通过《空气占据空间吗》教学培养学生思维能力

〔摘""要〕"如何在实践探索中培养学生的思维能力，始终是当前科学教育界持续研究的核心议题。教师可以采用如“聚焦核心问题”“巧妙地构建问题场景”“利用学习框架”和“解决问题以拓展应用”等多种策略，促进学生思维逻辑的发展，激活其思维活力，并推动其思维的成长，最终使他们达到更高层次的思维水平。唯有如此，才能有效地促进师生互动，激发课堂思维活力，提高课堂教学质量。〔关键词〕"小学科学；思维能力；培养课堂教学是由教师教与学生学共同构成的整体，它是由教师有步骤、有目的地创设教学情境启发学生进行学习，这一过程最核心的任务就是要促进学生思维的发展。科学课堂上的“活动丰富，思维不足”已经影响了学生思维的发展。学生只有在学习与实践中亲身经历分析、决策、讨论等思维过程，才能培养科学思维，提高科学思维素质。所以，教师要注重核心问题的解决和逻辑思维的训练；在问题情境的引领下激发学生的思维活力；借助教育脚手架，推动学生思维能力成长；扩大应用，让学生向更高阶思维之路迈进。唯有如此，学生的科学思维能力才会得到加强，研究型课程才会更具有合理性与有效性。一、聚焦核心问题，发展学生思维能力小学科学课堂教学是由一个接一个的研究活动组成的，而每个活动之间都由一条主线连接在一起，体现的是教材的编写思路。教师在上课的过程中，就是要了解清楚每一个科学探究活动对于学生的思维发展起到哪些作用，以及其中的关系，从中梳理出整个逻辑关系和相应的核心问题，从而更有效地开展各种活动。核心问题是要引起学生对知识本质的关注，并包括学习重点。这可以帮助学生清楚地找到主题，鼓励他们独立思考和探索。教科版三年级上册《空气占据空间吗》这一课的核心问题是“空气占据空间吗”。教材通过“纸团湿了吗”“杯底打孔”“杯底打气”以及“利用空气将水从瓶中挤出来”四个活动，旨在引起学生思考：空气占据空间吗？水怎样占据空间？空气怎么占用水的空间？怎样在空间里进行水与气的交换？通过这4种逻辑思维的学习活动，可以使学生在观察现象、寻找事实的过程中找到逻辑关系，如图1。通过核心问题，教师可以揭示教学内容的关键和要点，学生可以交流知识的内在联系，了解知识的总体结构。因此，教师在进行教学设计时，应重视探究活动间的逻辑性，更好地发展学生的科学思维能力。二、巧设问题情境，激发学生思维活力问题是贯穿一节课的“灵魂”，有着“启思、增智”的作用。问题情境的创设在科学课堂上至关重要，基于问题的思维可以促使学生深入思考某一知识点，激活他们的大脑思维，鼓励他们根据学习情况分析、评估和解决问题，从而帮助学生获得更好的知识点。例如，在教学开始时，教师把底部有纸团的杯子放入水中，直到杯子底部在水下，并提出“杯子里的纸团湿了吗？”让学生思考和讨论。大多数学生根据自己的生活经历认为纸团会湿，而少数学生认为纸团不会湿，并解释了各自的理由。教师的提问，激发了学生的好奇心和求知欲，引导他们通过实验证实自己的观点。通过实验，学生发现杯子里有空气，将水和纸团分离，这样纸团就不会被浸湿，并初步感受到了“空气占据空间”。除此之外，教师也可以利用过渡性问题，结合学习过程前后的活动，激发学生的思维活力。过渡性问题是教师结合自己的教学经验，运用教学技巧衔接课堂每个环节所提出的问题，以此激活学生的科学思维，从而实现课堂教学目的。例如，在“杯子里的纸团湿了吗”和“杯子底部打洞”的过渡性问题中，两名教师展示了各自不同的过渡用语如下表。两位教师展现的都是过渡性问题，可是不同的问题，指向的目标不同，学生思考的方向不同，教学的意义也就不同。教师2提出的问题更为深入，其思考方式更具有引导性，这有助于更有效地激发学生思考，并推动科学观点的形成。通过解决过渡问题，学生不仅找到了一种在杯底打洞的技巧，还发现杯底气泡上升和杯内水位上升实际上是一种空间转移，这进一步强调了占用空间的重要性。这一过渡性的问题也能激发学生思考如何将杯子内的水排出，如何将空气引入杯子里（也就是将空气泵入杯子中），以及如何将水排出，从而揭示了水与空气之间空间交换的基本原理。因此，学生加强了对“空气占据空间”这一概念的理解，并且他们的科学思维也得到了进一步拓展。三、借助学习支架，提高学生思维能力支架式学习建立在学生现有发展水平与学生最近发展区之上，有计划、有秩序地进行。这是一种可以采用多种手段指导学生积极主动地建构认知结构，由此提升知识技能，向着更高层次发展的学习方式。（一）使用材料支架，增强研究效果在教授《空气占据空间吗》这一课时，学生发现很难看到空气，因为空气是无色、无味、透明的，是看不见且摸不着的。他们只能通过推理来理解空气占据了空间，这就意味着水无法进入这个空间。然而，这种逻辑推理对于三年级的学生而言，确实是一种挑战。如果教师能够适时地提供必要的教学材料，那么，学生就能更准确地观察到空气是如何占据空间的。尽管教学用书建议为了让学生更容易观察，可以在水面上撒一些漂浮物，但在整个观察过程中，学生还需要注意水位的变化，以及气泡的生成、纸团的湿润等现象。这些浮动的微小物体实际上可能会干扰学生，使他们无法集中注意力于实验中的各种现象，从而对最终的实验结果产生影响。而在将纸团塞入杯底的过程中，学生如果在放下去时操作不当，杯子倾斜了，或者用湿手接触这张纸，都有可能影响到最后的实验结果。于是，教师将材料加以改变，在一截普通的塑料吸管中间塞入泡沫代替纸团材料，用半截矿泉水瓶代替透明杯子，简化实验材料（见图2）。在实验过程中，学生可以从水槽的侧面进行观察，观察到塑料吸管的位置即水面的位置，并且，每个学生都进行尝试。对矿泉水瓶，学生都有生活经验，拧开瓶盖就可以放气，也就不需再进行打洞处理，只需注意水面不要高于瓶盖，以免进行第二个实验时水从上面灌入。在整个实验过程中，学生可以清晰地看到塑料吸管一开始在最下面，水只能进入一小部分；之后拧开瓶盖，水于是慢慢地进入瓶子，吸管慢慢地上升到瓶口，瓶口有气泡产生的现象。因此，我们可以得出这样的结论：“当空气在杯子内时，水是无法进入的；当空气离开杯子时，水才会进入。”这进一步加深了学生对“空气占据空间”这一现象的认识。这种材料支架为确立科学的观点提供了坚实的事实支撑，并有助于促进学生科学思维的持续发展。（二）巧设学习单，思维可视化学习单是学生参与研究过程的思维体现，是将不可见的思维进行可视化。例如，在开展实验前，可先让学生预测一下塑料吸管可能会在哪儿，暴露学生的前概念，了解学生在这之前对这个概念的理解程度。再让学生进行实验，将实验现象记录下来，并让学生在交流汇报的过程中，看着自己的记录单，说一说自己的发现。学习单是对科学概念的陈述，是发展科学思维的重要途径。学习单的设计也在一定程度上间接反映了教师的教学思想和教学理念。设计合理、有效的学习单不仅可以帮助学生更好地进行实验，还可以促进学生学科知识和思维的同步发展，它为学生的探究活动提供了关键的支架结构。（三）利用视频支架，简化论证过程虽然收集事实证据是实践探索的关键环节，但实验中的现象往往是短暂的。此外，三年级学生相对缺乏观察、思考和表达能力，难以清晰表达自己的想法。因此，教师可以通过智能技术，将刚才的实验现象通过大屏幕再次展现在学生面前，让学生边演示边述说自己观察到的情况，而教师和其他学生则可以边看视频边注意听他说的部分。同时，倾听者可对该学生没注意到的部分进行补充，从而降低论证难度，提升课堂效率。四、加强拓展应用，走向高阶思维交流和讨论是科学课程的重要组成部分，也是学生在科学实践和研究中与同龄人分享经验和事实的过程。在这个集体交流的过程中，学生通过思考处理自己的研究结果，发现新的知识，并用自己的语言表达出来。在讨论之后，他们能够不断地加深和改变自己的理解和构建概念，这是“创造性思维”的体现。当学生初步掌握了科学概念之后，教师可设计一系列拓展应用活动，以使学生强化这些概念并深化理解。当“空气占据空间吗”这节课到了尾声时，教师策划了一项扩展活动（如图4）。学生运用他们所掌握的知识，在不倾倒瓶子的情况下，让水从吸管中流出。教师向学生提出此问题后，鼓励大家讨论、分析，并根据自己的思考结果给出答案。这代表了对高级思维的一次考验，它揭示了学生在特定知识层面上的广泛运用。学生对这个瓶子表现出强烈的好奇心和求知欲，他们通过分享所学知识来表达自己的观点，并通过