在实验设计中培养思维的深刻性

沈灵燕

摘 要：在科学教育中，提高学生的思维是教学的核心目标和根本任务，思维的深刻性是指学生透过现象把握事物的本质，提高思维深刻性在优化学生思维品质中显得尤为重要。为此，以实验设计为抓手，在分析中唤醒，在评价中鼓舞，在实践中体验，在创造中生成思维的深刻性。

关键词：思维 深刻性 实验设计

思维的深刻性是指主体能够不受事物表象的迷惑和干扰，善于运用概念思维，透过纷繁复杂的现象，把握事物的本质，进行抽象概括，抓住问题的核心，揭示隐含的信息，根据事物的初态遇见事物的发展。在初中《科学课程标准》中，对培养学生的科学思维提出了要求，初中科学教材根据课程标准选取核心知识，不同程度的培养、发展学生思维，提高学生思维的深刻性。科学核心素养闪耀着人类理性和智慧光辉的科学思维，具有持久和广泛的迁移效应，对学生产生极大的吸引力和影响力。本文以实验设计为抓手，提高学生思维的深刻性，从而促进学生核心素养的发展。

1 初中科学思维发展现状

劳厄说：“学习重要的不是获得知识，而是提高思维能力，教育无非是将一切已学过的东西都遗忘时所剩下的东西。”在科学教育中，受升学压力的影响，我们更多的关注学生知识的掌握，而很少去关注学生思维的开展。主要表现在：

1.1 重实验操作，轻实验原理

教材的一些实验是给出实验过程甚至结论，我们在教学过程中，往往会忽视实验设计的目的，而是简单的让学生进行操作，得出结论，事实上很多学生根本不理解这个实验的原理。

1.2 重实验过程，轻交流评价

在初中的科学教学中，实验过程很重要，我们往往会把实验的流程作为整节课的重点，无论在实验前还是实验后，都缺失学生交流、评价，学生的思维不能向高阶发展。

1.3 重教师权威，轻批判质疑

受中国传统教育的影响，中国学生一直把教师作为权威，即使自己观察到的现象与结论不同，很少会提出质疑和批判，这样学生很难冲破前概念，得到概念的转化。

1.4 重器材使用，轻原理制作

科学教育会设计很多技术产品，像温度计、变阻器、电流表等，我们在教育中很关注这些器材的正确使用，很少会有老师去关注甚至尝试制作这些器材。

这样的教育现状，使我国学生所拥有的知识量比较大，但思维能力、创造力却不足。这说明知识不可替代思维，知识多的人思维能力不一定强。

2 如何以实验设计为抓手，提高思维的深刻性

浙江省著名的物理特级教师吴加澍曾把自己的物理教育思想概括为：以实验为基础，以过程为主线，以思维为中心，以变式为手段。学生思维的发展，是科学教育的根本，以实验设计为抓手，提高学生思维的深刻性，概括如下：

2.1 眀析实验设计目的，分析中唤醒思维的深刻性

科学的教育离不开科学实验，教材中无论是实验装置还是实验方案的设计，都是思维的产物，蕴含着丰富的思维教育因素。在科学教育中，要充分利用这些素材，让学生在科学学习中分析教材实验设计的目的，这样既能避免学生实验的盲目性，又能提高学生思维的深刻性。

牛顿第一定律的中“阻力对小车运动的影响”实验中，我们将实验目的进行剖析。本实验教学的目标问题是：力和运动有着怎样的关系？我们将目标问题进行分解，通過各个子问题，而获得目标的答案。（1）思考，一个物体作用往往是什么时候最清楚？——是这个物体不在（或失去）时最清楚。基于这样的目标思想，我们将目标进行转移，先解决一个更基本的问题：没有力，物体将做什么运动？（2）生活中，并不存在不受力的环境，怎么研究没有力的运动呢？我们可以考虑，让小车所受的阻力逐渐减小，看小车的运动，从而推论不受力时小车的运动情况。（3）进而出现课本上的实验，研究阻力对物体运动的影响。再将这个问题进行分解：①怎样改变阻力大小？——在水平面上铺不同的材料。②怎样反应阻力对运动的影响？——给小车相同的初速度，比较在不同材料上的运动距离，距离长，运动状态不容易改变。

爱因斯坦说“学习要善于思考、思考、再思考，我就是靠这个学习方法成为科学家的”，在实验前去思考，分析教材实验设计的目的，真正意义上去明白教材设计实验的目的，在分析中唤醒思维的深刻性。实验不在只是一个操作问题，而成为思维的提升，核心素养的提升。

2.2 完善实验设计过程，评价中鼓舞思维的深刻性

教师在设计实验教学时，要善于稚化自己，使自己退回到初学者的角度和地位，实验教学中，最重要的不是获得科学的结论，而是关注学生在实验过程中有怎样的体验，学到了哪些科学技能和方法，思维的深刻性得到了怎样的提升。

科学教科书利用如图1所示装置，探究空气中氧气成分的含量，如果只是照书本做实验，那么完全失去了实验的意义。从提高思维深刻性角度来看，在实验前，一定要学生明白以下几个问题：为什么使用如图的装置？为什么水升高的体积等于氧气占有的体积？为什么要燃烧红磷，而不燃烧别的物质？怎样测量氧气的含量？

这样的教学思路，学生更能抓住事务的本质，更加全面的、深刻的思考问题，揭示事物的本质，寻找解决问题的多种途径，在互相的“刁难”和评价中，鼓舞学生思维的深刻性。

2.3 质疑实验设计结果，实践中体验思维的深刻性

罗素说，“这个世界上最大的麻烦就在于，傻瓜和狂热分子对自我总是如此肯定，而智者的内心总是充满着疑惑”，罗素这里讲的疑惑，就是质疑和批判，质疑和批判不但能使我们理智的思考和理智的行动，还能帮我们冲破思想的牢笼。

在有一次培训中，一位老师在教学摩擦力时，讲到两个物体的接触面有水时，摩擦力会减小，但在课堂上有同学却对这个观点提出质疑：农民在使用锄头劳动时为了防滑，通常要在手心吐一口唾沫，这不是说明水能增大摩擦力吗？面对学生的质疑，施老师没有用“这个问题同学们课后去探究”之类话语去搪塞，而是通过探究去寻找问题的答案。她将一个木块分别在两块木板上做滑动实验，测量木块滑动时受到的摩擦力。当木块在有油漆的木板上滑动时，如果接触面是干燥的，摩擦力为1N，如果接触面间有水，摩擦力减小到0.8N。由此得出：接触面之间有液体，摩擦力会减小。当木块在没有油漆的木板上滑动时，如果接触面是干燥的，摩擦力为1.3 N，但是，当在接触面之间抹少量水，使之稍稍变湿时，摩擦力反而增大到1.7N。如果在接触面之间加大量水，摩擦力又减小到1.1N。

通过这样的探究，学生明白：两个固体接触面之间有液体时，这个液体薄层会将两个接触面隔开，使接触面之间的摩擦力减小。而当接触面虽然变湿但未能形成液体层时，由于表面性质被破环，接触面之间的摩擦力不一定减小。长期这样的教学，学生就会带着非常缜密的怀疑态度去看待各种事物，像科学家一样思考问题，提高思维的深刻性。

2.4 回归实验设计本质，创造中生成思维的深刻性

科学教育中会涉及一些技术产品，它们都是人类思维的产物，在教学过程中，我们应当根据教学的需要和学生的认知水平，选择一些合适的技术产品，引导学生退回到设计这些产品的最初思维状态上来，像发明家一样思考，体验这些技术产品的创造过程。

例五：自制变阻器

教学片段：

师：根据影响电阻大小的因素分析，改变电阻大小的方法有哪些？最简单的方法是什么？

生：长度、横截面积、材料和温度

师：最简单的方法是什么？

生：改变长度。

师：思考调光台灯的两岸是怎么控制的？

生：直线式的变阻器

师：要使灯光调的更暗些该怎么办？

生：电阻丝更长一些。

师：合金线太长，使用不方便，如何改正缺点。

生：把合金线缠绕起来。

师：绕合金所选材料有什么要求？

生：绝缘体，如陶瓷、橡胶等。

师：紧密绕法會使合金线之间相碰而短路？如何解决？

生：表面涂上绝缘的。

师：对，我们今天使用漆包线（合金线外面涂上漆，绝缘），如何解决滑片与漆包线之间的接触？

生：与滑片接触的漆包线把表面的漆去除。

师：那我们接下来就一起制作简易的变阻器吧。

这样的教学设计能让学生从根本上了解变阻器的原理，变阻器的学习也不再只是一个操作问题，而是明确原理、制作的过程，学生在整个学生，是一个积极、主动建构的过程，培养思维的深刻性。

科学实验设计与学生思维的深刻性密不可分，思维在实验设计过程重得到有效的训练和培养，通过分析目的、完善过程、质疑结果、回归本质，让学生深入理解科学概念和规律，正确把握科学过程的本质特征，提高思维的深刻性。

参考文献：

[1] 郑青岳.郑青岳科学教育讲演录[M].浙江：浙江教育出版社.2015.

[2] 王耀村.初中科学教学关键性问题指导[M].北京：高等教育出版社.2016.

[3] 陈懋.例谈初中物理教学中学生科学思维的培养[J].教学月刊.2019.

[4] 原臻钰.初中科学实验教学对学生思维培养的研究[D].上海师范大学.2014.

浙江省海宁市许村中学 （浙江省海宁市 314409）