发展科学思维与创新，促进核心素养养成

    罗小飞

    

    

    

    [摘要]结合典型的科学教学案例，从模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新四个方面探讨如何发展学生的“科学思维与创新”素养，从而促进学生核心素养的养成。

    [关键词]科学思维与创新;核心素养;模型建构;科学推理;科学论证;质疑创新

    [中图分类号]G633.98? [文献标识码]A? [文章编号]1674-6058（2020）02-0083-03

    列夫·托尔斯泰曾经说过知识，只有当它靠积极的思维得来，而不是凭记忆得来的时候，才是真正的知识。”因此，我们不仅要在思想上重视“科学思维与创新”，还要在实际行动中对“科学思维与创新”加以培养。“科学思维与创新”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新四个方面。下面笔者结合具体教学案例来谈谈如何在科学教学中发展学生的“科学思维与创新”素养，促进学生核心素养的养成。

    一、模型建构

    模型建构作为一种认知手段和思维方式，是学生根据研究的问题和情境，在对客观事物抽象和概括的基础上构建易于研究的、能反映事物本质特征和共同属性的理想模型、理想过程、理想实验和科学概念的过程。模型建构有助于帮助学生抓住事物的关键要素，加深学生对概念、过程和系统的理解，促进学生形成系统思维。

    【典型案例1】月球与月相（第2课时）

    本节课的授课对象是七年级学生，教学难度较大。在知识层面上，学生在小学六年级下册已学过月相变化，也了解了月球自身是不会发光的，我们所看到的月光是月球反射的太阳光，知道月球绕地球逆时针运行，等等。但是，对于深层次的内容，如月相的成因及变化规律，学生还没能有效掌握，也无法做出具体的解释。在能力层面上，学生初步具备了小组合作学习的能力、解决简单问题的能力及一定的读图能力，但他们正处于从形象思维向抽象思维转化的过渡期，空间想象能力较弱。在这样的情况下，引导学生进行模型建构，有助于学生抓住月相的成因及变化规律的本质。

    片段欣赏一：月相的成因

    在月相成因的实验中，用平行光源当作太阳光去照射白球（模拟月球），看看能照亮白球的多少面积（如图1）;然后请学生坐在各自的座位上不要动，画出自己所观察到的白球形状，特别提醒学生用留白表示被平行光源（模拟太阳光）照亮的部分，用打斜线表示未被照亮的部分，最后让学生展示各自的作品。

    月球绕着地球转，地球又绕着太阳转，三者位置不断在变化，所以才使得地球上的人看月球的角度不同，看到的月相也在不断地变化。通过立体模型的展示（如图2），让学生比较直观地感受太阳、地球和月球三者位置的动态变化。

    片段欣赏二：月相的变化规律教师首先自制月相变化模型;接着再让部分学生将其戴在头上（如图3），身临其境地感受月相的变化规律;然后让每位学生都将自己当作地球上的观察者，用自己的一只手，在同一个平面内平举半边染黑的球来进行观察（如图4）;最后让学生结合模型画出对应位置的月相。这样，学生有效掌握了月相的变化规律，收到非常好的教学效果。模型建构，为学生认识客观事物的本质提供了有效手段和思维方式。

    二、科学推理

    科学教育研究和实践中所提出的科学推理，不仅包括逻辑上的归纳推理、演绎推理和类比推理，还包括分析与综合、抽象与概括、比较与分类等思维方法，以及组合推理、概率推理、相关推理、因果推理等推理形式。

    【典型案例2】化学推断专题复习初中化学内容包括物质的性质、基本反应类型、物质间的相互转化等，涵盖内容多，相互之间的联系错综复杂，学生对相应的知识内容能做到系统性学习已经很不容易了。化学推断对于学生而言难度很大，再加上学生的科学推理能力不强，开展化学推断专题的复习教学教师定要下一番苦功。教师在兼顾趣味性的基础上，要特别注重学生归纳推理、演绎推理、类比推理、分析与综合、组合推理等科学推理能力的培养。

    教师可先让学生进行相应化学知识的储备，然后将化学推断专题分成描述型、框图型、表格型、连线型四类。通过生动剖析推断过程，及时提炼推断秘诀，让学生有效掌握相关的科学推理思维及方法。

    片段欣赏一：“描述型”推断题演绎

    【例1】某白色粉末加水溶解，得无色透明溶液;向所得溶液中加入AgNO3溶液，产生白色沉淀，再加入足量稀HNO3，沉淀部分溶解，白色粉末可能是由Na2CO3、NaNO3、NaCl、BaCl2、CuSO4、CaCO3中的一种或几种混合而成。则白色粉末一定含______，一定不含______，可能含______。

    片段欣赏二：“表格型”推断题演绎

    【例2】A、B、C、D分别是盐酸、碳酸钠、硝酸银、氯化钙四种溶液中的一种，将它们两两混合后，观察到的现象如图7所示，请回答：

    （1）A、B、C溶液中溶质的化学式是?______，______，______。

    （2）C和D反應的化学方程式为______。

    （1）A、B、C溶液中溶质的化学式

    （2）C和D反应的化学方程式为

    综上，在各种类型的化学推断题中，学生可以灵活选择顺推法、逆推法、组合法、筛选法等方法进行科学推理，进而切实提升自身的科学推理能力。

    三、质疑创新

    质疑创新的核心是科学创造力。科学创造力是在科学知识学习、科学问题解决和科学创造活动中，根据一定的目的，运用一切已知信息，在新颖、独特且有价值的（或恰当的）某种产品的产生过程中表现出来的智能品质或能力。

    【典型案例3】水在植物体中的代谢（第1课时）

    对于植物吸水和失水的实验，教材只是将萝卜条放人清水和盐水后，比较萝卜条质量和形状的变化。实验较单一，趣味性不强，开放性不够。对此，教师可鼓励学生进行创新实验，这样学生的学习兴趣和学习积极性都会被激发和调动起来，还可以有效培养学生的质疑能力和创新能力，可谓一举两得。

    萝卜条放人清水和盐水后的变化（如图10）：

    秋葵放入清水和盐水后的变化（如图11）：

    茄子放入清水和盐水后的变化（如图12）：

    土豆放入清水和盐水后的变化（如图13）：

    将植物放人清水后，定性观察发现：植物颜色变浅，表面变光滑，气味变淡，硬度变大，形状坚挺;定量观察发现：植物长度变长，横截面积、体积和质量均变大。而将植物放入盐水后，定性观察发现：植物颜色变深，表面变粗糙，气味变浓，硬度变小，形状皱缩;定量观察发现：植物长度变短，横截面积、体积和质量均变小。

    结论：植物放人清水中会吸水，放人盐水中会失水。

    设计意图：让学生根据自己组的“奇思妙想”分组实验，小组合作进行实验探究，观察实验现象，记录实验数据。在交流过程中，学生充分展现了语言表达能力和实验创新思维。

    四、科学论证

    科学论证是个人引用数据或资料来支持自己或反驳他人论点的过程。科学论证能力是以科学知识为中介，积极面对问题，对所获得的数据资料进行解释说明，提出自己的论点，反思自己和他人论点的不足并提出反论点，同时能反驳他人的质疑和批判的高阶思维能力。

    【典型案例4】艳丽多姿的生物（第4课时）

    通过前面3个课时的学习，学生已经知道地球上艳丽多姿的生物是和它们生活的环境相适应的。教师可顺势追问：“生物和环境之间，还有其他的关系吗？”学生有的说生物影响环境，有的说环境影响生物。到底谁对呢？请学生讨论，然后展开辩论。通过辩论，学生提出了各自的观点，具体如下：

    通过这样的“辩论赛”，学生的科学论证思维得到了很好的锻炼，学生学会联系生活实际找寻典型案例论证自己的观点，并及时反驳其他同学的观点。

    上述几个教学案例是笔者在平时的教学中付诸实践，且收到比较好的效果的教学课例。大家也可以举一反三，让“科学思维与創新”经常运用到常规的教学中去，为培养学生的核心素养服务。

    [参考文献]

    [1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.

    [2]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

    [3]胡卫平.科学思维培育学[M].北京：科学出版社，2004.