初中科学实验教学中渗透思维品质的实践

摘要：本文主要阐述如何通过科学中的实验教学这一活动来培养学生思维品质，通过构建科学实验教学中学生思维品质培养的基本范式与理论构架，并探索培养学生思维品质的方法与策略，从而基本形成科学实验教学的一般操作范式，转变教师实验教学理念，发展学生思维品质。

关键词：科学实验;思维品质;培养策略

中图分类号：G633.67文献标识码：B文章编号：1672-1578（2019）01-0188-03

1.问题的提出

目前的科学实验教学现状是教师多黑板，多媒体实验，少动手操作;学生缺乏自主探究;实验教学中重结果轻实验过程;重现象结论的记忆轻实验操作过程中对一些生成性问题的思辨。具体表现如下：

1.1轻过程重结论。

实验中过分突出和强调接受和掌握，忽视探究，导致学生被动接受和机械记忆过程，抑制学生的思维，影响学生的个性发展。

1.2轻鼓励重权威。

在实验中呈现知识结论时，虽有实验过程，却没有实验的探讨，导致缺乏学生在尊重科学事实的基础上形成知识结论，在逐步构建科学方法论过程中，呈现形式是缺乏必要的事实依据，影响独立思维能力的培养。

1.3轻思考重预设。

教师在教学中往往会以各种借口（如仪器缺乏，实验材料难找、天气因素、效果差，课时紧等）原因，将书本上的探究实验变成多媒体实验，甚至是黑板实验，将原本应由实验得出的生动结论变成了一种知识的预设。

2.思考与设计

2.1概念界定①。

（1）思维品质：

它是人的思维能力的差异表现，也是智力和能力的核心，它具有思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性五个方面。

（2）思维品质诸方面的相互联系。

本文所讲的思维品质是，在结构中各要素相互作用、均衡发展，思维品质体现思维能力，这就要求教师在课堂中，应有意识地训练学生的思维品质。

2.2理性思考。

（1）国内研究成果支持。

北师大林崇德教授主持的“学习与发展—中小学生思维能力的发展与培养”教改实验研究，取得明显效果。在科学理论的指导下，通过采用切合学生思维发展水平的措施，能有效地提高学生的思维能力和科学素养。

（2）《课标》对实验的要求。

《新课标》提出科学探究是科学的本质特征，实践发现：实验教学中如果重视学生思维品质培养，学生有充足的时间去动手实验，有体验、有思考，学生就能从实验过程中提炼出实验的方法，在实验中，体会乐趣，培养他们的实验能力，提升他们的思维能力。

2.3理论建构。

根据上述思考和研究目标，我们对实验教学中学生思维品质培养的基本范式建构如下图所示：

3.具体实践

3.1实验设计中培养学生思维品质的实践。

实验设计中的思维品质培养实施过程中要求教师重在提供合理的实验情境，并且设计发散性的问题。发散扩至各种渠道、各个侧面、各个角度，以求问题的灵活解决。为此，我们设计了如下的实验设计用表，旨在充分培养学生思维的五个方面的维度。

附：实验设计用表

实验方案设计内容

实验设计原理

所用器材药品

实验步骤或图示

实验优点与缺点

实验改进办法

实验设计用时

案例展示1：多种方法测密度

在复习《浮力》教学时，教师设计了这样的一个问题：

某地质考察队员在野外发现了一种新的矿石，但不知道它的密度是多少？你能设计实验测出它的密度吗？利用现有实验室仪器，请快速写出你设计实验所需的器材以及实验步骤。

学生1

实验器材：天平、砝码、量筒、胶头滴管、细线……

实验步骤：①先用天平秤出一小块矿石的质量，

②再用量筒测出这块矿石的体积，

③利用密度公式计算矿石的密度。

实验设计原理：   略

實验设计优缺点及改进：略

学生2

实验器材：天平、砝码、溢水杯、细线……

实验步骤：

①先用天平测矿石质量。

②再将溢水杯装满水，测出溢水杯和水的总质量。

③将矿石用细线吊住放进溢水杯，等石头全部没入水中后，将石头取出，再用天平测质量此时的溢水杯和水的总质量。

④ 将前后两次称量的质量相减得溢出水的质量，再按照水的密度，把溢出的这部分水换算成体积，这个体积就是矿石的体积。

实验设计原理：   略

实验设计优缺点及改进：略

学生3

……

发散性设问通过不同的思维方向引导学生通过不同方向、不同角度的思考方法，由寻找唯一正确答案的集中思维，发展到以多维度，多方向上解释问题，通过如此体验来提高思维五个维度的水平。

3.2实验操作中培养学生思维品质的实践。

实验原理是一个实验的灵魂与源泉，只有弄懂了实验原理，才能真正掌握实验的关键、操作要点，才能合理地选择实验装置，正确地处理数据、得出结论，才能正确地进行实验的设计等。

案例展示2：测定小灯泡电功率操作实验中的意外收获

测小灯泡电功率这个实验是浙教版九年级《科学》第三章中的一个学生实验，是继八上《伏安法测导体的电阻》之后的电学中最重要的一个学生实验，是实验操作考试和中考的首选实验。

学生未进入实验室前，教师把实验器材都放入了课桌的抽屉中。学生进教室入座开始上课。

师：我们已经学会了测量许多的物理量，如测长度、测电流、测电压、测电阻，有的量在实验室可以用仪器直接测量，如测长度可用刻度尺（教师引导），测电流可用电流表、测电压可用电压表（师生一起回答），但有的量却不能直接测量，像实验室测电阻用……

生：电流表、电压表

师：这样的测量叫间接测量，那我们今天测小灯跑的电功率是直接测呢还是间接测？我们实验室有直接测电功率的仪器吗？

生：（想了一会儿齐答）没有

师：那只能是间接测啰，间接测需测出哪些量？用什么器材？最后怎么算功率？同桌之间讨论一下，达成共识，一分半会钟后汇报。

（学生开始了热烈的讨论，一分半会钟后进入汇报）

生1：我们觉得可用电压表测出发光小灯泡两端的电压，用电流表测出小灯泡的电流，用公式P=UI计算出小灯泡的电功率。

师：其他同学觉得这样的方法可行吗？（生答可行）那有多少组的同学是这样想的呢？

（生举手足有一大半用该方法）

师：很好！我也同意，那有没有别的方法了呢？（教师期待地看着没有举手的同学）

生2：我们用电能表和手表，课堂上不是学过用电能表和秒表测电功率吗？

师：这倒也是个办法？其他同学觉得这个方法可行吗？

生3：我们也用电压表和电流表，也用电压表和电流表测出电流电压，然后由R=U/I算出小灯泡电阻，再根据P=U2/R算电功率。

-------

师：现在同学们能确定该如何测定小灯泡的功率了吧，我们的测量原理是：P=UI（板书），不能用P=U2/R，因为灯丝的电阻随温度的升高在增大，不是一个定值。

（我以为这个问题到这里该告一段落了，但还是有学生提出了自己的疑惑）

生：老师，照这么说，原来初二测电阻的方法也是不科学的，我们测得也是不同电压下的阻值，电阻也要发热，电阻也会随温度改变。

师：问得好！我也是这么想的，有谁能知道其中的奥秘呢？（迅速的环顾了整个教室，教室很安静，看来这次的问题有点难度，学生们没人能答）

师：（引导）你们知不知道灯内的灯丝温度要达到多少度才会发光，而测导体电阻时导体的温度比原来升高了多少呢？……

学生们恍然大悟，原来每种测量方法的确定都是有一定的科学依据的。

在操作过程中，要善于发现新的问题，提出猜想予以验证，具有较强的类比推理能力与意识，采用合理的实验方法进行操作，并在短时间内就能熟练地完成实验内容，及时记录现象与结果，对实验中的问题能进行快速理性分析，通过如此体验来提高思维五个维度的水平。

3.3实验观察中培养学生思维品质的实践。

实验观察一是教师在课堂中的演示，二是同学在课堂中的学生实验操作，三是自己在课堂中的操作，主要是观察自己动手操作的过程;事实上，在初中科学中有大量的实验其本质都是能体现学生的自主探究学习的，如果能掌握好觀察的方法，必定会充分利用好实验。为此我们设计了如下的观察用表，旨在充分培养学生思维的五个方面的维度。

附：实验观察用表

实验名称：

实验阶段所观察到的实验现象或数据记录对现象或数据的解释与分析尚有疑惑的问题

实验前

实验中

实验后

总结

实验

内容实验操作层面：

科学知识层面：

尚待研究的问题：

案例展示3：“探究金属钠的有关性质”的实验

【实验器材】电脑、摄像头、金属钠等。

【实验操作】师：“请同学们注意观察，我们下面的实验中，钠是什么颜色的？”

教师按如下图1至图4的顺序演示，并用摄像头将实验过程转移到大屏幕上，以增大实验的可见度。实验结束后，采用教师导引学生问答再教师断后的方式展开自主探究。

实验前：观察钠的颜色，体验钠的硬度，密度等

生1：“黄色。钠拿出来的时候是黄色的。”

生2：“银白色。小刀切下来的那面是银白色的。”

生3：“灰色。小刀切下来那面是灰色的。”

生4：“银白色。我看到钠在水上游的时候是银白色的。”

有的同学看老师还是那样笑呵呵地望着他们，就急不可忍地提问了。生5：“老师，到底是什么颜色的呀？”

等学生有了急切盼得答案的欲望了，老师才回道：“从煤油中取出的钠呈黄色是因为煤油是黄色的。有同学看到小刀切下来的那面呈灰色，是因为钠极易被氧气氧化成氧化钠。所以钠是银白色的。”（部分学生欢呼！）“不过我要问的是：为什么钠可以用小刀切？，放入水后浮在水面上？”

生：“老师，说明钠硬度不大和其密度比水小”

……

实验中：观察反应变化及现象

生：“在反应时钠为什么变成球形了？接着又马上燃烧起来了？”

生：“在反应时钠为什么在水面上四处游动？”

生：“我观察到在反应时钠为什么会发出嗤嗤的声音？”

提出这个问题时学生们都没有声音了，他们又把目光全部投向了老师。

师：“看来这个问题比较难。这样吧，我们先把这个问题放一放，等我们对钠多了解一些后再来讨论这个问题，好吗？”

生：“钠与水的反应是一个放热反应，而钠的熔点又比较低，所以钠放入水中后一下子就熔化成球形了。如果温度升高到了钠的着火点，就会有火星冒出来了。”

生：“钠与水的反应可能是一个放出其体反应，嗤嗤的响声就是这个原因，就像气垫船一样，由于产生的气体各个方向的量不等，所以在反作用力的影响下，就会向各个方向游动。”

……

实验后：观察记录结果

生：“在反应后，向溶液中滴加酚酞，为什么变成红色了？”

生：“老师，我们将钠投入到硫酸铜溶液中，为什么有蓝色的沉淀物产生，那是什么物质？”

生：“我观察到在反应后为什么有黑色物质生成？”

提出这个问题时学生们都没有声音了，他们又把目光全部投向了老师。

……

通过仔细观察，同学们会发现很多课本实验之外的意外的收获。

很显然，该演示实验有以下几个特点：一是教师语言的启发性;二是教师身份的配角性;三是实验观察的探究性;四是实验原理的认知性。在实验中使之产生认识上的飞跃，获得结论。这是实验教学中培养学生思维品质的重要途径。

3.4实验评价中培养学生思维品质的实践。

我们一方面对实验试题应该进行深入研究，另一方面可以有意识地在课内外通过学生的相关实验探究培養学生的科学精神，提升学生质疑及实验评价能力，发展学生思维品质的五个维度。

通过中考实验情景，引导学生能善于利用所学知识，去细致分析实验过程中的问题，评价实验整个过程，具有良好的检验习惯，能自觉做到评价结果依据充足。推理效果上：全面严谨、深刻、科学语言运用系统化水平高，去弄懂科学问题，从不同角度出发考虑评价实验中的问题，自我控制和调节思维方向，对实验结果能自觉做出评估和检验。

3.5实验技术创新中培养学生思维品质的实践。

（1）初中科学实验中培养学生技术设计能力的一般教学流程。

在科学实验中，都涉及到技术设计的问题。因此，教师应将有关技术的教育有机地贯穿其中，适时培养学生的技术设计能力，并且有一般的教学流程。

科学实验中培养学生技术设计能力的教学流程归纳如下：

（2）通过设计技术环节，加深对仪器工具结构原理的认识。

科学书本中有许多结构相对复杂的仪器与模型，如滑动变阻器、直流电动机、热机等，一般教师在讲授此块内容的时候，总是先介绍各部分结构名称、作用;然后介绍其工作原理及使用方法，再组织学生进行实践操作训练，如果我们能改变一下知识的呈现方式，尝试通过学生的技术设计活动来达到主动建构知识的目的。

案例展示5：设计高压锅

科学课堂中，有些不能建构模型，意味着很难用所学知识来解释日常生产生活中的一些现象。笔者在教《大气压》这节内容时，有一块关于高压锅的内容，学生对书上的图及其原理不是很理解，为了解决这一问题，将这一内容设计为如何把一只普通的锅子设计成一只高压锅，了解高压锅的结构与原理。

[教师]：如何将一只普通的铝合金锅子改造成一只高压锅？（提出一个技术设计课题）想一想，首先要解决一个什么问题？

[学生]：要提高锅内气压，需要密封，可以将盖与锅体紧密合在一起……（学生画图略）

[学生讨论得出]：必须要设计出气孔，否则锅子要发生爆炸。（想必高压锅出气孔必须保持清洁与通畅就理解了）

[学生讨论得出]：在出气孔上方配置一个重物，顶住出气孔。

[学生讨论]：质量配置越大，其内气压越大，这可以根据锅体所能承受的气压或煮食物需要的气压高低（温度高低）而设定。

[学生]：气体排不出去，会使锅内气压升高，会发生爆炸。

[教师]：是的，那么我们该如何设计来解决这一问题呢？

[学生讨论]：再装一个安全阀，保证排气孔堵塞时，安全阀能打开，正常排气，达到泄压的目的，防止发生爆炸。

[教师介绍]：原来老的高压锅安全阀装的是易熔片，是一种金属片，达到一定压力时，其会自动熔化，从而泄气，当然要及时更换。没有易熔片有些人常用筷子等堵住安全气孔，那是很危险的做法。现在为了解决更换易熔片麻烦这一难题，设计了一个自动安全阀的装置。

教师出示现在的高压锅的实物，原来其结构与学生的技术设计一致。

从一个普通的锅子到高压锅的技术设计转变，不单单是呈现其结果，而是把高压锅的结构原理及其作用得到了梳理。因为是学生自主建构的知识，所以有效。在接下来的高压锅计算教学环节上充分得到了证实。

实验中不仅培养了学生创新思维能力，更使方案日趋完善中运用所学知识解决了设计过程中一个又一个的难题，其思维的灵活性与批判性等五个维度都得到了很好的培养。

4.问题与建议

在现今教师注重多媒体轻视实验教学和应试教育背景下，科学教师更应重视实验教学，充分利用实验教学平台，培养学生思维品质。以下几点也将是我们今后在实验教学中要去进一步研究与努力的方向：

4.1充分利用教材中的实验素材，培养学生的思维品质。

科学的本质在于探究真理，发现真理。在探究性的实验中加深学生对科学知识和理论更深刻的理解，既能激发探究兴趣，又能培养学生的思维。

4.2着力发挥教师的主导作用，在启发和探索中，培养学生的思维品质。

培养学生探究能力使培养学生探究能力的重要手段。在发现问题和解决问题能力中，加强对学生进行着思维品质的培养。

4.3注重引导，培养学生的思维品质。

让学生从日常生活和科学学习中提出问题，进行逐步的探究活动，这样既培养了学生的实验能力，在思维中，提高学生的综合素质。

4.4切实开展开放性实验活动，培养学生的思维品质。

科学实验教学中，不仅要课堂演示，更要学生分组实验，让他们在实验中学会思维、学会探究，获得成就感自豪感。

注：概念均出自林崇德.学习与发展[M].北京：北京师范大学出版社，1999.

参考文献：

[1]林崇德.学习与发展[M].北京：北京师范大学出版社，1999.

[2]陈龙安.创造性思维与教学[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

[3]刘洁民，郭玉英.初中科学课程标准解读[M].北京：高等教育出版社，2012.

[4]王耀村.初中科学教学案例专题研究[M].杭州：浙江大学出版社，2005.

[5]郑青岳.科学教育讲演录 [M].杭州：浙江教育出版社，2015.

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