ehenta:促进学生科学思维能力的策略

〖教学现场回放〗

《鼹鼠吃什么？》教学分析[1]

这是一堂有关研究鼹鼠的课，目的是对鼹鼠吃什么进行研究。

课的开始，老师把孩子们吸引到一个装着鼹鼠的笼子旁边，问孩子们，鼹鼠吃什么呀，谁知道？孩子们有的说吃糖块，有的说它不吃面包，也不吃火腿。这时候一个声音冒了出来：我看过鼹鼠吃生菜！

老师就抓住了这个问题，问孩子：“鼹鼠是怎么知道它吃的是生菜的呢？”

孩子有的说是闻见的，有的说可能是看到的……这时候由于孩子们提出了各种各样不同的猜测和理解，老师就顺水推舟提出了这堂课要研究的一个题目：鼹鼠吃食物究竟是看到的还是闻到的？这个题目立刻就引起了孩子们的兴趣。

同时，在问题提出以后老师紧接着就追问：我们怎么样、通过什么方法才能知道鼹鼠吃食物到底是看到的还是闻到的呢？而且紧接着就引导孩子们继续思考，怎么才能知道它们不是闻到的而是看到的呢？研究的问题又缩小到一个稍微小一点的范围。这个问题提出来以后，孩子立刻就沿着这个问题的指向，积极地开始思考了。

为了要证明“鼹鼠不是闻到而是看到了食物，看到了生菜它才过去吃的”这样一个观点，有个孩子立刻想到了：把鼹鼠的鼻子堵上！把鼹鼠的鼻子堵上之后，就只剩下了一个感官，排除掉了干扰因素。第二个孩子又说：“我们应该仿造一个像生菜的东西，看它吃不吃？”老师说：“那你们怎么仿造呢？”有的孩子说：“我用绿色的蜡笔画一棵生菜”。老师又问：“还有什么办法？”学生说：“我可以找一张绿纸……”老师这时候又开始追问：“你们为什么要选择绿色的东西呀？”孩子说：“因为为了让这些东西看起来更像是生菜，这样我们就能够明白鼹鼠到底是不是能够“看”，是根据“看”才能发现生菜了。”

以知识为中心的教育观念使我们常常关注：让学生去发现鼹鼠喜欢吃什么，到此为止，只要把鼹鼠喜欢吃的食物归纳起来，就达到教学目标了；以探究为中心的教育观念使我们认识到：应该关注科学的过程、研究的过程，即关注我们应该通过什么样的方法，才能够知道鼹鼠在吃食物的过程中是怎样发现食物的。从刚才这个案例中，我们可以很清楚地看到，在整个的这堂课中，这个主题活动中间，所关注的并不仅仅是鼹鼠吃什么，也不是鼹鼠到底吃不吃，而是我们应该通过什么样的方法，才能够知道鼹鼠在吃食物的过程中是怎样发现食物的。这里面首先也有一种假设，假设鼹鼠是先看到的，然后闻到的，那么如果要是为了获得对这样一种假设的验证，该怎么办？那就是要搜集事实，要搜集证据，怎么搜集证据，就是要帮助孩子们去设想，这样的一个科学实验应该怎么做，这就是研讨的意义和价值所在。

对于孩子们来说，科学真正开始于当他们意识到可以通过自己的行为找出事情真相的那一刻：比如通过筛选一捧泥土、通过吹泡泡、把盐放在水里等等。这些做法可能会改变他们之前所持有的看法以及对现象的解释。而在我们的科学课堂中主要涉及科学的一些最基本的观点，学生只要对周围物体和材料进行简单的探究就能发现。产生什么样的观点不仅取决于具体的事件，而且还取决于孩子们对事件的推理方式、加工信息的过程，即过程性技能，如观察、分类、推理、预测、交流等，这些都是学生进行科学探究所不可缺少的技能。另外，科学教育还特别强调孩子们头脑中所进行的一些活动的锻炼即思维活动的锻炼。

当前“动手做”科学已经成为科学课堂的核心理念，随着对科学探究研究的深入，我们越来越多地认识到：真正的探究发生在孩子的头脑中，着力培养孩子的科学思维能力，提升孩子的科学智慧才是我们课堂的重心。然而仅仅是动手也不是探究，盲目的动手和操作会是课堂效率大打折扣，因为从孩子的角度来看，他们往往会对感性材料本身特别感兴趣，常常会因为一味地操作材料而忘记去理性地分析和思考。在操作过程中，也往往会由于漫无目的的操作而使探究无功而返。

因此，探究之前我们首先要做的是应该让学生了解我们应该做什么，为什么要做实验，即明白实验目标，可平常的实验中，我们往往会因为实验目标太大太空而致使目标缺失。对于小孩子来说，他们常常喜欢问为什么，可是基于他们的解决问题的能力来说，他们又只能解决怎么样的问题，因此我们要在学生动手之前组织孩子进行研讨，将“为什么”之类的原理性的目标转化为“怎么样”之类的操作目标。因此如何使动手便得更有效，能够促进学生的科学思维能力，成为我们当前研究的一个重要话题。

【科学沙龙论坛】

主题：如何在动手中发展学生的科学思维能力？

【引言】“学生是科学学习的主体、科学学习要以探究为核心。”目前，自主、探究已成为小学科学教学中的两面大旗。在这种思潮的引导下，在小学科学的教学领域却刮起了一股疯狂的“活动教学”之风。在课堂上处处是活动，可谓热闹非凡。但对这些活动耐心分析和研究之后，又会感到普遍存在着一种毛病，那就是──“思维含量不足”：很多情况下，在热热闹闹的活动结束以后，学生头脑依然是一片空白，在知识和能力上并没有得到真正意义上的提升，那么“如何在动手之中发展思维能力”呢，本次论坛将依此为话题，展开深入地讨论。

主持人：“动手—动脑”（hands-onandminds-on）是美国及许多西方国家小学科学教育的基本教学思想。它是脑科学认知理论在科学教学中的体现。美国的布莱笛曼在一个由全美科学基金会赞助的大型研究项目中，通过近15年对全美近1000个小学课堂及13000名学生长期的考察，得出以下结论：“如果应用实验性科学教学方法，教师可期望学生在科学过程技能及创造力方面有实质性的提高；在感知觉、逻辑推理、科学知识和数学知识方面有中等程度的进步……”的确，《科学》是一门让学生在大量的科学探究活动中培养科学素养的学科。但活动只是科学探究的外在形式，而其中内隐着的科学思维才是它的灵魂，没有思维的探究，学生最多只能是一个忠实的观看者和记录者，是不可能有重大的发现和认识。比如，在有关动物的知识内容中，让学生去表演动物的运动。活动不过是玩游戏的过程而已，学生在玩完之后在各个方面都没有得到真正意义上的提高。今天我们就来谈谈“如何在动手的过程中推进思维的发展”这一话题。

高老师：“动手-动脑”是美国及许多西方国家小学科学教育的基本教学思想。美国小学科学教育标准原则中明确指出学习科学是一种主动的学习过程，学生必须在“做”中“学”。在《科学（3-6年级）课程标准解读》中指出“探究强调动手做（hands-on），但更强调动脑筋(minds-on)”。科学探究的重点之一就是“通过探究培养科学思维能力”。我们强调小学科学教学中要采用“动手--动脑”的教学方法，“动手”只是一种手段，“动脑”才是目的。而且，动手也并不一定会“自动地”促进“动脑”。

主持人：能不能列举一些具体的课例来说明“动手并不一定会促进动脑”？

王老师：我发现许多科学课堂很热闹，可学生的思维却没有得到老师的关注。比如上《声音的产生》，老师准备了各种各样的学具和教具；教学游戏多，吹、拉、弹、唱都俱全。课堂上，学生利用教师提供的各种各样的学具玩游戏，吹、拉、弹、唱，一连做了多次游戏活动，课堂上显得很热闹，可是这些活动都在一个层面上，当老师问学生：声音是怎样产生的？学生却回答不出来。究其原因就是：教师过分强调活动性、趣味性、游戏性，没有关注学生的思维发展状况。

姚老师：我也曾听过一堂《热胀冷缩》的课。教师把大量的时间耗费在和学生一起来安装一个能发现热胀冷缩现象的装置上，而实际上通过一些热胀冷缩的现象让学生去发现问题并解释其中的原因才是教学的主旨。而这一点恰恰被教师忽视了。

主持人：其实呀，“动手不动脑”活动就像我们传统的“菜单式”课堂实验，学生只是机械地照着老师指定的实验步骤按部就班地依样画葫芦，没有探究性思维活动的参与，这种教学方法往往是低效率的。

高老师：现在很多小学科学教师反映，如果没有了活动自己就会在课堂上感到手足无措。教师常常是考虑尽可能多地安排一些活动，来让自己的课堂更加轻松活泼一些。可是在考虑设计活动的同时，他们大都没有花费精力来思考这些活动对学习内容的必要性，和深刻挖掘这些活动的教育意义和深度。课堂上一个活动接着另一个活动，老师追求课的流畅，有的学生还想发言，说出自己或同伴思维的结果。可时间不等人，老师怕进行不完，就组织学生进入下一个环节。活动的时间很多，到最后汇报的时候只剩下时间很少，学生根本都没有深入的交流，就到了下课了。

王老师：特级教师章鼎儿讲过一个故事，非常有启发性：就是有个人在求神的时候，供了一个猪头，却提出了那么多要求，结果，连神仙都嫌烦了。是啊，我们一堂课一共才40分钟，却要做那么多活动，学生做得过来吗？

姚（寿昌）老师：确实，课堂活动是由若干个活动组成的，活动多，活动热烈并不是坏事，但是我们应该看到活动背后的意义何在，想解决什么问题，动手只不过是个形式，目的是动脑。所以我们要看到活动的实效性，探究的深度应该到什么程度上，时间有限，活动要让学生最大限度有所得。

主持人：从教师的角度来说：新课程强调以人为本的教育理念，要求教师在教学中要真正突出学生的主体性。科学课程倡导让学生亲身经历探究为主的学习活动。所以，很多科学教师就误以为：“探究”缺不了“活动”→“活动”就应该“热闹”。从学生的角度来说：很多学生对只活动本身感兴趣的很多，真要让他们在科学课上耐心地倾听，深入地思考，有些难度。

高老师：学生的思维不能深入，与老师的引导也有密切关系。很多时候，在教学中,为了便于控制课堂纪律，为了在四十分钟内完成教学内容，教师只好精心设计教学内容。教师的设计为学生铺平了“探究活动”的路，问题是教师的问题，过程是教师预设的过程，学生是充其量是“验证老师讲的结论”的一个工具，活动是热热闹闹，却缺乏思维的深度

姚（寿昌）老师：但是，如果真的让学生自己提问题研究，一节课真的干不了什么事，尽管知道这样才符合学生的心理特征，学生有需求，但是实际的动手过程中，多数学生盲目地、机械地操作式的，没有多感官的深入地思维参与活动。如在学习《把固体放到水里》准备了许多常见的材料，还有粉笔，棉布等，实验中学生只是把材料放入水中，看沉与浮，对于沉的过程中有些什么变化，为什么会沉等学生没有关注，思考。特别是粉笔，棉布，其实这两个材料非常好，他们不仅由浮到沉，而且还伴随一些现象发生，但课中没有充分的发挥它的作用。没有引导学生认真的关注，获取丰富的信息。

王老师：关键在于教师如何拟定课的目标，在时间的分配上要合理，在动手做之前学生要明确为什么做、怎样做，观察什么、记录什么，这样亲历了动手的过程，才会促进思维！例如著名特级教师路培琦老师在《摆》一课中让学生花20分钟的时间做一个15次/10秒的摆，这是一个学生自主探究的过程，也是思维有浅入深的过程。能否做成功一个15次/10秒的摆，绝不是路老师的终极目标，提出这样的一个活动要求，目的在于引起了学生对自己做摆过程的关注，关注做摆过程中产生的问题，关注做摆过程中问题的解决方法，关注自己在做摆过程中的思维过程，当把摆做成功的时候不就是对摆本质了解的时候吗？

田老师：我觉得造成课堂上活动肤浅，思维不深入的另一个原因是科学课有的内容太简单，不需要学生动脑，就可以得出结论，就像我们做一件最平常的家务活，不需要动脑筋，就可以干好，所以，内容的肤浅调动不了学生的思维。科学研究的成功，重大科学奥秘、规律的揭示无不与实验方案设计、实施的严密性有着密切的关系，究其本质则是思维严密性的体现。思维的严密性是在思考问题时能考虑到涉及实验的各个方面。

姚老师：对，在我们的科学课堂中我们经常会碰到一些涉及到自变量、应变量、控制变量方面的一些实验，在这些实验中学生甚至老师最难把握的便是控制变量范围的确定，因为在通常情况下控制变量往往涉及到很多方面，稍有不慎，便会遗漏，致使实验失败。然而这也为我们培养学生思维的严密性提供了一个机会，其中一大策略就是多让学生表达和倾听，听别人意见，对比自己，进行反思，进而提出更富严密性的方案，在不断的交流中吸取他人的长处，弥补自身的不足，并在整个过程中懂得科学的严谨性，明白一项实验的成功须考虑各个方面，甚至是你想不到的方面，在这样的长久的表达和倾听中学生思维的严密性定能有所提高。

田老师：在科学课上，教师若能关注学生的表达和倾听，抓住其中的缺陷，引领学生认识自身回答的不足，则对学生思维的严密性培养也能起到极为重要的作用。有一位老师在执教《冷热和温度》时，让学生用温度计测量手心温度。结果，一位学生汇报为39℃，老师敏锐地认识到了这其中存在的问题，到底是学生在谎报还是确实如此呢？教师问学生是怎么测量的，学生就演示了一遍，原来他是用双手搓温度计的方式使温度上升到了39℃，学生的汇报显然是真实的。但教师却并未就此而罢休，反而向学生提了一个问题：“同学们，你们知道老师刚才为什么会对他的汇报产生怀疑吗？”学生通过讨论、思考，最后明白了这其中的原委。在这个过程中，学生虽然参加的是一个验证的过程，讨论的过程，虽然最终实验证明学生汇报是科学的，但这中间教师的行为真的是一种“多虑”吗？学生所收获的只是一个人的体温在正常情况下只有37℃这样一个常识吗？若教师不从心底关注学生的表达，又怎能发现这其中的“不科学”，发现这其中蕴涵着的教育资源呢？

主持人：我想活动与思维不是矛盾、对立的两个方面，很多活动如头脑风暴式的活动，画思维导图之类的活动本身就是思维活动。大家在这儿提出来的活动我想应该是指没有目的没有要求的“盲动”。或者是一样画葫芦的“仿动”。孩子们不知道为什么要动？该怎样动？或者孩子们没有自己动的意愿，是你要我动的。同样也不知道动的目的，要求。当然也就不会有思维的必要了。

王老师：现在的问题是课堂的组织教学和时间问题，如果放手让学生去动手，往往不好组织。老师想引导学生去思考，但是时间不允许，学生也闹着一团。这是普遍现象。我觉得是很多科学教师根本没有弄明白怎样训练学生的思维，简单的把所有活动都当成思维培养的方法和途径，缺乏指导。

高老师：在观看国外课例的过程中，我们发现国外的一节课的教学任务通常只有我们三分之一或者不到，而对于学生，一个实验让他们反复操作，直到产生问题或者发现问题为止，老师就是在旁边观看适时作出指导。而我们呢，我们的课堂感觉像赶鸭子上架，给多点“玩耍”的时间给孩子吧。让他们悟出来，而不是听老师说的。我认为，千万别再减少学生的动手时间！因为在整个的探究活动中动手时间并不算多，而是需要总结出促进学生动手时更好的动脑的策略。

姚（寿昌）老师：在我自己的课堂上，这个毛病也常犯，很多时候，看者学生投入的样子，我都不忍心打断学生的活动，常常要等到下课铃声响时，学生才有些不舍地停止活动，常常没有足够的时间交流与深入思考。这样，学生的活动是“热闹”了，可充分的“思维”却没了保证。

田老师：教师是科学活动的组织者和引导者，关键在教师是否能按照新理念去设计活动，提出问题-预测-实验-发现新问题-再预测-再实验。这样的活动才能真正让学生在活动中提高思维认识，学会科学探究。一开始教师可能要引导，但绝对不是控制。当学生发现新问题时，应当鼓励学生去思考，而大多数情况下，由于学生提出的问题与教师的预设不符，教师不是打断就是一带而过，久而久之，学生的思维就会受到限制，出现思维定势。

姚老师：例如在“观察蚂蚁的爬行”、“哪只蝗虫跳得远”等活动的最主要的目的不是让学生观察蚂蚁是怎么样的，蝗虫最远能跳多远，而在于鼓励学生多动脑筋，多想些有效的方法去观察蚂蚁，测量蝗虫跳的距离，在想方设法解决具体的问题中锻炼学生思维的灵活性。教师在设计活动的同时有没有更深一层的思考：这个活动为什么要这样设计，还有没有其他的方法呢？那种会更好？实施的时候要注意什么？实施后要求学生达到怎么样的层次？有的时候需要先把实验的现象呈现，让学生思考为什么，然后动手找原因；有的时候什么都不说，让学生自己去发现。

王老师：在我们日常的教学中，课堂上所需的器材往往是教师给学生们预备好的。即使让学生去准备，到底要准备些什么，也往往是由老师作出安排。一件不多，一件不少。在实验中也一样，先做什么，后做什么，往往由老师在实验前作好了指导，学生们也就按老师的要求一步步将实验进行到底。这样一来，效率虽高，但思维的含量却很低，在这样的课堂上学生除了学到的科学知识外，剩下的我觉得全是“按部就班”了。这样的孩子是不能适应社会的，因为将来孩子走上工作岗位后的研究是没有人能为他准备一切的。因此，我以为在科学课堂上，教师不必面面俱到，应多给学生经历一些“风口浪尖”的机会，让他们自己想办法解决问题，完成探究，学会随机应变。

姚（寿昌）老师：苏霍姆林斯基一贯强调要给学生提供较为充分的动手机会，“使他们的双手和大脑做复杂的工作”。同时，他也反对那种仅仅把学生作为“一种发出体力能量的器官，而远非一种创造的工具”。他认为：“双手无所事事，也像不加思索地随便找点体力负担让他有事可干一样，这两种做法对于少年的智力发展是同样有害的。”他主张在学生动手劳动时多动脑，勤思考，善于运用才智，使体力劳动和思维融成一体。这样的劳动不仅能出好的成果，而且还能产生新构想、新方案、新产品，更能练就高超的技艺。

田老师：活动前教师就需要事先创设好条件，让学生有动的欲望；然后交代好活动注意事项，要有目的的活动；然后是活动中的巡回指导；最重要的就是汇报交流时，及时的引导，对给以肯定，不对或是有争执，马上动手再活动。

充分准备动手前的有序计划。实验前的动脑是让学生的思维从模糊走向清晰的重要一环。在探究前准备不光是待会儿要用到的各种材料，在某种程度上来说，更重要的是让学生在动手前经过一番自己的思考。如理清在实验时一共要用到的材料；我应该先做什么；再做什么；哪个步骤是比较关键的。甚至能够想到怎样确保动手实验顺利达成的有效措施。

主持人：对，所谓科学思维能力，就是指孩子科学思维的逻辑性、敏感性、周密性和条理性。小孩子的思维往往是单向的，线性的，思维的周密性很差，考虑问题不够周全，常常顾此失彼，这也是小学生做实验常常失败的原因。而科学研究特别讲究思维的周密性，要考虑到各种各样可能的情况。比如航天员上天，必须考虑可能发生的任何情况，包括吃喝拉撒等。科学史上因一个细节的考虑不周全，而导致一次灾难事例举不胜举，因此，思维的周密性也是科学素养的一种表现。所以，在教学中要让孩子考虑探究过程中会发生的种种情况，尤其是会对实验结果产生影响的种种可能性。

高老师：《煮鸡蛋需要多长时间》是一堂科学探究课，在这节课上我着力培养孩子的周密计划的能力，让孩子意识到：凡事预则立，不预则废，一个周密的计划有助于探究的顺利实施。这节课的话题是从大家都吃过煮鸡蛋谈起的，许多人吃过鸡蛋，也亲手煮过鸡蛋，可是却不知道煮一只鸡蛋需要多长时间。

一开始我们先让学生基于自己原有的经验进行预测：多长时间能煮熟鸡蛋？学生预测：2分钟、5分钟、8分钟、也有说15分钟的。预测的结果让孩子知道了在一个什么样的范围内鸡蛋会被煮熟。

预测过后，老师抛出第二个问题：鸡蛋被煮成什么状态才算是熟了呢？也就是制定一个熟的标准：蛋黄要处于凝固状态，不能流淌。

在这个基础上让学生讨论：哪些因素会影响鸡蛋熟的快慢？学生依据自己的经验提出：水的多少、水的温度、容器的大小、容器的材料、鸡蛋的个数、火力的大小等因素都会影响煮鸡蛋的快慢。为了比较的公平性，要规定统一的标准：那就是放多少水——刚好淹过鸡蛋，统一锅子，统一放热水或者冷水、统一用酒精炉子（剪开易拉罐，放上棉花和酒精）。

姚老师：讨论到这里，可以开始实验了吧，学生也开始跃跃欲试了吧？

高老师：不，这时候，老师又抛出一个关键的问题——放几个鸡蛋？首先教师描述：放一个鸡蛋在锅里，过几分钟捞出来打开一看，熟的，能不能确定是这个时刻被煮熟的？学生一愣，转念一想，还不能确定！那么怎么样才能知道鸡蛋在哪一分钟熟的呢？于是就有孩子提出，我们多煮几个鸡蛋，每隔一两分钟，就捞出来一个打开，就可以知道鸡蛋是在什么时候被煮熟的了。煮几个鸡蛋呢？太多了锅子装不下，太少了又不能知道确定的时间，于是思维的严密性就在这一步一步之中被培养起来。

主持人：你能否谈谈在煮鸡蛋之前的那些讨论有什么意义呢？

高老师：那就是要让孩子知道做事情之前要经过深思熟虑，考虑周详，这些要求要在动手实验之前，让孩子想周到，在实验过程中会遇到什么问题，有什么危险，遇到危险以后怎么办？关注动手前的动脑，让“学生想好了再做”。这里面不仅包含着教学方法的问题，更重要的是老师教学观念的转变问题，“想好了再做”让教师的引领从追求结果到追求过程，从关注课的顺利进行到关注学生思维与能力的增长。“想好了再做”让学生的学习目的更明确，观察更到位，实验更有效……

小学生的兴奋和冲动往往会使学生在操作的时候，缺乏程序，忘记收集重要数据，他们往往会将自己的注意力放在“做”上，至于怎么做先做什么后做什么他们缺少足够的理智，这也就是学生为什么在课堂上往往在做，而不去理会记录，每个人都去操作材料，而没有人去收集相关的数据的现象的根源，因此，课堂上看起来热热闹闹，却没有多少实效。

主持人：对，科学探究必须遵循一定的程序，先做什么，后做什么，决不能含糊，在探究的过程中讲究思维的体验，而程序性的探究则可以体现孩子思维的条理性，因此，在动手之前我们必须强调规划，规划好测试项目，规划好测试对象，规划好实验流程，先做什么在做什么每一环节应该注意收集什么数据等。在充分的讨论中学生才能够明晰目标，在周密的规划中才能完善思维，也会使学生在探究的过程减少无效的尝试，提高探究的效率。

【后记】

傍晚，经过一番激烈的讨论（辩论），朋友们陆续离去，随手拿起一本杂志，无意中看到这样一则小故事：

实验室里，导师问自己的学生：“白天，你在干什么？”

学生回答道：“做实验。”导师又问：“那你晚上在干什么？”

学生不好意思地回答道：“做实验。”

他的导师听到这儿，勃然大怒：“那你还有什么时间来思考？”……

我知道，那位导师就是前苏联伟大的生物学家巴甫洛夫，他的勃然大怒使我们不难感受到学会思考、发展思维对一个人成材的重要性。是啊，科学探究的目的不就是为了让孩子更聪明、更智慧吗？发展孩子的思维力，应该成为我们课堂的无悔的追求！“冰冻三尺，非一日之寒”。提高孩子的思维能力,是一个长期的过程。如果在课堂上我们能带着“发展学生思维”的理念指导学生开展活动，相信科学课的活动会产生更大的效益，为孩子们的终身幸福奠下坚实的基础。