把科学思维能力的培养落到实处

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  人教鄂教版《科学》教材(以下简称“本套教材”)的编写特色之一是注重科学思维能力的培养。在本套教材中,大部分课程都有一个科学实践活动,有的课程有两个或三个科学实践活动。这些科学实践活动包括探究实践活动和技术与工程实践活动。在所有的科学实践活动中,思维活动都处于核心地位。这些科学实践活动的开展基本遵循科学思维的一般过程,使学生有机会进行多种形式的思维活动,并鼓励学生的创造思维。在经教育部审定通过的低年级教材中,本套教材注重科学思维能力培养的编写特色得到了充分的体现。本文以一年级上册《科学》教材为例,分析学生科学思维能力的培养体现在哪些方面,以供使用本套教材的科学教师参考。
  围绕科学思维的培养开展科学实践活动
  科学研究的一般过程与科学思维的一般过程基本吻合,在科学研究过程中,始终伴随着科学思维。科学研究中,科学思维的一般过程分为提出问题、搜寻事实、捕获信息和立论解释。在本套教材中,科学实践活动都是从问题或项目开始,引导学生在探究过程或技术设计制作过程中,不断地思考,解决问题或完成项目。本套教材中的科学探究实践活动围绕科学思维的一般过程展开;与之相对应,技术与工程实践活动的科学思维主要遵循明确工程问题、设计工程解决方案、创设模型和评估改进模型的过程(如表1)。
  从小学低年级开始,科学课教学中就应当围绕学生科学思维的培养开展科学实践活动,使他们在科学思维的发展过程中形成科学概念。小学科学课程标准中的课程内容是围绕大概念、核心概念来组织的,课程标准中的主要概念可以理解为核心概念,其上位概念为大概念。逻辑学认为,思维过程就是概念、判断的形成过程以及运用概念、判断进行推理的过程。概念源于对客观事物的认识,具有客观性;但是用文字表达的概念,其内在的意义,只能靠思维来理解和建构。因此,概念教学重在理解和意义建构,是思维的教学。
  在本套教材的设计中,既考虑了主要概念与学生头脑中可能的原有概念之间的联系,也考虑了课程标准设定的学段学习目标,保证科学概念的发展是渐进的、有层次的。低年级的科学概念均为具体概念,而具体概念的获得常通过观察,即用感觉器官去感知而获得。获得事实性的基础概念所用的思维方法主要有比较、分类、分析、综合、判断和简单归纳推理等。
  概念有内涵和外延之分。内涵描述的是事物的特有属性。外延是一类事物,有的涉及的事物有的数量少,可以一一列举出来;有的数量多,可以分成若干小类。分成小类时,要使用同一个分类标准。如果只是根据实践的需要选择任何一种属性来分类以方便使用,就是简单的划分;如果根据事物的本质属性或显著特征划分,有利于知识的系统化,就是分类。本套教材中提供给学生分类的事物是同一类的,如水果、材料、动物等。低年级的分类包括划分,即学生可以使用任何一种属性作为分类标准。分类是在比较的基础上进行的,通过比较,找出事物的不同点和相同点,再根据相同点进行分类,形成科学概念。
  分析是在思维过程中把对象进行整体分解来加以考查的逻辑方法,综合则反之。思维在反映事物时,既要对它进行分析,又要对它进行综合,因此,分析与综合是在同一研究活动中既相互对立又相互联系的两种不同的思维过程。通过不同形式的分析思维和综合思维(如表2),学生可以获得科学概念。在低年级,一般不涉及辩证分析和辩证综合。
  判断需要对事物的情况有所断定,不是肯定,就是否定。运用概念进行判断反映了对概念的进一步理解。
  归纳推理是从特殊或个别性前提推出一般性的结论,演绎推理是从一般性前提推出特殊或个别性结论。由于演绎推理是在掌握概念性知识基础上进行的推理,低年级学生的知识储备和思维水平不足,难以进行有意识的演绎推理。因此,在本套低年级教材中,所用到的推理方法主要为归纳推理,并且基本上是简单枚举归纳推理,即根据一些事物中部分对象的某种属性,在没有发现反例的情况下,推出该类事物全部对象都具备这种属性。通过归纳能够形成较为抽象的概念。
  为学生进行多种科学思维活动提供机会
  概念、判断和推理是科学教師比较熟悉的抽象思维。此外,科学发现离不开形象思维和直觉思维。本套教材从低年级开始,给学生提供丰富的训练形象思维的机会,鼓励教师发展学生的直觉思维并能积极解决问题。另外,鼓励培养学生的发散、质疑等与创造思维密切相关的思维品质。
  形象思维是以直观形象的表象来解决问题的思维。在科学思维中,一般同时存在着抽象思维和形象思维,两种思维相互作用、相互补充。本套教材有一个明显区别于其他版本之处,是在每个单元后有单元回顾。低年级的单元回顾,以直观形象的科学概念图的形式呈现一个单元科学概念的主要内涵、外延或概念之间的相互关系,实现了抽象思维与形象思维的融合。
  直觉思维是不借助于逻辑推理而迅速作出猜测、设想或顿悟的一种跃进性思维,是在抽象思维或形象思维发展到一定阶段,特别是在思维中断后,经过不懈的思维活动,重新接通思维内容后产生的跳跃或升华。科学灵感的出现往往与直觉思维有关。在科学课学习中,学生对某一科学问题积累了丰富的思维材料,进行理性分析,并捕获信息,就有可能诱发灵感,提出富有创造性的观点。在本套教材中,我们鼓励教师在课堂上把学习的主动权交给学生,对于学生的大胆设想给予鼓励,对合理成分给予充分肯定,因势利导,让他们体验直觉思维成功的喜悦感。如在引导学生设计笔筒时,让学生观察各种笔筒,了解笔筒的结构,获得设计独特的笔筒的灵感。
  创造思维表现为独立思考、创造性地发现问题和解决问题。在创造思维中,形象思维、直觉思维、抽象思维都起着比较重要的作用。此外,发散、质疑等思维品质是创造思维的重要组成部分。
  有的人思维跨度比较大,可以海阔天空地展开联想,这种灵活的思维就是发散思维。具有发散的思维品质,可以使我们遇到问题时能够积极调整思考方式,开拓新的思路。没有发散思维,就不会有任何创造性的萌芽和创造性的成果。质疑是批判性思维的基础。儿童从小就喜欢提问题,对于常见的事物也要问个“为什么”。对于每一种事物都提出疑问,这是许多新事物、新观念产生的开端,也是创造思维的基础之一。   本套教材中,低年级教材注重培养学生的发散思维和质疑思维,鼓励他们发挥自己的创造性。例如,每个单元都会鼓励学生提出问题,在科学实践活动中寻求证据;鼓励学生提出不同的观点,从他人的观点中获得启发。当然,教学是依据学生的发展不断动态生成的过程,需要教师把握和提供给学生进行多种思维活动的机会。
  思维能力培养要点解析
  本套教材一年级上册设计了《走近科学》《家养小动物》《家中的物品》《制作小物品》4个单元,每课均设计了科学实践活动。下面从思维过程、思维方法、思维活动等方面,对每个科学实践活动的思维能力培养要点进行解析。
  1.破解“钓鱼游戏”的奥秘
  (1)思维过程。
  提出问题:为什么有的“小鱼”能够被钓起来?
  搜寻事实:观察各种“小鱼”和“鱼钩”。
  捕获信息:发现磁铁和能被磁铁吸引的物体。
  立论解释:有些物体能被磁铁吸引,所以包藏有这些物体的“小鱼”能被钓起。
  (2)思维方法。
  分析:简单分析,将“鱼钩”“小鱼”各部分分解开来,分别观察。
  综合:简单综合,通过简单分析综合认识“鱼钩”和被钓“小鱼”之间的关联。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察“鱼钩”“小鱼”,了解它们的结构。
  抽象思维:在观察的同时进行分析综合,认识到磁铁能吸引特定的材料。
  2.怎样快速从水中取出曲别针
  (1)思维过程。
  提出问题:怎样快速从水中取出曲别针?
  搜寻事实:用多种方法尝试。
  捕获信息:用磁铁能完成任务。
  立论解释:曲别针是铁制成的,能被磁鐵吸引。
  (2)思维方法。
  判断:尝试多种方法,根据教材中提出的要求,判断适宜采用哪种方法。
  (3)思维活动。
  发散思维:想各种方法快速从水中取出曲别针。
  3.怎样知道袋子里有什么
  (1)思维过程。
  提出问题:怎样知道袋子里有什么?
  搜寻事实:用听、闻、摸、看、尝的方法观察。
  捕获信息:获得袋子中不同物体在声音、气味、触觉、形态、味道等方面的特征。
  立论解释:五种感觉器官可以帮助我们进行观察。
  (2)思维方法。
  分析:感觉分析,逐一利用感觉器官观察,并描述袋子里的物体。
  综合:知觉综合,通过综合各种感觉器官的观察结果,认识到五种感觉器官的作用。
  (3)思维活动。
  形象思维:运用感觉器官在不打开袋子和打开袋子的情况下进行观察。
  质疑思维:对同学和自己的观察进行反思和评价。
  4.观察水果
  (1)思维过程。
  提出问题:水果有哪些相同与不同?
  搜寻事实:用五种感觉器官观察一种水果,再观察比较两种以上的水果。
  捕获信息:获得水果的相同点与不同点。
  立论解释:水果有相同点和不同点,可以按照相同点给水果分类。
  (2)思维方法。
  分析:感觉分析,利用五种感觉器官逐一观察描述水果。
  综合:知觉综合,通过综合各种感觉器官的观察结果,认识到水果的特征。
  比较:根据前面的认识,比较几种水果的相同和不同。
  分类:任意找一个标准对水果进行划分。
  (3)思维活动。
  形象思维:运用五种感觉器官观察各种水果,根据水果的各种相同点对水果进行划分。
  发散思维:尽量使用各种形容词来描述水果。
  质疑思维:判断大家的描述与分类是否合理。
  5.观察金鱼
  (1)思维过程。
  提出问题:提出关于金鱼的问题。
  搜寻事实:画金鱼,观察金鱼。
  捕获信息:获得金鱼的身体、运动及其他的生活习性信息。
  立论解释:形成对金鱼较为全面的认识。
  (2)思维方法。
  分析:简单分析,将金鱼分为各个部分分别观察,或者从运动、取食等不同角度进行观察。
  综合:简单综合,根据简单分析对金鱼形成整体的认识。教学中建议用气泡图的形式引导学生去分析与综合。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察描述金鱼的身体、运动等。
  发散思维:尽量使用各种形容词来描述金鱼。
  6.比较猫和兔
  (1)思维过程。
  提出问题:猫和兔有哪些相同点和不同点?
  搜寻事实:观察、比较猫和兔的身体及各自的本领。
  捕获信息:获得猫和兔的身体结构特点等信息,了解它们的本领。
  立论解释:猫和兔的身体结构相同,但由于一些器官不同,它们具有不同的本领。
  (2)思维方法。
  分析:简单分析,像分析金鱼那样分析猫和兔的身体结构和各种本领。
  综合:简单综合,根据简单分析形成对猫和兔的整体认识。
  归纳:归纳猫和兔在身体结构和各种本领方面的相同和不同,初步形成对猫和兔所属物种的认识。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察比较猫和兔的身体、本领等。
  抽象思维:归纳猫和兔的相同点和不同点。
  7.认识更多家养动物
  (1)思维过程。
  提出问题:家养动物有哪些相同点和不同点?
  搜寻事实:观察、比较各种家养动物及它们的图片。   捕获信息:获得所观察、比较的家养动物的不同点,找出它们的相同点。
  立论解释:家养动物之间互有不同点,它们也有一些相同点,如生长、取食、运动、繁殖后代等。
  (2)思维方法。
  比较:比较各种家养动物的不同点和相同点。
  归纳:根据比较,归纳动物的几个基本特征,如生长、取食、运动、繁殖后代等。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察各种家养动物的图片。
  抽象思维:归纳动物的几个基本特征,如生长、取食、运动、繁殖后代等。
  质疑思维:对其他人归纳的动物特征是否合理进行评价。
  8.它们是用什么材料制成的
  (1)思维过程。
  提出问题:家中的物品是什么材料制成的?
  搜寻事实:调查家中的物品用什么材料制成。
  捕获信息:家中的物品用不同的材料制成。
  立论解释:不同的材料有不同的用途,根据制作材料的不同可以给物品分类。
  (2)思维方法。
  分析:简单分析,观察家中物品的各个部分,了解其由哪些材料制成。
  综合:简单综合,根据前面的观察,对家中物品的制作材料形成整体认识。
  分类:根据家中物品的制作材料给物品分类。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察家中物品的各个部分是由什么材料制成的。
  质疑思维:认为其他人对家中物品的制作材料的调查结果不合理时,提出质疑。
  9.材料有什么不同
  (1)思維过程。
  提出问题:材料有什么不同?
  搜寻事实:观察、比较不同的材料。
  捕获信息:获得金属、塑料、纸、布、木等材料各自的特性。
  立论解释:金属、塑料、纸、布、木等材料具有不同的特性。
  (2)思维方法。
  比较:观察材料,比较材料有哪些不同;通过多种方法,比较材料有哪些不同。
  判断:根据对材料的认识,判断制成家中物品的某一种材料是否可以被替换为其他材料。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察、比较各种材料的不同。
  10.认识纸
  (1)思维过程。
  提出问题:各种纸有什么特点?
  搜寻事实:观察、比较各种纸。
  捕获信息:发现各种纸的特点,观察纸纤维,比较它们的渗水性等特性。
  立论解释:纸由纤维组成,不同纸纤维的渗水性、结实程度等有所不同。
  (2)思维方法。
  比较:观察材料,比较纸有哪些不同;通过多种方法,比较纸有哪些不同。
  归纳:归纳纸的相同点——都由纤维构成。
  分析:简单分析,观察不同纸制品,分析它们的不同之处。
  综合:简单综合,通过简单分析,认识到不同的纸有不同的功能。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察比较各种纸的不同。
  抽象思维:发现纸的相同——都由纤维构成。
  11.学习使用工具
  (1)思维过程。
  提出问题:各种工具能帮助我们做什么?
  搜寻事实:选择工具完成一些任务。
  捕获信息:用绘图工具、裁剪工具、连接工具、测量工具等可以完成相应的任务。
  立论解释:不同的工具有不同的用途,要根据任务需要选择合适的工具。
  (2)思维方法。
  比较:使用不同的工具,认识不同工具有不同的功能。
  分类:按照功能的不同,对工具分类。
  (3)思维活动。
  形象思维:观察、使用各种工具。
  抽象思维:认识不同的工具有不同的功能,根据工具的功能对它们进行分类。
  12.用废旧材料制作笔筒并改进
  (1)思维过程。
  明确工程问题:制作笔筒,将笔收拾整齐。
  设计工程解决方案:搜集制作笔筒的材料和工具,根据材料设计笔筒。
  创设模型:制作笔筒。
  评估改进模型:改进笔筒。
  (2)思维方法。
  分析:简单分析,搜集各种材料,分析它们是否适用于制作笔筒,应该怎样制作,需要用到哪些工具。
  综合:简单综合,根据搜集的材料和工具,形成制作笔筒的整体构想。
  比较:比较各种笔筒,发现优缺点。
  归纳:归纳大家制作的笔筒存在哪些不足,思考可以有哪些改进的方法。
  (3)思维活动。
  形象思维:画出笔筒设计图,按照设计图制作;比较大家制作的各种笔筒。
  发散思维:选择各种可以用来制作笔筒的材料和工具,思考制作好的笔筒还可以用来装什么。
  关注学生科学思维能力的培养是教材编者、教师等科学教育者的责任。本套教材对小学科学教学中所能培养的学生的科学思维能力进行了细致的分析和分类,并使之能够尽量落实到每一课的教学之中。在实践中,教师们需要努力实施、进行检验,并提出改进意见。
  人民教育出版社综合理科编辑室 (100081)?
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