宋華強(qiáng)

科學(xué)課程中的許多知識(shí)對學(xué)生的終身可持續(xù)發(fā)展具有重要的基礎(chǔ)性作用。如力的知識(shí)、電的知識(shí)、光的知識(shí)等等。在幫助學(xué)生建構(gòu)這些科學(xué)知識(shí)的過程中，我們往往是從實(shí)驗(yàn)出發(fā)的。凡實(shí)驗(yàn)就有現(xiàn)象，而做實(shí)驗(yàn)往往又不滿足于所得到的表面現(xiàn)象，我們總希望得到現(xiàn)象背后的規(guī)律、原理、結(jié)論等。如何從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出科學(xué)結(jié)論呢?在此過程中隱含著怎樣的科學(xué)思維過程，或者說學(xué)生運(yùn)用了什么樣的科學(xué)思維方法呢?教師能否在幫助學(xué)生靈活運(yùn)用這些科學(xué)思維方法上形成一些穩(wěn)定的科學(xué)策略呢?

實(shí)驗(yàn)就是讓學(xué)生先對科學(xué)現(xiàn)象獲得清晰的印象，然后通過分析、歸納等科學(xué)的思維方式，抓住現(xiàn)象的本質(zhì)，從而使學(xué)生從具體的感性認(rèn)識(shí)上升到抽象的理性認(rèn)識(shí)，最終形成科學(xué)概念。為提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的有效性，教師應(yīng)該了解、研究學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中常用的科學(xué)思維方法，即找出學(xué)生從現(xiàn)象到結(jié)論的過程中所運(yùn)用的科學(xué)思維方法。

科學(xué)思維方法有很多種，本文在對常用的一些科學(xué)思維方法進(jìn)行探討的基礎(chǔ)上，研究這些科學(xué)思維方法在具體實(shí)踐中是如何運(yùn)用的，在幫助學(xué)生運(yùn)用這些科學(xué)思維方法的過程中教師能得出什么樣的有效策略。

一、探索科學(xué)的窗口——觀察法

觀察法是指研究者通過感官和輔助儀器，有目的、有計(jì)劃地對處于自然情境下的客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)感知觀察的一種科學(xué)研究方法。在科學(xué)課程中有很多實(shí)驗(yàn)要用到觀察法，如觀察蝸牛、觀察月相、觀察各種化學(xué)變化的現(xiàn)象等。

片段1：力是一個(gè)重要的、抽象的概念，在整個(gè)力學(xué)大廈中具有奠基性作用。在引入力的概念時(shí)教師往往會(huì)做一些實(shí)驗(yàn)，那么，教師是如何幫助學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出力的概念呢?在這個(gè)過程中，學(xué)生又運(yùn)用了哪些科學(xué)思維方法呢?

教師演示：提箱、拉犁、推土、壓路等實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生觀察：對教師演示的實(shí)驗(yàn)或展示的圖片引起注意，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中所包含的信息非常多，由于注意存在著選擇性，學(xué)生根據(jù)自己的喜好及已有的經(jīng)驗(yàn)，往往只是對其中部分信息感興趣，于是這些信息進(jìn)入大腦進(jìn)行進(jìn)一步加工。由于注意到的僅是部分信息，這些信息可能是非關(guān)鍵信息，對得出正確的結(jié)論是無效的。為提高觀察的有效性，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意那些關(guān)鍵信息；所提供的實(shí)驗(yàn)具有足夠的新型性，這樣更能引起學(xué)生的注意，并進(jìn)行仔細(xì)觀察；告訴學(xué)習(xí)的目標(biāo)，學(xué)習(xí)目標(biāo)能引導(dǎo)學(xué)生去關(guān)注哪些現(xiàn)象、信息是應(yīng)該著重掌握的。

運(yùn)用觀察法，并非僅僅觀察到事物的表面現(xiàn)象即止。我們希望通過觀察增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，然后能由此得出事物的本質(zhì)。因此，在觀察的過程中，我們應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析、對比等思維活動(dòng)。法拉第曾說：“沒有觀察就沒有科學(xué)，科學(xué)發(fā)現(xiàn)誕生于仔細(xì)觀察之中。”從這個(gè)意義上講，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中觀察法是探索科學(xué)知識(shí)的第一窗口。

二、無限而復(fù)雜的對策——分析法

觀察所得到的信息量大卻雜亂無章，如何對這些信息進(jìn)行有效的整理，這就需要用到分析法。分析法是指把一件事情、一種現(xiàn)象、一個(gè)概念分成較簡單的組成部分，找出這些部分的本質(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)系。

片段2：在觀察的基礎(chǔ)上，要對現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步分析整理。

教師板書：吊車對箱子施加了提的作用；拖拉機(jī)對犁施加了拉的作用；推土機(jī)對土施加了推的作用；壓路機(jī)對路施加了壓的作用。

學(xué)生分析：教師提供了很多現(xiàn)象，此時(shí)學(xué)生就這些現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出這些現(xiàn)象有哪些簡單的組成部分，找出這些部分的本質(zhì)屬性和彼此之間的關(guān)系。

“提箱、拉犁、推土、壓路”等四個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象各不相同，其中所包含的信息繁多、雜亂。對這四個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行分解時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們都有兩個(gè)物體，而且物體之間存在著一定的相互作用。存在兩個(gè)及以上的物體，這些物體間存在相互的作用，這兩點(diǎn)就是力的概念的本質(zhì)。

初中學(xué)生處于“形式運(yùn)算階段”的初始階段j他們的分析思維能力還比較弱，因此，往往不能立即正確地抓住現(xiàn)象中的本質(zhì)。為提高學(xué)生分析水平，教師可以利用以下策略：提供分析的示例。先對其中一個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行示范分析，給學(xué)生以分析的樣本；提供具有典型性的事例。在學(xué)習(xí)的初期，應(yīng)從典型的、正面的實(shí)例入手，待學(xué)生熟悉后再分析反例，完善學(xué)生的認(rèn)識(shí)。

分析和綜合往往是連在一起的、密不可分的。先是通過分析對部分做周密的研究認(rèn)識(shí)，最后從整體上對部分進(jìn)行正確的綜合，從而達(dá)到對力的概念的整體把握。分析的意義在于細(xì)致地尋找能夠解決問題的主線，并以此解決問題。

三、從特殊到一般的途徑——?dú)w納法

學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn)總是有限的、個(gè)別的，要從有限的、個(gè)別的實(shí)驗(yàn)中得出科學(xué)結(jié)論就要用到歸納法。歸納法是指從個(gè)別的具體事物的認(rèn)識(shí)中抽象出一般性認(rèn)識(shí)的推理方法和思維形式。

片段3：通過上述觀察、分析，學(xué)生從這些信息中得出結(jié)論。

學(xué)生歸納：通過以上分析可知，四個(gè)例子中都有力的作用存在，都是一個(gè)物體對另一物體產(chǎn)生作用，從而認(rèn)識(shí)到“相互作用”就是力的本質(zhì)。

教師板書：結(jié)論：力是一物體對另一個(gè)物體的作用。

“吊、提、拉、推”是力的相互作用的四種“特殊”的表現(xiàn)形式，是個(gè)別的、具體的。歸納就是從這個(gè)四個(gè)“特殊”的表現(xiàn)形式中得出“相互作用”這一力的“一般”性特征。歸納就是從“特殊”到“一般”的過程。

雖然學(xué)生早就感受到力的存在，但要求他們自己歸納得出一個(gè)科學(xué)的力的概念或者僅通過教師的講解來形成力這個(gè)非常抽象的概念，是困難的。教師往往要通過很多實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生歸納出力的概念。教師要提供足夠多的事例，提供的事例越多，也就提供了更多的感性認(rèn)識(shí)，越容易幫助學(xué)生掌握事物的本質(zhì)。為幫助學(xué)生對本質(zhì)現(xiàn)象有充分認(rèn)識(shí)，教師要讓學(xué)生充分地參與探究過程，如在對吊、提、拉、推這四個(gè)現(xiàn)象有充分的研究后，學(xué)生得出力的本質(zhì)就是兩事物在相互作用，從而得出力是一物體對另一個(gè)物體的作用。

歸納是從眾多事例中排除無關(guān)的、非本質(zhì)的東西，而將事物的本質(zhì)和規(guī)律發(fā)掘出來。教師應(yīng)幫助學(xué)生進(jìn)行分析比較，排除無關(guān)的、非本質(zhì)的東西，而將事物的本質(zhì)和規(guī)律挖掘出來。

四、對象異同的確定——比較法

有些現(xiàn)象非常雷同，學(xué)生無法辨別其中的細(xì)微之處，這時(shí)就要用到比較法。比較法就是確定研究對象之間差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維過程和方法。各種科學(xué)現(xiàn)象和過程都可以通過比較來確定其差異點(diǎn)和共同點(diǎn)，為進(jìn)一步抽象概括做好準(zhǔn)備工作。

片段4：“吊、提、拉、推”這樣的作用和磁鐵對鐵塊的吸引有何異同呢?

教師演示：磁鐵吸引鐵塊。

學(xué)生比較：鐵塊在磁鐵吸引下能移動(dòng)，但兩者間并未接觸，是否有力存在呢?這樣的作用與上面的“吊、提、拉、推”有何異同呢?

學(xué)生得出力的概念后，再舉磁鐵吸引鐵塊的例子(兩者沒有直接接觸)，這個(gè)現(xiàn)象與前面四個(gè)現(xiàn)象有明顯的不同，兩者之間并沒有接觸。兩物體之間沒有直接接觸是否也能認(rèn)為有力的作用呢?這個(gè)例子給學(xué)生理解造成困難，學(xué)生對此感到模糊，迷惑。然

后通過與上面四個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引鐵塊這一現(xiàn)象中也存在兩個(gè)物體，而且磁鐵和鐵塊之間也存在著相互的作用，這是符合力的概念的，因此磁鐵和鐵塊之間也是存在力的作用的。通過不同實(shí)驗(yàn)之間的比較將表面不同而實(shí)質(zhì)相同的事物的本質(zhì)屬性聯(lián)系起來，從而擴(kuò)大了力這個(gè)概念的外延。

比較是以已有的知識(shí)為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)一步認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)屬性和規(guī)律。教師應(yīng)積極引導(dǎo)、學(xué)生進(jìn)行比較，找出現(xiàn)象之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)。為使學(xué)生能較好地進(jìn)行比較，教師所舉例子的不同現(xiàn)象之間的差異要明顯，差異越明顯就越能找出異同之處。同時(shí)教師可先行比較一些非本質(zhì)的差異，提供思維樣例，以便學(xué)生“有章可循”。

五、通向創(chuàng)新的橋梁——類比法

類比是一種推理方法，根據(jù)兩種不同事物在某些特征上的相似，得出它們在其他特征上也可能相似的結(jié)論。類比法是常用的科學(xué)思維方法，如我們在學(xué)習(xí)分子的動(dòng)能時(shí)，將它與物體的動(dòng)能進(jìn)行類比；在學(xué)習(xí)功率時(shí)，將它與速度進(jìn)行類比。

片段5：學(xué)生對電壓之類不可見的抽象概念的學(xué)習(xí)。

教師演示：小燈泡發(fā)光實(shí)驗(yàn)。用類比方法講解“電壓使電路形成電流，電源是提供電壓的裝置”。

學(xué)生類比：將圖1沖兩個(gè)裝置進(jìn)行類比，找出其中的共同點(diǎn)。抽水機(jī)可心在水管兩端產(chǎn)生水位差，即產(chǎn)生水壓，從而使得水能在管子中流動(dòng)，渦輪能轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)在燈能發(fā)光，由類比可知，電源的兩極間存在著某種“力量”迫使整個(gè)電路中的電子產(chǎn)生了定向移動(dòng)。

電壓是個(gè)抽象的概念，學(xué)生以前聽過這個(gè)名詞，但不知其本質(zhì)含義。與力不同的是，電流、電壓學(xué)生是無法直接感受到的，是不可見的，要通過實(shí)驗(yàn)對現(xiàn)象進(jìn)行轉(zhuǎn)換才能覺察到，進(jìn)而推導(dǎo)出電流電壓的存在。在此類實(shí)驗(yàn)過程中，教師可幫助學(xué)生和用類比的科學(xué)思維方法來了解事物的本質(zhì)。

水壓卻是學(xué)生所熟知的。通過將電壓與水壓相類比，使得電壓這個(gè)抽象概念在學(xué)生的腦海中變得更為具體。

類比法是要揭示貌似相似而本質(zhì)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。要使類比法更為有效，可采用以下策略：教師在幫助學(xué)生進(jìn)行類比時(shí)，類比項(xiàng)目應(yīng)具體，如圖2中對兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了多方面的類比；努力幫助學(xué)生將新概念與熟悉概念的相似點(diǎn)的關(guān)鍵特征聯(lián)系起來：此處的關(guān)鍵特征就是電壓和水壓分別能使電荷和水流動(dòng)起來。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的不僅是教學(xué)生學(xué)會(huì)使用各種儀器設(shè)備，也不僅是讓學(xué)生學(xué)會(huì)一些實(shí)驗(yàn)的方法與手段，而是要讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)真正掌握科學(xué)規(guī)律的真諦，培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法去證實(shí)或推翻所作的猜想、假設(shè)等。為達(dá)到這一目的，教師應(yīng)要求學(xué)生“在實(shí)驗(yàn)中既動(dòng)手又動(dòng)腦”，“用動(dòng)腦來指導(dǎo)動(dòng)手”。因此，了解、研究學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中常用的科學(xué)思維方法，對提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性是十分必要的?？茖W(xué)思維方式有很多種，本文僅對部分常見的科學(xué)思維方法做了研究。