谈科学教学中学生思维可视化的情境设置

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  【摘要】学生的思维是教师教学和调整教学策略的依据,学生的思维是可视的,思维可视化就是通过一定的方法和手段呈现出学生的思维动向和轨迹。学生的思维潜质和思维动向可以通过适当的情境催生和唤醒,也就是说,创设适切的情境是展现学生思维,并促进学生思维发展的保证。
  【关键词】思维可视化;判断思维;联想思维;逻辑思维;推理思维
  【中图分类号】G623.6 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6009(2015)25-0026-03
  【作者简介】1.蒋惠清,江苏省江阴市教育科学研究室(江苏江阴,214400)教研员,高级教师,无锡市科学学科带头人;2.陆启威,江苏省江阴市华士实验小学(江苏江阴,214421),高级教师,无锡市科学学科带头人。
  科学课上,学生的学习是在一定的情境下进行的。构建适切有效的教学情境,是引发学生主动思维,并促成学生持续、深入探究的关键。设置有效的教学情境,需要了解学生的思维状态和动向,同时要让学生的思维可视化,并在此基础上即时调整或改进情境,使教学情境更好地服务于学生思维的发展。本文以科学课上常见的教学情境为例,谈谈自己的实践和思考。
  一、设置问题情境,让判断思维可视化
  设置问题情境,是小学科学探究中常见的做法,通常是教师通过实验,引发一种“出乎意料”的科学现象,让学生进行初步的解释或判断。为了显示学生的思维动向,问题情境需要基于学生的经验,这样,学生的判断就有了自己的认知“根据”。教师在了解学生“可视化”思维的基础上,进行教学策略的调整和改进,以便更好地服务于学生的探究活动。比如:教科版《科学》五下《浮力》一课,教师设置的问题情境是:将木块、塑料板、泡沫、石块、铁块、苹果等物体逐一放到水里,让学生看它们的沉或浮。然后,教师问:“为什么这些物体有的上浮,有的下沉呢?”学生大多这样回答:“木块、泡沫等轻,所以上浮;石块、苹果等重,所以下沉。”(暂且不探讨比重问题)于是,教师再问:“这轻和重是谁跟谁比较的呀?”学生答:“木块跟石块比,木块轻;泡沫跟苹果比,泡沫轻……”可见,学生思维的关注点是这些材料之间轻重的比较,却不曾想到这些材料与水比较轻重。或者说,学生只对这些材料感兴趣,他们只想从这些材料本身求解沉浮的秘密,并不曾想到与所处环境(水)进行对比和思考。由此可见,学生判断性思维的局限和不足主要表现为思维的孤立性,即只会从问题或现象本身求解,不能结合情境中相互作用的因素进行分析和研究。
  面对学生的这种思维倾向,教师需要跟进设置的问题情境表现在两个方面:一是出示一块大木块和一块小石子,很明显大木块比小石子要重得多,把它们依次放入水里,大木块依然上浮,小石子还是下沉。从而把学生的思维引到“相同体积物体的轻重进行比较”,也就是“比重”,这样的比较才是科学的。另一个需要跟进的问题情境是:将水里放入并溶解一些盐,然后再将原先的苹果放进盐水里,苹果上浮。“为什么水里的苹果下沉,盐水里的苹果上浮?”两者对比,学生自然会将思维聚焦在“液体”上,于是很容易想到将这些物体与液体进行比较,重的下沉,轻的上浮。从而将学生原先只进行材料之间轻重的对比转化为每一种材料与水比较,而且是相同体积的材料与水比较轻重。这才能解答沉浮秘密的核心问题。
  二、设置材料情境,让联想思维可视化
  思考一个问题,学生通常会由此及彼想到一些相关联的问题,并在此基础上进行梳理和整合,形成对这一问题的观点和认识。这种思维就是一般意义上的联想思维。科学教学中的联想思维,通常是基于学生的已有认知,也就是在充分利用学生已有认知经验的基础上,进行新的探索和研究。这种探究性学习,由于有了一定的经验积累,当学生面对新领域的探索时,会自然联想到已有的认知和经验,于是就会依据已有的知识、经验进行分析、判断和处理,从而展开对未知领域的探索。
  比如,苏教版《科学》五上《简单电路》一课,由于学生在生活中有了一些粗浅的认识和经验,教师只要将导线、小灯泡、电池等材料分发到每个小组,学生联想到曾经的记忆和生活场景,就会想到连亮小灯泡。至于怎么连,学生以前并未做过,也不明白其中的道理。他们只会结合生活中的经验和认识,不断尝试各种连接方法。这期间,教师要做的就是指导学生随时画出每一次尝试的连接方法。待学生连亮小灯泡后,要求学生将自己尝试连接的各种电路图(画图)进行比较,分析并归纳出连亮小灯泡的正确方法。由于有了一定的经验和认识,学生就有了尝试的方法和动力。这一情境的设置,使学生能够充分利用生活经验,大胆尝试,积极探索,尝试的方法和途径很多,学生的思维也很活跃,思路完全打开了。但问题是虽然学生最后连亮了小灯泡,但却不知道小灯泡为什么亮?即使教师作了一定的讲解和描述,如电流是如何流经小灯泡的,学生还是一头雾水。这时教师可以将电池和小灯泡剖开,让学生看到里面的结构,不需要教师讲解,学生就会理出个头绪,很容易明白电流的流动过程,从而弄清楚电路连接的本质和规律。由此可见,对于学生的联想思维,教师要注意的是,不仅要关注联想得来的“做”,还要从“做”中抽象出事物的内在规律。这是学习的归结点,也是学习的本质所在。
  当然,除了一般意义上的联想思维外,科学探究中的联想思维还包括联系材料的思维,也就是依据眼前呈现的材料,学生能够合理地找出材料之间的结构,并进行一对一地组合与搭配,从而完成对未知领域的探索和研究。比如,苏教版《科学》五上《研究磁铁》一课,为了研究磁铁的性质,教师给每个小组准备的材料有:一根竖起的圆柱形木棒、若干个环形磁铁、若干个小磁车(车仓刚好能容纳一根小条形磁铁)、若干个小条形磁铁、一块大条形磁铁、一根棉线、一个铁架台(装有横杆)……只要稍加注意,学生就会将其中的材料两两联系起来,并进行搭配,具体做法是:将环形磁铁逐一套到圆柱形木棒上去。这时学生就会发现相同的面靠近会相斥,不同的面靠近会相吸的现象;将小条形磁铁放到小磁车上,也会发生同极相斥,异极相吸的现象;用棉线将一根大的条形磁铁从中间系起来吊在铁架台上,以此来研究磁铁“指示南北”的性质。这种有结构的材料其实就是一种思维暗示,目的在于引发学生能动地将材料之间潜在的关系联通起来,实现思维上的对接,以此来发现问题、研究问题。这种有结构的材料情境设置对于训练学生的联想思维,促进学生自主学习能力的发展是非常有益的。   三、设置话题情境,让逻辑思维可视化
  所谓话题情境,就是在教学中,教师针对教材中的核心问题,抛出一个话题,然后引导学生就这个话题展开探究。这个话题的相关内容是学生略有知晓的,或者说有一定的生活经验和浅显认识的,学生面对这个话题会有话可说。设置这样的情境,要注意认知的逻辑性和层次性,也就是说,话题不能太大,以免学生谈及此话题时会信马由缰、不着边际,而应扣住问题的本质和核心点去确定话题,以使学生的讨论沿着一根主线向问题本质深入。比如苏教版《科学》四下《摩擦力》一课,关于“摩擦力”应当呈现给学生什么样的话题?为了引发学生积极的探究心理,通常教师会以“什么叫摩擦力?”“关于摩擦力,你想了解哪些知识?”等作为学生研讨的话题。这样一来,前一个问题,学生无从入手,或者说依靠自己原有的认知和经验,学生根本总结不出摩擦力的概念。于是,话题一出就直接把学生的思路堵死了。第二个话题太过空泛,对于这个问题,学生可以说的东西太多,学生想弄明白的诸多问题不光凌乱无序,而且很难切入“摩擦力”的根本问题。这样的思维活动是没有多少效果的。我们需要调整的是,将抽象的“摩擦力概念”转化成具体的生活和实验,让学生通过具体的现象去感知和体验,这样理解和认识概念就容易多了。同时,对于一个过于宽泛的问题,学生很难抓住要领和核心问题,这样会使学生对问题的设想缺乏层次性和逻辑性。因此,在设置话题情境时,最关键的是要选准问题的切入点,这个点上的问题解决了,相关的问题都会迎刃而解。所以,对于“摩擦力”这一课,可以引出“生活中哪些地方有摩擦力?”“这些摩擦力有什么不同?”这一话题,这个话题的好处在于:一是学生依照经验可以说出很多摩擦力存在的地方,这样学生就在实践和生活中回顾并巩固了自己的认知。另外,对于“比较不同地方摩擦力的不同”,可以引发学生聚焦于“有的摩擦力大,有的摩擦力小”“为什么会有摩擦力大小?摩擦力大小与哪些因素有关?”等一连串的问题上。回过头来看看这些问题,它们不光指向摩擦力的内涵和本质,更是以一种层层深入的逻辑关系出现的,并形成了探究摩擦力的一条逻辑主线,这才是需要我们关注的话题情境。循着这条路径展开的问题探讨才是有效的。
  逻辑思维不仅有上述“纵向”的,也有“横向”的。比如,苏教版《科学》四上《声音的传播》一课,课题本身就是一个很好的话题。教师可以直接抛出“声音是怎样传播的”这一问题,面对这样的问题,无外乎要具体回答两个问题:一是“传播方式”;二是“传播途径”。也就是说,“声音是以什么样的方式传播的?”(以声波的方式向四面八方传播);“声音可以在哪些物质中传播?”(气体、液体、固体)。很显然,这两个问题之间不是层层深入的纵向逻辑关系,而是同一问题的两个彼此平行的版块,是一对横向的逻辑关系。解决了这两个问题,“声音是怎样传播的?”这一知识点学生也就掌握了。
  四、设置分析情境,让推理思维可视化
  科学探究是一个手脑并用的学习过程,既有寻求“事实”真相的动手实验,也有做什么实验以及怎样实验的考量和分析。而且,从某种程度上说,“分析”是探究活动中最重要的手段和方法,它全面融于探究活动,并为探究活动提供有力的铺垫和支撑。对问题的分析,学生惯常的思维方式是推理。设置分析情境,就是让学生不断地推理,以提高其自我探究的深度和准确性。比如,苏教版《科学》五上《电磁铁》一课,“影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些?”学生根据实验中电磁铁磁性强弱变化的场景,会很容易推导出与“电流强度”和“线圈匝数”这两个因素有关。依据是:电磁铁具有磁性是因为通上了电,断了电就失去了磁性,所以电磁铁具有磁性的关键是要有电。按照现象从无到有、从少到多、从弱到强的思路,学生自然会想到电流强磁性就强。另外,一根平常的导线接上电池后是没有磁性的(以前学生做过“简单电路”实验,通电的导线并没有磁性),只有绕成了线圈才有磁性,所以磁性肯定与线圈有关。进而得出一根导线弯成一个线圈有磁性,弯成多个线圈磁性就会更大的结论。由此可见,推理是探究活动中的主要思维方式,也是通向正确结论的重要保证。但是,一般教师在上这一课时,也就到此为止,因为教材上也只是认为电磁铁磁性强弱只与上述两个因素有关。其实,影响磁性强弱的因素远不止这两个,还有很多。学生也能想到其他的因素(很多时候,学生只要有其他想法,就会被教师否定或规避掉),如若引导学生研究这些其他的因素,这无疑对训练学生深层次的推理思维是大有裨益的。比如,当教师让学生思考“影响电磁铁磁性强弱的因素还可能有哪些?”时,学生会以“变”的视角说出可能的影响因素。如“与缠绕导线的粗细有关”。实验结果是:导线越粗磁性越强。那为什么会是这样呢?也就是说当线圈数和电池不变的情况下,为什么磁性变强了呢?学生就会依据“线圈数不变,磁性增强”推导出“流过线圈的电流增强了”。至于为什么电流增强了(初中才学习粗导线电阻变小),不必解释,但可以留给学生自己继续研究,也为中学物理学习作一定的铺垫。还有学生认为“与线圈里有无铁芯有关”。问其原因,学生推导的理由是“线圈里有铁芯时,除了线圈有磁性,里面的铁芯同时被磁化也带上了磁性,所以有铁芯时磁性更强”……当然,还有“与铁芯粗细有关”“与线圈的松紧有关”等等,学生会依据推理思维,给出较为合理的解释。这种推理性思维很合乎学生的认知需求和能力发展,应当时时留意并创造这样的思维机会,提高学生的思维品质。由此可见,分析情境的设置能够很好地唤起学生的思维潜质,并促进学生自我认知能力的提升,为学生创造了一个自由舒展而又有理有据的探究空间。遗憾的是,很多教师在教学时往往会忽略分析情境的设置和推理思维的引导,使学生的思维和探究活动失去了“自我”和继续深入的可能。
  学生思维的可视化,可以让教师时时了解学生的思维轨迹和思维动向。要让学生的思维充分、真实地呈现出来,教学情境尤为重要,它是引发学生思维的诱因,更是促成学生深入思维的关键,因此,我们教师要精心思考和设计教学情境。
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