□范 蓓

慣性思維也稱思維定式，是由先前的活動(dòng)造成的一種對活動(dòng)的特殊心理準(zhǔn)備狀態(tài)或活動(dòng)傾向性?！读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在課程目標(biāo)中指出：學(xué)生需要掌握分析與綜合、比較與分類、抽象與概括、歸納與演繹、聯(lián)想與想象、重組思維、發(fā)散思維、突破定式等基本的思維方法，能從不同角度分析、思考問題，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)和解決問題的方法。小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以探究為核心，以實(shí)驗(yàn)為支撐。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生突破慣性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。本文以三次實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，分析學(xué)生的慣性思維，并提出相應(yīng)的干預(yù)策略。

一、修正記錄單，實(shí)現(xiàn)從證據(jù)到概念的建構(gòu)

在科學(xué)學(xué)習(xí)中，利用證據(jù)對知識進(jìn)行解釋和論證，是構(gòu)建科學(xué)概念的主要方式之一。很多科學(xué)證據(jù)是通過實(shí)驗(yàn)觀察得來的，這就要求教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要借助合適的支架呈現(xiàn)學(xué)生的觀察結(jié)果，使學(xué)生的思維過程可視化。實(shí)驗(yàn)記錄單是十分合適的支架，教師可以利用實(shí)驗(yàn)記錄單引導(dǎo)學(xué)生在觀察時(shí)記錄第一手證據(jù)，為后續(xù)的交流討論提供依據(jù)。

【案例1】

教科版《科學(xué)》四年級下冊《種子的傳播》一課的教學(xué)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生研究“一種植物種子是否僅有一種傳播方式”，課堂教學(xué)過程如下。

教師讓學(xué)生觀察蒼耳、蓮蓬、蒲公英、葡萄的特征，并推測這些植物的種子的傳播方式。

生：蒼耳有刺，且比較輕，所以靠動(dòng)物傳播；蓮蓬表面干、硬，并且生活在水里，所以靠水傳播；蒲公英的種子像傘，很輕，有毛，所以靠風(fēng)傳播；葡萄顏色鮮艷、味道鮮美，所以靠動(dòng)物傳播。

師：你們同意這個(gè)小組的意見嗎？

生：同意。

師：還有什么要補(bǔ)充的嗎？

（生沉默）

師：誰來總結(jié)一下這些種子的傳播方式？

生：蒼耳種子的傳播方式為動(dòng)物傳播；蓮蓬種子為水傳播；蒲公英種子為風(fēng)傳播；葡萄種子為動(dòng)物傳播。

【案例分析】

表面上看，上述實(shí)驗(yàn)觀察十分成功，所有小組都能觀察到蒼耳、蓮蓬、蒲公英、葡萄的特征，并且找到了對應(yīng)的傳播方式。然而，學(xué)生并沒有從“種子的傳播方式與種子的結(jié)構(gòu)及生長環(huán)境特征之間的關(guān)系”進(jìn)行分析，他們很難將觀察到的種子結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)化為確定種子傳播方式的證據(jù)。這就導(dǎo)致學(xué)生在匯報(bào)時(shí)陷入了“一種植物種子只有一種傳播方式”的慣性思維。

【教學(xué)改進(jìn)】

為了突破“一種植物種子僅有一種傳播方式”的慣性思維，教師對實(shí)驗(yàn)記錄單進(jìn)行了調(diào)整。表1為單一性的實(shí)驗(yàn)記錄單，表2為思維含量更高的實(shí)驗(yàn)記錄單。

表1

表2

如表1所示，學(xué)生需要把這些種子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)寫在一個(gè)格子里，然后根據(jù)這些特點(diǎn)來判斷種子的傳播方式。每個(gè)小組一份實(shí)驗(yàn)記錄單，組員合作完成。表2所示的記錄單中，教師采用讓每個(gè)學(xué)生先獨(dú)立思考，再在小組內(nèi)討論交流的方式進(jìn)行記錄，具體操作方法如圖1所示。

圖1

首先，學(xué)生獨(dú)立觀察種子，并將觀察到的種子結(jié)構(gòu)和生長環(huán)境特征寫出來。這樣每個(gè)學(xué)生都能在觀察中主動(dòng)參與，形成自己的觀點(diǎn)。其次，學(xué)生在觀察結(jié)束后進(jìn)行小組討論，討論的主題是“你是根據(jù)種子的什么特征推測出它的傳播方式的”，這就是一個(gè)依據(jù)證據(jù)建構(gòu)概念的過程。最后，學(xué)生在填好表2 后在組內(nèi)將種子的每個(gè)特征與對應(yīng)的傳播方式進(jìn)行連接。例如，學(xué)生注意到蒼耳較輕，想到動(dòng)物傳播和風(fēng)傳播兩種方式；看到蒼耳扔到桌上會(huì)彈起來，想到自體傳播。由此，學(xué)生得出結(jié)果：蒼耳種子的傳播以動(dòng)物傳播為主，以風(fēng)傳播、自體傳播為輔。這樣“一種植物種子僅有一種傳播方式”的慣性思維就得到了修正。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)材料，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)的探究

透過現(xiàn)象看本質(zhì)是科學(xué)研究的基本方法，這種方法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中同樣適用。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，抓住現(xiàn)象背后隱含的本質(zhì)原理。其實(shí)，在教科版《科學(xué)》中，存在著很多現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)，如用蠟燭探究二氧化碳輕重的實(shí)驗(yàn)以及比較鐵、銅、鋁三種金屬導(dǎo)熱性的實(shí)驗(yàn)等。為了讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，教師需要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)方案，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

【案例2】

教科版《科學(xué)》四年級上冊《聲音的高與低》一課的教學(xué)中，教師帶領(lǐng)學(xué)生探究“裝水少的杯子發(fā)出的聲音是否一定高”。課堂上，教師在課件上出示了一道題，如圖2所示。

圖2

全班共41人，其中29人認(rèn)為用嘴吹1號至4號玻璃杯口，聲音將會(huì)由高到低變化。這是因?yàn)?號杯中水最少，水振動(dòng)得最快，所以聲音最高。

【案例分析】

回答上述問題前，學(xué)生準(zhǔn)備了四個(gè)水量不同的杯子，依次敲擊來辨別聲音的高低，結(jié)論是：裝水越少的杯子，敲擊后發(fā)出的聲音越高。約71%的學(xué)生在回答圖2 所示的題目時(shí)，認(rèn)為用嘴吹和敲擊一樣，都是使水發(fā)生振動(dòng)，因此陷入了“裝水少的杯子發(fā)出的聲音一定高”的慣性思維。事實(shí)上，敲擊杯子時(shí)，發(fā)生振動(dòng)的物體是水，而用嘴吹杯口時(shí)，發(fā)生振動(dòng)的物體是空氣。學(xué)生沒有弄清楚發(fā)聲的物體，其科學(xué)學(xué)習(xí)停留于表象，因而陷入了思維誤區(qū)。

【教學(xué)改進(jìn)】

為了幫助學(xué)生明確科學(xué)原理，突破慣性思維，教師對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了改進(jìn)，目的是將音量放大，使物體的振動(dòng)可視化，使學(xué)生容易觀察現(xiàn)象，順利得出科學(xué)本質(zhì)。

1.利用共鳴盒，放大音量

教科版《科學(xué)》四年級上冊《聲音的強(qiáng)與弱》一課中，教材安排了讓學(xué)生用不同力度撥動(dòng)鋼尺（如圖3），明確振動(dòng)幅度與聲音強(qiáng)弱關(guān)系的活動(dòng)。由于撥動(dòng)鋼尺發(fā)出的聲音比較弱，加上周圍其他聲音的干擾，學(xué)生不能很好地得出振動(dòng)幅度與聲音強(qiáng)弱的關(guān)系。為此，教師自制共鳴盒，將聲音導(dǎo)管與共鳴盒連接起來，避免實(shí)驗(yàn)受外界的干擾，具體如圖4所示。這樣，學(xué)生能夠得出“振動(dòng)幅度大，聲音強(qiáng)；振動(dòng)幅度小，聲音弱”的規(guī)律。

圖4

2.利用塑料管，呈現(xiàn)振動(dòng)

為了讓學(xué)生感受“聲音高低與振動(dòng)快慢的關(guān)系”，教師讓學(xué)生吹長短不同的塑料管，并在塑料管底部貼一張小紙條。這樣，學(xué)生在吹氣時(shí)，就能明顯看到不同塑料管底部紙條的振動(dòng)情況。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考“紙條和什么有接觸？”“是什么讓紙條發(fā)生振動(dòng)？”等問題。學(xué)生由此理解吹氣能引起塑料管內(nèi)空氣的振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。再次實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生觀察紙條振動(dòng)的快慢情況，有以下發(fā)現(xiàn)：吹短管時(shí)，紙條振動(dòng)得快，發(fā)出的聲音高；吹長管時(shí)，紙條振動(dòng)得慢，發(fā)出的聲音低。教師還可以在塑料管上安裝彈簧夾，讓學(xué)生敲擊塑料管，觀察彈簧夾的振動(dòng)情況，再次明確發(fā)生振動(dòng)的物體。

3.利用傳感器，量化振動(dòng)

在塑料管底部貼紙條的方式能讓學(xué)生從定性的角度得出聲音高低與振動(dòng)快慢的關(guān)系。為了讓學(xué)生從定量的角度分析聲音高低與振動(dòng)快慢的關(guān)系，教師進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生吹長短不同的塑料管時(shí)，教師將聲波傳感器與電腦進(jìn)行連接，用直觀的振動(dòng)波紋圖呈現(xiàn)塑料管內(nèi)空氣的振動(dòng)頻率變化（如圖5）。這樣，學(xué)生能夠直觀地看到：吹短管時(shí)，空氣振動(dòng)快，聲音高；吹長管時(shí)，空氣振動(dòng)慢，聲音低。

圖5

上述實(shí)驗(yàn)中，教師利用共鳴盒將聲音放大，利用塑料管使振動(dòng)可視化，利用聲波傳感器使振動(dòng)量化。學(xué)生完成了從現(xiàn)象到本質(zhì)的飛躍，深度理解了物體振動(dòng)快慢與聲音高低的關(guān)系。

三、豐富實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)從單一到多元的突破

實(shí)驗(yàn)方案是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，直接決定實(shí)驗(yàn)效果和課堂效率。學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方案的思考和操作是建構(gòu)科學(xué)概念的前提。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生從生活中尋找跟課堂實(shí)驗(yàn)相近的情境，嘗試用不同的思路制訂實(shí)驗(yàn)方案，讓問題的解決方法從單一走向多元。

【案例3】

在進(jìn)行教科版《科學(xué)》三年級上冊《水到哪里去了》一課的課堂小結(jié)時(shí)，教師出示了一杯冒著白氣的熱水，讓學(xué)生說一說眼睛看到的白氣究竟是什么。令人意外的是，班級中僅10%的學(xué)生知道白氣是小水滴，其余的學(xué)生都認(rèn)為是水蒸氣。

【案例分析】

多數(shù)學(xué)生認(rèn)為熱水上方的白氣是水蒸氣，出現(xiàn)這一慣性思維是由于學(xué)生對“水蒸氣看不見、摸不著的特點(diǎn)”不夠了解。教材沒有安排了解水蒸氣特點(diǎn)的短時(shí)實(shí)驗(yàn)，僅安排了一個(gè)歷時(shí)兩天的長時(shí)實(shí)驗(yàn)，即在兩個(gè)大小相同的杯子里放等量的水，放在通風(fēng)處，一個(gè)杯子用塑料薄膜封住，另一個(gè)杯子敞口放置。學(xué)生只能通過圖片觀察兩個(gè)杯子的水量變化，模糊地說出水蒸氣的特點(diǎn)。

【教學(xué)改進(jìn)】

為了突破“熱水上方的白氣是水蒸氣”的慣性思維，教師結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，提供了研究水蒸氣的四個(gè)層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方案，如圖6。

圖6

學(xué)生通過方案1和方案2，觀察到水蒸氣無色、無味、看不見、摸不著等特點(diǎn)，并感受到水變成水蒸氣的過程中會(huì)吸熱；通過方案3和方案4，在短時(shí)間內(nèi)看到水蒸氣變成小水滴的過程。這四個(gè)實(shí)驗(yàn)豐富了學(xué)生的體驗(yàn)，加深了學(xué)生對水蒸氣特點(diǎn)的了解，進(jìn)而使學(xué)生突破了“熱水上方的白氣是水蒸氣”的慣性思維。

總體而言，突破學(xué)生慣性思維的干預(yù)策略是以學(xué)生的前概念為基礎(chǔ)的。干預(yù)的過程也是學(xué)生修正和完善前概念并構(gòu)建新概念的過程。教師要從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，采用有效的策略，幫助學(xué)生突破原有認(rèn)知，建構(gòu)完整的科學(xué)概念。