在《光的傳播方向會發生改變嗎》 實驗教學中構建學生科學思維生長的課堂

褚王杰

小學科學課要培養學生的科學素養，科學素養中最關鍵的是科學思維。學生在學習科學的過程中要在掌握課標要求的18個大概念的基礎上，發展科學探究能力和科學思維。在小學階段，科學素養一般指的是學生在解決問題時表現出的思維活動和思維方式，是建立在科學事實的基礎上，加以邏輯推理，對實際問題進行探索和解決的過程。由此可見，學生科學思維的發展對科學素養的形成起著關鍵的作用，我們在日常教學中必須加以重視。

學生科學思維的生長是一種逐步培養和訓練的過程，需要在日常的科學探究和科學實踐中不斷訓練和提高。要運用合適的教學策略，選擇有結構的材料，讓他們在做中思，切實有效地發展他們的科學思維?，F以教科版2020年版科學教材五年級上冊《光的傳播方向會發生改變嗎》一課為例，談談如何構建學生科學思維生長的科學課堂。

一、聚焦核心問題，激發學生的科學思維

學生的科學學習始于問題，問題是科學思維發展的源頭。在科學課堂教學中，教師要善于創設符合學生心理的真實情境，站在學生已有的認知水平上，聚焦科學學習的問題，充分調動學生學習科學的積極性，使其投入科學研究中。

（一）實驗演示導入，點燃思維的火花

小學生對直觀的實驗現象很感興趣，能快速、有效地激發學生學習的熱情。在本課的教學中，聯系前一課《光的傳播會遇到阻礙嗎》，用藍色的指星筆照射充滿煙霧的空水槽，筆直的綠色光線喚醒了學生對光的傳播方式的認知。緊接著，將指星筆伸入水中，學生驚奇地發現，這條綠色的光線在水中也是直線傳播的。課堂氣氛第一次被點燃，學生迫切地想知道教師接下去會將指星筆放在哪里。這時教師出示裝一半水的水槽，聚焦核心問題——讓光線從空氣射入水中時，光的傳播路線會發生變化嗎？引領學生開始思考光線在不同的物質中的傳播特點。

課堂核心問題的聚焦不應該是教師強加給學生的，而是發自學生內心的，這樣的科學探究才能夠引發學生的深度學習，從而發展學生的科學素養。本課中核心問題的聚焦是在學生前一課的學習基礎上，創設了一個真實的情境，認知的沖突驅動學生的思維深度卷入。

（二）畫圖指引猜想，引發思維的互動

“光線從空氣射入水中時，光的傳播路線會發生變化嗎？如果發生變化，會怎么變？”在問題的驅動下，學生聯系前一課的內容和生活中的經驗，對問題進行思考，做出自己的猜想。有的學生認為，光從空氣進入水中時還是按照原來的傳播路線;有的學生認為，光從空氣進入水中時會發生偏折，但偏折的方向不同。用圖示的方式將這些猜想畫下來，便于和同伴進行交流。在比較、歸納的過程中，生生間激烈碰撞，促使學生主動、深入地投入探究活動中，以便尋找證據支持自己的觀點。

小學生的思維處在具體形象思維逐步過渡到抽象邏輯思維的過程。他們的描述能力弱，而圖形可以幫助學生將現階段頭腦中對問題的看法直觀、準確地呈現在同伴面前。

二、優化探究活動，發展學生的科學思維

科學探究是學生學習科學的主要方式，是學生獲得數據、形成科學概念的主要途徑，更是學生科學思維發展的重要支架。在科學教學中，教師要站在學生的角度，對教材中的探究活動進行優化，既要關注科學知識的學習和應用，也要關注學生科學思維的發展。

（一）探究由點到面，培養實證意識

科學是講究實證的，只有真實、有力的證據才能得出科學合理的解釋。因此，學生在探究活動中獲得的數據、現象越豐富，形成的證據鏈越完善，越能培養學生嚴謹的科學思維。本課在研究光從空氣射入水中發生的變化時，在教材的基礎上，多角度進行了探究實踐。

對于小學生來說，體驗是他們開展科學學習的重要途徑，借助指星筆從三個角度照射，讓每個學生都能真正地觀察到三種角度下光線傳播時的變化，收獲了三種直觀的現象，形成了一條比較完整的關于“光從空氣射入水中發生的變化”的證據鏈，有助于接下去科學概念的建構。

（二）內容有刪有減，培養邏輯思維

課程標準指出，科學教師要根據當地的教學資源、學生的實際情況，對教材做貼切的處理加工，創造性地使用教材，使之更加符合學生的發展規律。

觀察鉛筆和金魚在水中的變化，在教學目標的指向上異曲同工，結合學生的生活經驗可知，其對鉛筆在水中的變化更加熟悉，更能調動原有的認知，于是刪除了觀察金魚在水中變化的活動，取而代之的是另一種物質——果凍。在探究完“光從空氣射入水中發生的變化”后增加了“光從空氣射入果凍時發生的變化”的活動，增加了課堂的趣味性，進一步激發了學生學習的熱情。同時增加光從空氣射入果凍的現象進一步補充了光的折射的科學概念，學生的科學思維得到進一步發展。

（三）材料精心挑選，豐富感性認知

蘭本達教授的“材料引起經歷，材料促成思維”又給了教師很大的啟示：在科學探究活動中，教師要根據教材、學生，精心設計、選擇、提供有結構性的材料，對科學思維與科學概念的雙螺旋發展有著積極的促進作用。

原教材中的實驗器材雖然簡單但現象不明顯，實驗效果差。用這套實驗材料必須是在一個相對黑暗的環境中，學生才有可能比較清晰地看清楚實驗的現象，在多次實驗以后發現獲得的現象和實際的現象不符?；诖?，教師對上述材料進行了優化，選擇了以下材料：方形的玻璃魚缸（尺寸量一下）、帶孔的蓋子、帶孔的小木塊、一段香、指星筆，按照下圖的步驟制作一個光的折射探究裝置。

教師在教學中使用了方形水缸、香、果凍、沙子等一系列材料，學生在實驗室內就能直觀地看到光傳播路線的變化。這樣的材料改進大大縮短了教學組織的時間，降低了無謂的實驗操作難度，規避了實驗中的干擾因素，切實提高了活動的效率，對學生科學思維的發展起到了積極的推動作用。

三、深度研討論證，內化學生的科學思維

課堂中的研討論證環節是科學探究活動的重要一環，學生在深度探究后獲得的事實和已有經驗產生了深度碰撞，獲得了新的認識。這些認識是需要通過研討論證的環節，與同伴進行分享和交流的。在生生論證的過程中，科學概念呈現螺旋式上升，低階思維發展到高階思維。

（一）抽絲剝繭，體現嚴謹的思維

人們對事物的認識從個別事物開始，從個別中概括出一般規律。本課學生在研討活動中，對光線從空氣進入水和果凍的現象進行歸納，透過現象看本質，發現了光的折射的一般規律，在現象中構建科學概念，保證了思維的嚴謹。

本節課，在探究光線從空氣進入水和果凍的活動中，學生經歷了三個角度五次體驗活動，獲得了五種明顯的實驗現象，并用圖示法記錄在圖中。教師引導學生把現象分成兩類，一類是光線垂直照射，另一類是光線斜射。在不同的現象中進行比較、推理，并試著用自己的語言對現象進行描述和歸納，提煉初步的科學概念。

學生關于光從空氣進入水中的記錄

（二）及時出手，保證思維的延續

在課堂論證環節，很多教師采用以個體論證為主的方式，這種方式學生的思維發展是單向發展的，因此我們可以在個體論證的基礎上結合集體論證，讓學生在相互質疑的過程中不斷完善證據鏈。但考慮到我們論證的參與者畢竟是十幾歲的學生，難免會出現誰也說服不了誰，或者研討環節無法繼續下去的情況，此時教師要及時伸出援助之手，確保學生的科學思維得以延續發展。

在本課中，通過上一環節的研討和交流，學生已經達成了共識：光從一種物質斜射進入另一種物質時，傳播發現會發生偏折。研討出現了冷場，這時教師指著黑板上的板書，讓學生仔細觀察并思考問題：光線是在哪個位置發生偏折的？一石激起千層浪，學生閉塞的思維再次被打開了，填補了科學概念中缺失的那一角，建構了比較完整的科學概念。

四、概念學以致用，拓展學生的科學思維

《義務教育小學科學課程標準》指出：小學階段要具備一定的處理實際問題、參與公共事物的能力。

問題的解決過程是對科學規律的再次探索，是對科學知識的繼續升華，更是科學能力的進一步提高。教師要在課堂教學中充分發揮學生探究的余熱，再次點燃他們學習的熱情，讓他們樂意去應用、善于去應用所學的知識，層層遞進，學以致用，將新獲得的科學知識轉變為科學素養，納入原有的知識體系中，進一步拓展學生的科學思維。

（一）聯系生活，讓思維活起來

在小學科學課堂教學中，教師要結合教材，科學地設計生活化的科學實踐活動，讓學生在探究實踐中發現問題，并用課堂中獲得的科學概念和探究能力去解決問題，以培養學生學以致用的能力，從而進一步激發學生的好奇心和對學習的欲望，豐富學生的學習經歷。

本節課在建構了關于光的折射的科學概念后，教材繼續引導學生探究鉛筆放入水中的變化。為了喚醒學生的原始生活經驗，教師給每組準備了一支2B鉛筆，讓學生多角度觀察鉛筆在水中的變化。學生驚奇地發現水中的鉛筆斷了、水中出現了好幾支鉛筆等一系列現象。雖然對于這些現象學生不能完整地解釋清楚，但通過今天的課堂學習，學生至少知道了這些現象都是和光的折射有關的，需要有更加龐大的知識體系才能解決這個問題。這就很好地激發了學生繼續學習、繼續研究光的折射的欲望。

（二）課外探究，讓思維寬起來

課外的探究活動突破了時間、空間、形式的限制，學生在科學學習之余更加廣闊的情境中，能培養獨立發現問題、思考問題、解決問題的能力，讓他們的思維更加寬廣，豐富對周圍世界的認識。

本節課的最后，教師給學生布置了一個課外探究活動——消失的硬幣。在透明杯子的杯底放一枚硬幣，慢慢在杯中加水，讓硬幣消失。

從演示實驗中開始本課教學，又從新的探究活動中激發學生新的思考，圍繞科學大概念，讓學生的思維一直處在一個動態的發展的過程。而課外探究活動是科學知識遷移運用的過程，也是學生解決新問題的一種嘗試，既幫助學生豐富了科學概念，又拓寬了學生科學思維的廣度。

綜上所述，科學思維發展的科學課堂要和小學科學的學科特點相結合，要把科學概念的學習和探究實踐的學習結合起來，根據學生的認知水平，靈活使用教材，以科學素養發展為目標，創設符合學生心理特點的情境，挑選有結構的材料，讓學生在課堂中深度探究，促進科學思維自主有序地發展，使學生的科學思維在短短的40分鐘時間里得到有效生長。