◇朱潮海（浙江：余姚市實驗學校）

一、科學思維是核心素養(yǎng)的核心

思維是課堂教學中師生的核心活動?？茖W思維是科學學科核心素養(yǎng)的核心?？茖W教學應指向?qū)W生的科學思維。劉恩山提出，科學思維是具有意識的人腦對科學事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及事物間的相互聯(lián)系和關(guān)系的間接和概括反映?？茖W思維有多種基本方法，包括分析與綜合、抽象與概括、比較與分類、邏輯推理、類比思維、臻美思維等。

韋鈺指出，科學的核心之一是理性的推論，根據(jù)已獲得的信息和對現(xiàn)象的觀察，提出解釋、結(jié)論或預測。學生親歷以探究實踐為主的科學學習過程，其基本特征與科學家的研究歷程相似，學生的科學學習活動與科學思維緊密相關(guān)。

二、科學課堂中科學思維教學存在的問題及分析

（一）教師沒有厘清思維路徑

教科版教材以科學探究活動為主體，科學思維蘊含其中。部分科學教師在研讀教材時，更容易被外在的活動所吸引，而忽視了活動背后的科學思維，更沒有理順教材中每個活動之間的思維脈絡。這導致教學活動浮于活動表面，缺乏深層次的思維發(fā)展，也與課程標準中倡導的動手動腦學科學的教學思想相背離。

（二）學生思維路徑存在斷崖現(xiàn)象

教學的主體是多樣的，每個個體的發(fā)展水平存在差異。這反映教學面臨著統(tǒng)一性與差異性的矛盾。同時，學生的思維發(fā)展是一個連續(xù)的過程，所謂“跳一跳摘到桃”，就是指在學生思維發(fā)展的最近發(fā)展區(qū)實施教學。在學習進程中，學習活動與學生的思維路徑存在斷崖，這時需要教師根據(jù)學生的思維難點搭建腳手架，推進學生思維能力進階。

（三）教學缺少思維展示途徑

在一些科學課堂中，教師采用講授的方法替代學生思維，呈現(xiàn)概念形成過程中，學生被動地傾聽，缺少主動思維。抑或是學生在科學實踐活動后，沒有研討交流的時間和空間，缺少研討交流和融會貫通的思維過程。

三、科學課堂促進學生科學思維能力的教學策略

辯證唯物主義認為，思維的產(chǎn)生和發(fā)展都同社會實踐和語言緊密地聯(lián)系在一起。在科學學習的過程中，學生經(jīng)歷科學探究實踐為主的探索活動，并在活動后借助科學語言進行研討交流，以此促進科學思維的發(fā)展。教師應成為學生科學思維活動的引導者、組織者和支持者。下面，筆者以《電和磁》一課為例，探討科學課堂促進學生科學思維能力發(fā)展的教學策略。

（一）厘清教材思維脈絡

《電和磁》教材安排了兩個活動：第一個活動是通電導線使指南針偏轉(zhuǎn)，學生描述磁針偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，比較磁針偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，分析后提出電生磁的解釋。第二個活動是做通電線圈使指南針偏轉(zhuǎn)的實驗，為學生理解電磁鐵原理打下基礎。

從概念建構(gòu)和思維進階的角度來審視教材，存在兩個問題。第一，在邏輯推理錯誤和證據(jù)不全的情況下，通過活動一推論得出電生磁的科學概念。因為在實驗中改變的量是電流，采用因果分析的邏輯推理通電導線使磁針偏轉(zhuǎn)，并不能得出“電產(chǎn)生磁”的結(jié)論。因此有效的推理是電流影響磁針偏轉(zhuǎn)。第二，兩個活動之間缺少內(nèi)在的思維通道。從通電導線和指南針研究活動發(fā)展到通電線圈和磁針，為何要這樣研究，思維的推進過程顯得過于生硬，缺少內(nèi)在脈絡。

為了解決上述問題，教師應以科學思維來推進學生的探究過程，構(gòu)建科學概念。首先，學生從磁針偏轉(zhuǎn)的實驗現(xiàn)象中形成探究的問題“磁針為什么會發(fā)生偏轉(zhuǎn)”，猜想是電流直接影響了磁針偏轉(zhuǎn)，還是電流產(chǎn)生了磁。其次，學生采用讓磁針偏轉(zhuǎn)角度增大的方法來收集信息，教師突破教材，通過增加兩根導線能否讓磁針偏轉(zhuǎn)角度增大的實踐活動，使學生發(fā)現(xiàn)相同電流方向的導線能使磁針偏轉(zhuǎn)角度增大。學生在此基礎上推論研究線圈與磁針偏轉(zhuǎn)的關(guān)系，從而理順教材思維脈絡，建立起活動一與活動二之間的聯(lián)系。最后，將觀察的現(xiàn)象與猜想進行關(guān)聯(lián)，將現(xiàn)象作為證據(jù)做出論證，并在交流與解釋中構(gòu)建電生磁的科學概念。

（二）架設科學思維之梯

在科學教育中，教師可采用活動手冊支持學生的科學學習活動?；顒邮謨詰蔀閷W生科學學習的思維支架。借助活動手冊，5～6年級學生采用圖文結(jié)合等方式記錄原有經(jīng)驗和科學事實，并呈現(xiàn)他們運用分析、比較、概括、推理等思維方法形成科學概念的過程。

在《電和磁》一課的教學中，教師編制學習活動單以支持學生的科學實踐與科學思維。圖1指引學生研究通電導線與指南針，在描述現(xiàn)象后比較分析實驗現(xiàn)象，提出問題和觀點。提出問題是學生主動思維之開始，提出觀點的過程是學生與原有概念建立連接的過程。

圖1

圖2 是怎樣讓磁針偏轉(zhuǎn)角度更大的探索活動單。學生基于已有經(jīng)驗提出多種假設，建立研究問題與方案之間的科學思維橋梁。在制定方案的過程中，學生思維的清晰性、條理性、嚴謹性等諸多品質(zhì)得到了鍛煉。教師借助兩根導線的實踐活動架起了一根導線到線圈的思維之梯，理順了學生思維發(fā)展的路徑。一根導線使磁針偏轉(zhuǎn)的角度小，兩根導線會怎樣呢？實驗后發(fā)現(xiàn)，電流方向相同的兩根導線能使磁針偏轉(zhuǎn)角度增大，由此推理用多根電流方向相同的導線疊加即線圈能否使磁針偏轉(zhuǎn)的角度更大。在探索的過程中，學生積極主動地參與其中，思維先行，引領(lǐng)探究活動。

圖2

（三）搭建展示思維平臺

科學思維能力的發(fā)展，不是憑空產(chǎn)生的，而是在一個個的思維活動中逐步發(fā)展的?？茖W課程標準指出，科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識方式。然而思維是一個內(nèi)隱的過程，因此，在科學課堂教學中，教師應圍繞核心概念組織內(nèi)容，搭建學生科學思維生長的平臺，借助活動手冊和交流過程展示學生的科學思維過程。學生展示原有經(jīng)驗和獲得的事實，呈現(xiàn)運用分析與綜合、比較與分類、抽象與概括等思維方法初步建立的科學概念，表述運用科學證據(jù)論證結(jié)論的過程，在全班的研討交流中借助集體論證完善或重構(gòu)證據(jù)與解釋之間的關(guān)系，監(jiān)控和反思科學思維能力。

1.在比較分析中發(fā)展科學思維

案例1 通電導線和指南針

教師：在剛才的實驗中，接通電流瞬間，觀察磁針有什么變化？斷開電流瞬間，觀察磁針有什么變化？

生1：接通電流，指針順時針偏轉(zhuǎn)10°；斷開電流，指針又與導線對齊。

生2：接通電流，指針逆時針偏轉(zhuǎn)。

師：它們的共有特征是指針都偏轉(zhuǎn)了。

教師板書：接通電流，磁針偏轉(zhuǎn)；斷開電流，磁針復位。

師：同學們看到這個現(xiàn)象，心中肯定充滿疑惑。

生：磁針為什么會偏轉(zhuǎn)？

教師：奧斯特也產(chǎn)生了疑問，同學們來說說看你的觀點是什么？

生1：電產(chǎn)生磁，磁與磁針作用。

師：還有其他觀點嗎？

生2：電直接影響磁。

師：這其實是一個對比實驗，改變的條件是電流?？磥硎请娏饔绊懥舜裴樒D(zhuǎn)。那么，是電產(chǎn)生磁，還是電直接影響磁，根據(jù)我們現(xiàn)在的資料，還難于做出結(jié)論，需要我們進一步收集證據(jù)，才能做出判斷。

在科學研究中，對事物和現(xiàn)象的分析是多層次、多維度的。對于同一現(xiàn)象，會存在多種解釋。在科學教學中，科學教師需認識科學活動背后的分析方法和分析維度，以便更好地支持學生開展思維活動。對通電導線和指南針、斷電導線和指南針兩個實驗，在時間軸上先后比較，分析得出磁針的偏轉(zhuǎn)與電流有關(guān)，既是一種定性分析，也是一種因果分析。

2.在科學建模中發(fā)展科學思維

案例2 讓磁針偏轉(zhuǎn)角度更大

師：該如何驗證我們的觀點呢？這個問題很難解決，我們可以換個角度。在剛才的實驗中，磁針偏轉(zhuǎn)的角度比較小，怎樣讓磁針偏轉(zhuǎn)的角度更大？你想到了什么方法？

生1：可以增加電池。

師：你是怎么想的？

生1：因為電流影響了磁針偏轉(zhuǎn)，所以增加電池。

師：增加電池也就增大了電流，在剛才的實驗中我們已經(jīng)用了兩節(jié)電池，兩節(jié)電池電壓是3v，小燈泡額定電壓是2.5v，如果電池再增加，小燈泡肯定會壞掉。那怎么辦？

師：PPT 出示短路實驗方法，強調(diào)短路的危害，一觸即發(fā)。

生2：多纏繞幾圈導線，導線多，對磁有影響。

教師追問：你是怎么想的？

生：因為一根導線能讓磁針偏轉(zhuǎn)一點，多用幾根導線估計偏轉(zhuǎn)得會更明顯一點。

師：我們先用兩個導線來研究。我們將兩根導線捏在一起，看看磁針偏轉(zhuǎn)情況，此時兩根導線上的電流方向不同。再改變其中一根導線的方向，使電流方向一致，再看看磁針偏轉(zhuǎn)情況。

師：兩個實驗都完成后，請組長上來拿線圈。把線圈接入電路，能使磁針偏轉(zhuǎn)角度更大嗎？怎樣放置線圈時，磁針的偏轉(zhuǎn)角度最大？

對事物發(fā)生的可能性進行假設是抽象思維的特征?？茖W假設有助于學生構(gòu)建問題與探索方案之間的橋梁，假設的過程是學生調(diào)動原有認知與生活經(jīng)驗的過程，嘗試運用原有認知解決問題的過程，是學生主動思維的體現(xiàn)。六年級的學生年齡在11～12 歲，其思維水平正處在具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段。學生的思維必須依賴具體的事物進行，以科學表象為思維材料而進行思維。由2 根導線的對比研究演繹推理到相同電流方向的一組線圈，建立實物模型。模型建構(gòu)有助于學生抓住事物的本質(zhì)特征，加深對電生磁概念的理解，凸顯系統(tǒng)思維。

3.在科學論證中發(fā)展科學思維

案例3 探討磁針偏轉(zhuǎn)的原因

生1：短路時，接通電流，磁針偏轉(zhuǎn)角度更大；斷開電流，磁針復位。

兩根導線電流方向相反，磁針不動；電流方向相同，磁針偏轉(zhuǎn)角度更大。

采用線圈，磁針偏轉(zhuǎn)角度也更大了。指南針放在線圈中間，偏角最大。

師：你怎么解釋你們觀察到的現(xiàn)象呢？

生2：短路，電流變大，偏角更大。

生3：兩根導線，電流增大，偏角更大。

師：同一根導線中，電流大小不變，那為什么會這樣？

生4：電流變多了。

師：電產(chǎn)生磁，磁疊加。

師：根據(jù)課堂觀察，你現(xiàn)在認為磁針偏轉(zhuǎn)的原因是什么？對課堂中提出的兩個觀點，說說自己的想法。

生1：第一個觀點是正確的，電產(chǎn)生了磁，電流越大，磁力越大。

生2：我也認為是電產(chǎn)生磁。兩根導線相反方向放置時，電流大小不變，磁相互抵消，磁針沒有偏轉(zhuǎn)。

師：大家都贊同第一種觀點。但是我們用增大電流的方法使磁針偏轉(zhuǎn)角度增大，所以我認為磁針偏轉(zhuǎn)是電流的直接作用，有沒有人能說服我？

生3：我還是認為電產(chǎn)生了磁，因為更大的電流產(chǎn)生了更多的磁，然后磁針偏轉(zhuǎn)了。

師指名提出第二個觀點的學生。

師：你現(xiàn)在還堅持自己原有的觀點，認為電流直接影響磁針偏轉(zhuǎn)？

生4：不堅持，我也認為是電產(chǎn)生磁。

研討是發(fā)展學生思維的過程。在科學探索活動后，要保證學生有足夠的時間表達各自的想法，以此激發(fā)其想象力和發(fā)展科學思維。在研討過程中，學生借助這三個科學實驗現(xiàn)象，將實驗中觀察到的現(xiàn)象與自己原有的觀點建立聯(lián)系，嘗試運用證據(jù)來論證自己的想法，在構(gòu)建解釋中對初始想法進行修正和擴展，確證了電產(chǎn)生磁的觀點，否認了電流直接影響磁的觀點。

4.在類比思維中發(fā)展科學思維

案例4 質(zhì)疑與求證

師：是不是電流產(chǎn)生了磁呢？老師這里拍攝有兩張圖（圖3 和圖4），比較磁鐵和通電線圈對小磁針的影響，它們有什么共同之處？由此你又想到了什么？

圖3

圖4

生：條形磁鐵周圍指南針的偏轉(zhuǎn)情況與通電線圈周圍指南針偏轉(zhuǎn)情況相似，由此推理：通電線圈具有像磁鐵一樣的性質(zhì)。

師：將通電線圈繞在鐵釘上，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？能否磁化鐵釘？下節(jié)課繼續(xù)探究。

教學中，教師提供線圈所產(chǎn)生的磁場與條形磁鐵產(chǎn)生的磁場圖片，由此類比推理線圈具有與條形磁鐵相似的作用。在追求新的證據(jù)支持自己觀點的過程中，繼續(xù)延伸探究，將通電導線繞在鐵釘上，看看能否讓鐵釘磁化，這就進入了第二課的研究活動。因此，對電生磁的概念建構(gòu)是一個不斷求證的過程，是一個思維逐步推進的過程，強化了學生的證據(jù)意識，以及運用證據(jù)論證推理科學觀點的過程。

綜上所述，在課堂教學中，教師厘清教材思維脈絡，架設科學思維之梯，搭建展示科學思維的平臺，指向?qū)W生的科學思維能力，學生運用比較、分析、類比等思維方法，將有助于學生科學推理、科學建模、科學論證等科學思維能力的發(fā)展。