在科学实验中培养学生科学实践力的策略探析

【摘 要】日常的科学实验教学告诉我们，学生对实验的理解可能会偏离实际。究其原因，主要是有些实验的现象比较隐蔽或关键数据不可见，导致学生在后续学习过程中的实践力发展不足。文章针对小学生思维特点，从学生反馈中探索认知偏差产生的原因，提出让实验过程显现的有效教学策略，促进学生科学观念正确内化，并由此不断提升学生的科学实践力。

【关键词】认知偏差 数据显现 科学实验 实践力

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出，义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。这对学生的实践能力提出了一定的要求，但是这些实践能力不可能凭空产生，在教学的过程中学生通过观察、思辨、试误、练习等多种方式不断提升自己的实践力。但是，在各个环节由于不同的原因，总会产生认知偏差，那么如何通过教学帮助学生更加直观地观察实验现象，变不可见为可见，减少想象的成分，就成了教师需要积极思考解决的问题。在此基础上，教师要再辅以必要的措施帮助学生将所见、所得正确内化，才能使学生在后续的学习活动中越学越有趣、越学越轻松，不至于因为前面的偏差导致科学探究走进死胡同的尴尬境地。

一、认知偏差产生的原因

心理学研究告诉我们认知偏差是由于认知机制的限制、主观因素和情感因素等原因造成的，从而使人们在信息加工和思维判断过程中产生的偏离客观真相的错误认知或思维倾向。学生在科学探究的过程中也同样要遵循以上认知规律，在这些年的实验教学中，笔者从众多学生的反馈中总结了认知偏差产生的几点主要的原因。

（一）科学实验本身现象不明显

这一种在科学实验中属于最为常见的类型，很多时候由于实验条件或方法的限制，学生很难观察清楚。如在苏教版科学五年级上册第一单元“光与色彩”，这个单元里面的内容，如光沿直线传播、光的反射、七色光等课程均存在这样的问题。主要问题就是光在空气中或水中传播的时候，光的行进路线不容易观察到，从而造成学生对这些科学观念的认知产生偏差。从反馈来看，有的学生认为光在发生反射时从一个地方射入从另一个地方射出，入射点和反射点不在一起；有的学生在学习完光的色散以后，仍然不清楚白光经过三棱镜以后为什么就分解成七色光了，以为光在三棱镜里面发生了什么神奇的变化；还有的学生对小孔成像里面像的位置在哪里搞不清楚，没有画在成像屏上。上述这些认知偏差就是因为学生没有清楚地看到光的行进路线造成的。

（二）科学实验中关键数据不可见

何谓关键数据不可见？在实验中经常会出现一种情况，学生在实验的过程中，做得兴趣盎然、看得津津有味，然而实验结束后，学生对老师提出的问题无从下手。换句话说，在整个实验过程中，学生是看到了很多实验现象，但这些现象仅仅是问题的表面，没能深入问题的本质，也就是缺乏关键数据，导致学生不能深入思考并触及问题的核心。如在学习“热传递”这个单元中热传导这一课的实验时，有一个“烧不死的金鱼”的实验。对于这个实验，学生非常感兴趣，观察得也很仔细。但是实验结束，教师总会问：“金鱼就在这个烧瓶中，为什么金鱼烧不死呢？”学生无法给出合理的解释。他们看到了火焰，看到了瓶口沸腾的水，也看到了烧瓶底部优哉游哉的金鱼，但学生却无法回答教师提出的问题：为什么金鱼烧不死？其中就是缺少了一个可以让他们看见的关键数据—— 温度。

（三）学生年龄特点导致理解不到位

在整个小学阶段，学生的思维是从形象思维逐步向抽象思维过渡的，但仍然带有很大的具体性。这一特点决定了小学生的理解能力更加倾向于具体化、形象化，对于抽象的问题不容易理解，很大概率会产生认知偏差。很多课本上的知识对于学生来说比较抽象，很难理解。如教学“点亮小灯泡”这一课，教师可以让学生自己组装一个简单电路，有的小组能点亮，有的小组点不亮。这里电流的流动对学生来说就是一个抽象的事物。因此，针对小学生的年龄特点，教师在教学的过程中要尽量化无形为有形，变抽象为具象，帮助他们更加容易地观察与理解。

二、帮助学生看清科学实验过程

（一）借助身边的物体帮助凸显现象

既然有些实验的现象不是很明显，不利于学生的观察和理解，那么教师就应该想办法让它们“明显”起来。一个简单的策略就是借助其他物体来突显实验现象。还是以“光与色彩”的教学为例，光在空气、水等透明物体中行进时，行进路线不明显。教师可以在空气中加入一些烟雾，在水中加入一些粉笔灰或面粉，让空气和水变得浑浊一些，这样由于光的散射，学生就能清楚地观察到光的行进路线是一条直线，教师无需多言，学生很容易就理解了光沿直线传播。在研究光的反射时也可以采取这种方法，当学生清晰地看到入射光线和反射光线的路径时，自然对光的反射现象就会有更加深入的认知。在这些清晰的现象面前，教师只要稍加解释就能达到事半功倍的效果。

（二）借助科学仪器展示关键数据

教师带领学生辛辛苦苦完成了实验，学生也看到了很多的实验现象，但就是对教师的问题回答不出来。这就说明学生仅仅观察到了表面现象，没有观察到有用的关键数据。这时教师就可以借助科学仪器设备，帮助学生观察关键数据，不流于表面现象，深入探知这个实验的本质。以前面“烧不死的金鱼”为例，在没有看到烧瓶中瓶口与瓶底水的温度时，绝大多数学生都不能理解为什么金鱼在沸腾的水中仍能不急不慢地游动。此时，教师可以在烧瓶口放一根温度计，再插入一根温度计到烧瓶底部金鱼所在的位置。这样，两根温度计分别记录了两处的温度，一个一百摄氏度左右，所以水沸腾了，另一个只有二三十摄氏度，所以小金鱼安然无恙。有了这两个关键数据，学生就知道金鱼烧不死的原因了。

（三）借助相同类型事物进行类比解惑

科学课堂上不少教学内容或实验内容离学生的生活还是比较远的，教师如果在学生缺少足够的前认知的情况下进行教学或者提问，学生会感到很茫然。

如在教学“生物的启示”一课时，学生很容易对蜂巢结构产生认知偏差，很多学生认为是小蜜蜂选择了正六边形的结构来筑巢的想法。其实这里我们就可以采用相同类型事物进行类比的方法解决这个问题。小蜜蜂筑巢不容易看见，但生活中有一类事物与其具有相似的性质，就是在桌面上吹泡泡游戏。当我们吹一个泡泡时，它的横截面呈圆形，在物理学上，泡泡内的空气会尽可能多地填充空间，但同时泡泡表面的张力又会限制泡泡的周长，也就是说要满足面积最大且周长最小的条件。这与野外独居的蜜蜂建造的单独巢穴的横截面形状一样。当我们吹很多很多的泡泡时，它们会相互挤压，在力的作用下形成六边形。19世纪末，比利时物理学家约瑟夫·普拉托计算出120°的交角，也正是物理上最稳定的排列结构，此时膜上受力均衡，泡泡会堆出六边形，也就是说完美满足“面积最大且周长最小”这个条件的就是六边形。因此，如果在水面上吹起一层泡泡，其连接处便会形成约为120°的夹角，而泡泡也会在四周的“夹击”下形成一个六边形。教师可以借助与蜜蜂筑巢相似的吹泡泡活动帮助学生理解圆形的物体在四周的挤压下就会形成六边形，并迁移到蜜蜂筑巢上来。

（四）借助多媒体手段直观呈现

在科学实验教学中，经常会有一些实验现象难以直接观察，或者有些实验受到条件的限制无法实地观察。看不见对学生来说就很难理解，对教师来说就很难教，而多媒体手段恰好可以帮助教师解决这个难题。如在教学“点亮小灯泡”一课时，学生对点亮小灯泡很感兴趣，也能看到具体的连接方法，只是对形成电流的通路难以理解。原因就在于电流不可见也无法触摸，对学生来说造成了认知困难，从而容易形成认知偏差。在这种情况下，教师就可以借助多媒体手段，用动画的形式将电流以直观可见的方式展现给学生，促进他们形成有关电流的观念，对理解形成电流的通路、接触不好灯泡不会亮等问题就容易多了。

三、科学观念还需正确内化

（一）图形化的记录以直观反馈

图形是最直观的表达方式，能直接反映学生的真实想法。教师可以尽可能让学生用画图的方式表达他所看到的，以及自己理解的内容。一方面，将所学用书面的形式表达，也是汇总整理的一种方式；另一方面，通过反馈了解此时的认知状态，并及时做出调整，帮助他们进行必要的修改，纠正偏差，强化正确认知，促进科学观念的正确内化。

（二）合理设计练习以强化认知

练习是学生巩固所学内容的重要途径。通过相应的练习，学生可以加深对所学知识的理解，发现自身的不足，促进科学思维和能力的发展。在科学教学中，受到时间的限制，教学内容不能太难，不可能像语数外那样精讲精练，必要时可以寻求家长的帮助；要有针对性，围绕主要内容开展设计，忌偏忌怪；最好能充满趣味性，充分吸引学生积极参与，自觉完成，方能有效促进其科学观念的正确发展。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]陈琦，刘儒德.当代教育心理学[M].北京：北京师范大学出版社，2007.