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摘 要：学生的思维能力的培养是科学课程标准提出的要求，而实验又是科学学科的明显特征。在初中科学实验教学中，培养学生的学习思维是每个任课教师要重点考虑的问题。
关键词：科学实验；思维能力；实验教学
初中科学实验，是培养学生动手、动脑最有效的途径。《科学》课程标准提出：“由于7-9年级学生正处于具体形象思维向抽象思维发展的一个重要时期，因此教师要重视科学思维的培养。在教学中，应注意引导学生思考事实和科学结论之间的关系，帮助学生建立科学模型，因此培养学生的分析、概括和逻辑思维能力，逐步形成质疑、反思的科学思维习惯”。如何才能有效的提升学生的科学思维水平，本文从课堂实验的视角，对教学中的一些实践进行了思考，提出几点具体做法。
一、理解“实验模型”，促进学生记忆
由于科学问题源于生活，而学生的学习主要集中在课堂，其学习过程可表示为：真实情景（问题）——实验模型（模拟）——抽象理论（原理）——相关情景（应用）。其中实验模型起到承上启下的核心作用，所以，只有真正理解模型结构（即条件与问题、现实与实质的关系），学生才能在有意义的思维路线上进行探究。如何才能有效地让学生理解模型的内涵，教学中应突出以下两点：
1.从需要出发建立实验模型，激活学生思维
在教学实验中，所有的实验模型往往是由教师提供的。教师重点关注的是如何使学生运用教师给定的实验模型解决问题，但是往往忽略了模型建立过程的理解环节。实际上，这种忽略不仅仅是削弱了学生对引入模型过程的认识，而且也不利于教师对教学效果进行分析；所以，当学生认识模型与自主建立模型有困难时，教师应该意识到这是否是由于自己在一些操作环节上的忽略所造成的。要解决这一困难，必须要让学生体验到模型建立的整个过程，由扶到放，引导学生从解决问题的需要出发，思考解决这个问题有哪些关键因素，可以选择什么等效因素替换，让学生经历设计、评价、反思、完善的一系列思维活动。
例如“流体的压强”教学片段中，在教师出示的飓风破坏等级的背景资料中，学生形成了空气流动速度越大，气压越小的猜想。
师：哪些因素需要模拟来代替呢？
生：屋顶，风。
师：选择什么器材？
生：可以用白纸模拟屋顶，用嘴吹气模拟气流，同时控制嘴吹出来的气流，大小进行对比即可。
（教师给予肯定，并实验验证。）
师：还可以用哪些材料替换白纸和用嘴吹气来进行实验？
生：可以用塑料膜、细线悬挂两个轻质物体（泡沫、乒乓球、气球等）来代替白纸，用电风扇、注射器、吹气后的气球等来代替嘴吹获得气流。
让学生从需要的角度去理解模型，有助于学生学习内驱力的激发。虽然学生最初的思维漏洞比较多、范围也比较狭窄，但经过长期的积累，在方法内化的同时，也为自主创新奠定了基础。
2.从模型出发演绎问题情景，开发灵动思维
在科学实验教学中，教师往往是围绕某一个知识点提供一些相似的情景加以模拟应用。实际上这种做法存在很大的弊端，学生由于受到了教师的暗示，只要机械地代入与模仿也可以获得正确答案，并非一定要自主弄清需要什么原理或信息。但实践中一旦面对新的情景，学生就会不知所措，无从下手。克服这一困难要从模型出发，突出模型对于生活情景的演绎过程这一教学环节，有效强调学生自己去发现，运用比较和类比的思维方法对生活经验加以分析，将有助于学生加深对理论应用于实践的理解，并使学生在非逻辑思维即“直觉”方面也能得到训练。
例如杠杆教学，以生活中的扁担为情景，引导学生经过抽象思考建立杠杆模型，通过对模型的探究得出平衡条件原理。此时，笔者并没有急于杠杆平衡条件的应用练习。因为对学生而言，并没有理解直尺也是一个具有普遍意义的模型，铁架台上的那把能转动的直尺也是杠杆。在他们的感知中，生活中的剪刀等机械和眼前的这根直尺差异实在是太大了。在教学实践中，增加了一个教学环节，让学生从模型出发寻找这把直尺所能代替的生活情景，并把模型上的支点、作用力、力臂等要素与生活情景进行一一对应分析。学生在自主思考后，几乎想到了啤酒扳、跷跷板、剪刀、指甲钳、煤钳、塔吊等教师所能想到杠杆原理在生活中的体现，同时，学生在探索的过程中信服了模型所代表的普遍意义，为后续学习储备了必要的经验。
二、重视“实验因素”，培养整体分析能力
教学中，经常会碰到学生胡乱猜测的情况，或者在控制变量的实验设计中顾此失彼的现象。究其原因不难发现，造成这些问题的根源在于一个科学现象中往往牵涉到多个科学量，这些科学量中与问题的本质既有相关联的量，也有无关联的量；既有主要变量，也有次要变量。由于学生缺乏对问题进行整体认识的习惯与方法，同时教师以自己的思维水平和知识储备为基准，课堂中只片面追求相关因素而省略了无关因素的探究，造成学生只知其一不知其二，所以学生问个“为什么”或“怎么样”，总问不到关键处，也说不明白为什么是这样。培养学生整体分析一个科学问题中涉及的科学量，是学生能进行合理的猜测与设计可行性实验的有效手段。
例如，浮力的教学实践。在定量实验并记录表格中的数据后，让学生猜想影响浮力大小物理量有哪些？在下面表格数据的指引下，学生较为统一的归纳出了三个因素：①物块浸入液体的体积；②液体的密度；③浸入液体深度。
■
到此分析仍是片面的，实际上学生心中还有较多困惑，诸如物体形状因素。而这些困惑的存在，也必将为以后的学习造成障碍。此时，引导学生以浮力这一物理量为中心，完整分析它周围的相关物理量。学生通过分析讨论，列出物体的体积、形状、质量等因素。对于这些因素，有些通过理论判断就能加以排除，而那些不能作出准确判断的因素，设计对比实验加以探究。最后，从实验中学生归纳出了ρ液、V排这两个关键因素。
三、拓展“实验案例”，探索实验衍生趋向 实验能力的最终培养目标，是让学生具有独立的设计能力和一定的探索能力。通常的课堂实验大都是“填鸭式”的，即教师与教材设计好了一切，为保证实验正常进行，学生只管“照方抓药”，根本谈不上独立思考。若能对课本实验进行变化衍生，也能很好地达到训练学生创新思维的目的。
1.改变实验控制条件衍生新实验，培养学生的思辩能力
课本实验是在控制一定的因素，保证排除外界的干扰的情况而获得的正确结论。所以，有时只要对某一实验条件加以改变，就能衍生出新实验，而新实验可以与原实验大相径庭。
例如，在气体密度知识的学习中，基于学生对课本中CO的灭蜡烛火焰的实验认识，笔者将“向烧杯中倒入常温CO”这一实验条件加以改变，提出了这样一个设计：一只大烧杯倒扣在一高一低的两只燃烧的蜡烛上，观察哪一支蜡烛先熄灭。实验以前，学生们一致认为是低的一支，然而实验结果却出乎意料，形成了剧烈的认知冲突。在笔者的引导下，学生对比分析了两个实验的控制条件，在对一氧化碳是上升还是下降的核心思考中，找到了气体密度与温度条件的关系。
2.改变实验器材衍生新实验，培养学生的设计能力
课堂实验中，有时会因为准备不足，遇到实验器材缺损，或实验器材型号不能相互匹配，或只有一些其他的器材的情况，教师要灵活处理，引导学生利用现有的条件设计出一些新的实验方法，解决原有实验所需解决的问题。有时只要通过增减或替换实验器材的方法就可以衍生出新的实验，从中培养学生设计新实验的能力。
例如，测定小石块的密度实验中，如果选择较大的石块，使得石块不能顺利浸入量筒。在不能换取大号量筒或敲碎石块的条件下，怎样利用现有的实验条件设计方案，进行密度的测定。在笔者的诱导下，学生们进行了讨论，提出了解决方案：将石块浸入烧杯中排水，在烧杯壁上作好记号，然后取出石块，用量筒中的水来补充至记号所示位置，从而用量筒中水的体积变化来替换出石块的体积。成功实验后，笔者进而要求学生不使用量筒，可但以增加刻度尺，设计方案测定石块的体积。学生通过思考讨论后，设计出新的实验：用刻度尺测量排水后烧杯中液面上升的高度，再利用细线绕烧杯一周，由周长换算得面积，并根据数学公式计算小石块的体积。仔细分析，此方案设计方法简单，操作方便，大大的拓展了学生的思维能力和解决问题的能力。
四、抓住“实验外象”，剖析原因实现生成
为了取得正确的实验效果，教师很少给学生思考机会以解决实验中所产生的意外问题。实际上这仅仅是考虑到“教”的需要，忽略了学生主动学习的需要；忽视实验的意外现象，也扼杀了教学的生成空间。教师要关注一些实验中产生的意外的问题，给学生一个强烈的反思的机会，能有效促使他们开展积极的心智活动。
1.用次要实验现象培养学生的质疑习惯
其实演示实验的主要现象，教材或实验手册上已有较完整的描述，若学生已预习过再实验，探究实验实际已变为验证性实验，其培养学生观察能力、分析能力的功效大为减弱。若引导学生对实验进行全方位观察，让学生注意到除书本描述的现象之外，还可能有其他一些意外的现象，并对此加以探讨，能更好的培养学生细致的观察能力，使思维活动向更深层次拓展。
2.用失败的实验培养学生的反思习惯
探究实验难免会有失败。从某种程度上说，这对课堂的知识目标的达成造成了一定的障碍，所以，教师往往会以实验存在误差等理由加以掩盖。事实上，失败的实验提供了一种具体生动的问题情景，由此引发的思考是要有严密的逻辑性。如能及时引导学生分析失败的原因，找出实验成功的条件与原来的不足，从失败中再研究，就能更好地培养学生分析和处理问题的能力，以及科学思维的方法与态度，其作用比起教师只做成功实验要大的多。
综上所述，只有基于“学生主体发展”的这一教学理念，以实验为载体，创设出多种机会，才能让学生在亲身参与科学实验的过程中，发现问题，获取事实证据，检验自己的想法和科学理论，真正实现动手与动脑的结合，在有意义的学习体验中，逐步发展智能，内化科学素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.科学（7-9年级）课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]王耀村主编.初中科学教学案例专题研究[M].杭州：浙江大学出版社，2005.
[3]孙大君.立足实验教学 培养创新能力[J].课程·教材·教法，2001，（07）.
关键词：科学实验；思维能力；实验教学
初中科学实验，是培养学生动手、动脑最有效的途径。《科学》课程标准提出：“由于7-9年级学生正处于具体形象思维向抽象思维发展的一个重要时期，因此教师要重视科学思维的培养。在教学中，应注意引导学生思考事实和科学结论之间的关系，帮助学生建立科学模型，因此培养学生的分析、概括和逻辑思维能力，逐步形成质疑、反思的科学思维习惯”。如何才能有效的提升学生的科学思维水平，本文从课堂实验的视角，对教学中的一些实践进行了思考，提出几点具体做法。
一、理解“实验模型”，促进学生记忆
由于科学问题源于生活，而学生的学习主要集中在课堂，其学习过程可表示为：真实情景（问题）——实验模型（模拟）——抽象理论（原理）——相关情景（应用）。其中实验模型起到承上启下的核心作用，所以，只有真正理解模型结构（即条件与问题、现实与实质的关系），学生才能在有意义的思维路线上进行探究。如何才能有效地让学生理解模型的内涵，教学中应突出以下两点：
1.从需要出发建立实验模型，激活学生思维
在教学实验中，所有的实验模型往往是由教师提供的。教师重点关注的是如何使学生运用教师给定的实验模型解决问题，但是往往忽略了模型建立过程的理解环节。实际上，这种忽略不仅仅是削弱了学生对引入模型过程的认识，而且也不利于教师对教学效果进行分析；所以，当学生认识模型与自主建立模型有困难时，教师应该意识到这是否是由于自己在一些操作环节上的忽略所造成的。要解决这一困难，必须要让学生体验到模型建立的整个过程，由扶到放，引导学生从解决问题的需要出发，思考解决这个问题有哪些关键因素，可以选择什么等效因素替换，让学生经历设计、评价、反思、完善的一系列思维活动。
例如“流体的压强”教学片段中，在教师出示的飓风破坏等级的背景资料中，学生形成了空气流动速度越大，气压越小的猜想。
师：哪些因素需要模拟来代替呢？
生：屋顶，风。
师：选择什么器材？
生：可以用白纸模拟屋顶，用嘴吹气模拟气流，同时控制嘴吹出来的气流，大小进行对比即可。
（教师给予肯定，并实验验证。）
师：还可以用哪些材料替换白纸和用嘴吹气来进行实验？
生：可以用塑料膜、细线悬挂两个轻质物体（泡沫、乒乓球、气球等）来代替白纸，用电风扇、注射器、吹气后的气球等来代替嘴吹获得气流。
让学生从需要的角度去理解模型，有助于学生学习内驱力的激发。虽然学生最初的思维漏洞比较多、范围也比较狭窄，但经过长期的积累，在方法内化的同时，也为自主创新奠定了基础。
2.从模型出发演绎问题情景，开发灵动思维
在科学实验教学中，教师往往是围绕某一个知识点提供一些相似的情景加以模拟应用。实际上这种做法存在很大的弊端，学生由于受到了教师的暗示，只要机械地代入与模仿也可以获得正确答案，并非一定要自主弄清需要什么原理或信息。但实践中一旦面对新的情景，学生就会不知所措，无从下手。克服这一困难要从模型出发，突出模型对于生活情景的演绎过程这一教学环节，有效强调学生自己去发现，运用比较和类比的思维方法对生活经验加以分析，将有助于学生加深对理论应用于实践的理解，并使学生在非逻辑思维即“直觉”方面也能得到训练。
例如杠杆教学，以生活中的扁担为情景，引导学生经过抽象思考建立杠杆模型，通过对模型的探究得出平衡条件原理。此时，笔者并没有急于杠杆平衡条件的应用练习。因为对学生而言，并没有理解直尺也是一个具有普遍意义的模型，铁架台上的那把能转动的直尺也是杠杆。在他们的感知中，生活中的剪刀等机械和眼前的这根直尺差异实在是太大了。在教学实践中，增加了一个教学环节，让学生从模型出发寻找这把直尺所能代替的生活情景，并把模型上的支点、作用力、力臂等要素与生活情景进行一一对应分析。学生在自主思考后，几乎想到了啤酒扳、跷跷板、剪刀、指甲钳、煤钳、塔吊等教师所能想到杠杆原理在生活中的体现，同时，学生在探索的过程中信服了模型所代表的普遍意义，为后续学习储备了必要的经验。
二、重视“实验因素”，培养整体分析能力
教学中，经常会碰到学生胡乱猜测的情况，或者在控制变量的实验设计中顾此失彼的现象。究其原因不难发现，造成这些问题的根源在于一个科学现象中往往牵涉到多个科学量，这些科学量中与问题的本质既有相关联的量，也有无关联的量；既有主要变量，也有次要变量。由于学生缺乏对问题进行整体认识的习惯与方法，同时教师以自己的思维水平和知识储备为基准，课堂中只片面追求相关因素而省略了无关因素的探究，造成学生只知其一不知其二，所以学生问个“为什么”或“怎么样”，总问不到关键处，也说不明白为什么是这样。培养学生整体分析一个科学问题中涉及的科学量，是学生能进行合理的猜测与设计可行性实验的有效手段。
例如，浮力的教学实践。在定量实验并记录表格中的数据后，让学生猜想影响浮力大小物理量有哪些？在下面表格数据的指引下，学生较为统一的归纳出了三个因素：①物块浸入液体的体积；②液体的密度；③浸入液体深度。
■
到此分析仍是片面的，实际上学生心中还有较多困惑，诸如物体形状因素。而这些困惑的存在，也必将为以后的学习造成障碍。此时，引导学生以浮力这一物理量为中心，完整分析它周围的相关物理量。学生通过分析讨论，列出物体的体积、形状、质量等因素。对于这些因素，有些通过理论判断就能加以排除，而那些不能作出准确判断的因素，设计对比实验加以探究。最后，从实验中学生归纳出了ρ液、V排这两个关键因素。
三、拓展“实验案例”，探索实验衍生趋向 实验能力的最终培养目标，是让学生具有独立的设计能力和一定的探索能力。通常的课堂实验大都是“填鸭式”的，即教师与教材设计好了一切，为保证实验正常进行，学生只管“照方抓药”，根本谈不上独立思考。若能对课本实验进行变化衍生，也能很好地达到训练学生创新思维的目的。
1.改变实验控制条件衍生新实验，培养学生的思辩能力
课本实验是在控制一定的因素，保证排除外界的干扰的情况而获得的正确结论。所以，有时只要对某一实验条件加以改变，就能衍生出新实验，而新实验可以与原实验大相径庭。
例如，在气体密度知识的学习中，基于学生对课本中CO的灭蜡烛火焰的实验认识，笔者将“向烧杯中倒入常温CO”这一实验条件加以改变，提出了这样一个设计：一只大烧杯倒扣在一高一低的两只燃烧的蜡烛上，观察哪一支蜡烛先熄灭。实验以前，学生们一致认为是低的一支，然而实验结果却出乎意料，形成了剧烈的认知冲突。在笔者的引导下，学生对比分析了两个实验的控制条件，在对一氧化碳是上升还是下降的核心思考中，找到了气体密度与温度条件的关系。
2.改变实验器材衍生新实验，培养学生的设计能力
课堂实验中，有时会因为准备不足，遇到实验器材缺损，或实验器材型号不能相互匹配，或只有一些其他的器材的情况，教师要灵活处理，引导学生利用现有的条件设计出一些新的实验方法，解决原有实验所需解决的问题。有时只要通过增减或替换实验器材的方法就可以衍生出新的实验，从中培养学生设计新实验的能力。
例如，测定小石块的密度实验中，如果选择较大的石块，使得石块不能顺利浸入量筒。在不能换取大号量筒或敲碎石块的条件下，怎样利用现有的实验条件设计方案，进行密度的测定。在笔者的诱导下，学生们进行了讨论，提出了解决方案：将石块浸入烧杯中排水，在烧杯壁上作好记号，然后取出石块，用量筒中的水来补充至记号所示位置，从而用量筒中水的体积变化来替换出石块的体积。成功实验后，笔者进而要求学生不使用量筒，可但以增加刻度尺，设计方案测定石块的体积。学生通过思考讨论后，设计出新的实验：用刻度尺测量排水后烧杯中液面上升的高度，再利用细线绕烧杯一周，由周长换算得面积，并根据数学公式计算小石块的体积。仔细分析，此方案设计方法简单，操作方便，大大的拓展了学生的思维能力和解决问题的能力。
四、抓住“实验外象”，剖析原因实现生成
为了取得正确的实验效果，教师很少给学生思考机会以解决实验中所产生的意外问题。实际上这仅仅是考虑到“教”的需要，忽略了学生主动学习的需要；忽视实验的意外现象，也扼杀了教学的生成空间。教师要关注一些实验中产生的意外的问题，给学生一个强烈的反思的机会，能有效促使他们开展积极的心智活动。
1.用次要实验现象培养学生的质疑习惯
其实演示实验的主要现象，教材或实验手册上已有较完整的描述，若学生已预习过再实验，探究实验实际已变为验证性实验，其培养学生观察能力、分析能力的功效大为减弱。若引导学生对实验进行全方位观察，让学生注意到除书本描述的现象之外，还可能有其他一些意外的现象，并对此加以探讨，能更好的培养学生细致的观察能力，使思维活动向更深层次拓展。
2.用失败的实验培养学生的反思习惯
探究实验难免会有失败。从某种程度上说，这对课堂的知识目标的达成造成了一定的障碍，所以，教师往往会以实验存在误差等理由加以掩盖。事实上，失败的实验提供了一种具体生动的问题情景，由此引发的思考是要有严密的逻辑性。如能及时引导学生分析失败的原因，找出实验成功的条件与原来的不足，从失败中再研究，就能更好地培养学生分析和处理问题的能力，以及科学思维的方法与态度，其作用比起教师只做成功实验要大的多。
综上所述，只有基于“学生主体发展”的这一教学理念，以实验为载体，创设出多种机会，才能让学生在亲身参与科学实验的过程中，发现问题，获取事实证据，检验自己的想法和科学理论，真正实现动手与动脑的结合，在有意义的学习体验中，逐步发展智能，内化科学素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.科学（7-9年级）课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]王耀村主编.初中科学教学案例专题研究[M].杭州：浙江大学出版社，2005.
[3]孙大君.立足实验教学 培养创新能力[J].课程·教材·教法，2001，（07）.