借助科學想象實驗，促進學生思維發展

王興林

［摘 要］科學中的想象實驗指通過觀察、實驗和推理等方法，將抽象的科學概念轉化為具體形象的過程。想象實驗不僅可以激發學生的創造力，還能幫助學生更好地理解和記憶科學知識。在科學教學中，教師利用想象實驗指導學生進行實驗推演、分析比較、多元思考和做思共生等活動，能提高學生的實踐探究能力和科學思維能力，為學生科學素養的提升打下堅實基礎。

［關鍵詞］小學科學;想象實驗;思維發展

［中圖分類號］ G623.8［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2024）06-0096-03

科學中的想象實驗指通過觀察、實驗和推理等方法，將抽象的科學概念轉化為具體形象的過程。這一過程不僅能激發學生的創造力和想象力，還有助于學生更好地理解和記憶科學知識。通過想象實驗，學生可以將抽象的科學理論與實際問題結合起來，以更好地運用科學知識解決實際問題?？茖W作為一門實踐性較強的基礎學科，蘊含著豐富的想象實驗資源，對學生科學思維的發展至關重要?？茖W課堂中，教師要運用有效的教學策略，創造條件，指導學生開展想象實驗，通過不斷反思和質疑，加深學生對科學知識和規律的理解，促進學生思維發展，為學生科學素養的提高奠定基礎。

一、利用實驗推演，培養想象思維

想象實驗是一種思維實驗，通過在腦海中模擬實驗場景，幫助學生更好地理清研究思路和設計實驗方案。實驗推演指通過邏輯推導出實驗的具體步驟和操作方法，預估實驗的可能結果，這樣可以提前發現實驗設計的不足之處，并及時修正，從而確保實驗的準確性和可靠性。實驗推演過程可以幫助學生預測實驗可能出現的問題和結果，評估不同設計方案的可行性和有效性，從而優化實驗設計，提高實驗的有效性和可靠性，為實際實驗做好準備。通過想象實驗，推演實驗過程需遵循以下四個步驟。

一是構建實驗所需的場景。根據實驗目標和研究問題，在腦海中構建實驗所需的場景，包括實驗器材和其他的必要裝置，這樣能更好地理解實驗步驟。

二是推演實驗步驟和操作流程。根據實驗目標和器材，想象每個步驟的操作流程，從準備工作到數據收集和分析，逐步推演整個實驗過程。在推演過程中，可以想象不同的變量和條件，并猜想它們對實驗結果的影響。

三是預測實驗結果和實驗現象。根據已有的知識和經驗，預測實驗結果和可能出現的實驗現象。這一步驟要想象盡可能多的不同條件下的結果，以實現更全面的預測。

四是調整實驗器材、方法和步驟。進行實驗推演時，可嘗試改變實驗條件，并猜想它們對實驗結果的影響。通過調整實驗條件，能推演出不同的可能，有利于實驗的進一步優化。

如研究“重力對物體下落速度的影響”時，教師可以引導學生通過想象推演實驗過程：在一個斜面上有A和B兩個物體，將它們同時釋放，預測它們沿著斜面向下滑動的速度和時間。由于物體A比物體B重，推測物體A下滑得更快，因為重力對它的作用更大。物體A和B都從斜面的頂端開始下滑，經過相同的距離后到達斜面底部。由于物體A的重力較大，推測它的速度會較快；物體B受到的重力較小，推測它的速度會較慢。通過這個想象實驗，可以初步得出結論：重物體A下落的速度會快于輕物體B。通過思維模擬和想象，學生可以預測實驗過程、實驗現象和結論，及時發現問題并進行調整，為實際實驗打下基礎。

二、學會分析比較，培養批判性思維

批判性思維是對信息進行深入、全面、客觀的分析和評估，以形成獨立、合理的判斷和決策的能力。分析比較是培養學生批判性思維的有效方式之一。通過分析比較，學生可以主動思考和評估不同信息、觀點與解決方案的可靠性、合理性和有效性，學會質疑現有的觀點、理論和假設。這樣可以幫助學生發展自主學習和思考的能力，提高學生在現實生活中的問題解決和決策能力，有效培養學生的批判性思維。教師可以通過以下四個方法來培養學生的批判性思維。

一是多角度分析問題。鼓勵學生從不同的角度審視問題，并深入分析，使學生更全面地理解問題，做出準確的判斷，培養學生辨別真假、理性思考的能力，養成以批判性思維思考的習慣。

二是對比不同的觀點和證據。指導學生比較不同觀點和證據的優缺點，分析事物之間的異同點，評估不同觀點的論證邏輯和論據的說服力，以及證據的可信度和可靠性。這樣能使學生掌握資料收集和分析的技巧，培養學生的批判性思維和評估信息的能力。

三是對比不同的解決方案。引導學生比較不同的解決方案，分析它們的可行性和效果。通過分析比較，學生可以評估不同方案的優劣，做出合理的選擇，并進行創造性思考，提出改進建議。

四是對比不同的研究方法和數據分析方式。在比較不同的研究方法和數據分析方式是否科學、可靠、適用的過程中，學生發展了研究設計和數據解讀的批判性思維，形成了理解和應用研究結果的能力。因此，教師要鼓勵學生多思考、多質疑，從多個角度分析比較，學會用科學的眼光看待問題，提出合理的解決方案，發展獨立思考和判斷的能力。

以《聲音的傳播》一課的教學為例，要求學生了解聲音在固態、液態和氣態中可以向各個方向傳播，并能運用感官和多種材料、多種方法進行聲音傳播的研究。課上，教師先提問：“為什么在學校的任何地方都能聽到上課鈴聲和下課鈴聲呢？”這個問題貼近學生的日常生活，自然能引發學生思考“聲音是如何傳入人的耳朵的”“聲音又是向什么方向傳播的”等問題。學生帶著問題學習、思考和想象，能增強學習效果。教師再展示宇航員在太空說話的場景圖，引導學生思考聲音在不同環境中的傳播特點和差異。通過分析比較，學生能夠更深入地理解聲音傳播的原理和規律，發展批判性思維。

三、鼓勵多元思考，培養發散性思維

發散性思維指從一個問題或主題出發，想出多種可能性和解決方案的思維方式。在科學教學中，發散性思維可以幫助學生拓展思維的廣度和深度，培養學生的創新意識和問題解決能力。教師要創造優質的學習環境，鼓勵學生提出自己的觀點和看法，尊重每個學生獨特的思維方式，倡導多樣化的思考。教師可以在課堂上提出開放性問題，引導學生思考并提出不同的解決問題的方法。同時，教師還要給予學生積極的鼓勵和建設性的反饋。當學生提出不同于常規思維的觀點時，教師要予以肯定，并引導學生進一步完善思考過程。教師可以適時追問，引導學生深入思考問題的本質，促使學生思考出更具創造性的解決方法。此外，教師還可以組織小組討論或團體活動，引導學生進行“頭腦風暴”，鼓勵學生盡可能地提出問題和解決問題，并通過交流互動，分享彼此的觀點。這樣的交流互動有助于學生從不同的角度思考問題，拓寬學生的思維空間，讓學生在合作中相互啟發，激活創新思維。鼓勵學生多元思考、發散思維，能促使學生更好地理解科學知識，發展科學思維，培養解決問題和獨立思考的能力。

以《磁鐵能吸什么》一課的教學為例，本課的教學目標是讓學生經歷問題、猜想、實驗、結論、反思的探究過程，通過探究發現磁鐵能吸鐵的科學規律。在導入環節，教師借助釣魚游戲引發學生思考。教學片段如下。

師：同學們都玩過用磁鐵釣魚的游戲吧！回憶一下，小魚為什么會被釣起來？

生1：因為里面有磁鐵。

師：磁鐵在哪里呢？

生2：磁鐵在釣鉤上，小魚嘴里有鐵片。

生3：磁鐵在魚嘴里，釣鉤上有鐵片。

師：通過釣魚活動，能確定磁鐵在哪里嗎？

生：（齊聲）不能確定。

師：那有沒有可能釣鉤與小魚嘴里都有磁鐵？

生4：有可能，因為磁鐵也可以吸引磁鐵。

師：雖然不能確定磁鐵在哪里，但是我們至少可以確定一點，是什么呢？

生5：釣鉤與魚嘴里至少有一處有磁鐵。

……

上述教學中，學生在教師的引導下積極思考，得出了不同的答案。教師沒有否定學生的答案，而是順著學生的思路逐步引導。這樣有助于學生在后續學習中以會問、善問為榮，敢于質疑、樂于質疑，自覺發散思維，進行多元思考。

四、注重做思共生，激活創新思維

做思共生是集體智慧協同構建的過程，不僅包括學生個體的思考，還包括學生與他人的合作交流、共同探討。在這個過程中，學生可以從不同的視角和思維方式中獲得啟發，拓寬自己的思維邊界。同時，通過分享各自的觀點，學生可以相互借鑒和學習，獲得豐富的想象實驗資源。這樣的互動不僅培養了學生的獨立思考和創新能力，也為學生提供了更廣闊的思維空間和更多樣的問題解決方法。

做思共生的學習方式強調實際應用。學生通過思考與分析來評估不同的方法和解決方案，并付諸實踐。這種注重實踐的學習方式，不僅有助于學生更深入地理解和掌握知識，還能夠培養學生運用所學知識解決實際問題的能力。通過思考和反思，學生不斷調整和完善自己的思維方式，發展批判性思維和問題解決能力。做思共生不僅是一種學習方式，更是一種培養學生創新思維和問題解決能力的教育理念。

以《杠桿是怎樣工作的》這一單元的教學為例。教師可以引導學生從日常生活現象中發現科學問題，通過假設和猜想設計合理的科學實驗，并通過實驗研究發現杠桿原理。教師先將學生劃分成若干學習小組，讓各小組自行討論，選擇合適的器材，如機械實驗盒、鉤碼、鑷子等，并設計實驗方案。再引導各小組開展合理有序的分工合作，觀察實驗現象并記錄實驗結果。通過想象實驗研究更多的杠桿工作情況，分析并歸納出杠桿工作的原理，思考杠桿省力的條件。最后，組織各小組互動交流，分享實驗結果，并達成共識，總結出規律。在實驗過程中，教師要進行必要的督導和巡視，確保每個學生都能進行有效的思考和學習。同時，對有新奇想法的學生，教師要及時予以肯定，讓學生在動手實踐的過程中體會到思維創新的樂趣。

五、適當課外延展，拓展想象空間

特級教師章鼎兒強調，教師不應將上下課鈴聲視為教學的起點和終點。適當的課外延展活動能夠給學生提供更廣闊的學習空間，激發學生的想象力和創造力，使學生的視野和思維更加開闊與活躍，進而實現綜合素質和競爭力的有效提升。在科學教學中，教師通過各種途徑創造學習機會，能幫助學生在有限的時間內獲得更全面的成長。通過實踐探究，學生可以更好地理解和運用所學知識，同時也更容易將學科知識內化為學科素養。因此，教師要積極探索各種課外延展活動，以拓展學生的學習空間，培養學生的創新思維。

課外延展活動對拓展學生的想象空間和培養學生的創造力非常重要。教師要適時開展課外延展活動，激發學生的創造力和想象力，打破常規思維模式，拓寬學生的思維邊界，提高學生分析問題和解決問題的能力。教師可以從以下四個方面入手設計課外延展活動。

一是提出具有挑戰性和啟發性的問題。如提出關于未來科技發展、人類探索宇宙的方式、環境保護新方法等開放性問題，鼓勵學生自主思考和探索。

二是開展閱讀、觀察和體驗活動。推薦學生閱讀科幻小說、探險故事或藝術作品等，引導學生通過想象來理解故事情節、角色動機或藝術創意。

三是組織參觀博物館、科技展覽或自然景點。通過觀察和體驗不同的事物，激發學生對世界多樣性的想象。

四是開展實踐活動。如組織學生參與科學實驗、工程設計、藝術創作等活動，通過親身實踐進一步激發學生的創造力和想象力，培養學生的獨立思考能力和批判性思維。

以《記錄天氣變化》一課的教學為例。課前，教師讓學生了解不同天氣的特點，并用簡潔明了的語言描述它們，使學生初步認識到天氣變化對人類活動的影響。課上，教師先播放一些天氣變化影響人類生活的紀錄片，加深學生對天氣變化重要性的認識；再介紹我國最早的天氣記錄；最后，讓學生制作“天氣預測儀”，或觀察、記錄一周的天氣變化。這樣指導學生將所學的科學知識應用到生活實際中，有助于培養學生探索、觀察、想象和體驗的能力，促進知識與技能的有效融合。通過課外延展活動，學生可以獲得更多的學習機會，有效發展創新思維，提高綜合素質和競爭力。

想象實驗對學生科學思維的發展起著至關重要的作用。在科學課堂上，教師要巧妙利用想象實驗，引導學生進行實驗推演、分析比較、多元思考和做思共生等探究活動。這樣將抽象的科學理論與實際問題結合起來，學生能夠更好地運用科學知識解決生活實際問題，實現科學思維的持續發展。