整體反應(yīng)。所以，在設(shè)計評價問題中，教師需保證問題情境性、真實性，考查學生理解能力、領(lǐng)悟能力、創(chuàng)造能力。

四、 結(jié)論

綜上所述，由于課程系統(tǒng)性與邏輯性較強，以往初中科學教學中，通常將完整知識割裂，產(chǎn)生了教學重復(fù)煩瑣、知識面狹窄的問題，只注重傳授科學知識，忽視學生科學思維的培養(yǎng)。為此，初中科學課堂上，教師應(yīng)當結(jié)合實際情況，基于發(fā)展科學思維的模型構(gòu)建，從認知模型、理解模型、運用模型、構(gòu)建模型這幾方面出發(fā)，深化學生對科學知識的認知，有效培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)。

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作者簡介：宮萍（1978～），女，漢族，浙江杭州人，杭州市弘益中學，研究方向：科學思維模型構(gòu)建。