学生科学理性思维培养的思考
——五下《沉浮与什么因素有关》教学记
安吉外国语学校 叶 军
特级教师喻伯军老师曾说过：“一个人的学习，除了学到知识之外，很重要的是养成一种科学的思维习惯。小学科学教育的任务是培养学生的科学素养，理性思维是组成科学素养的重要方面，因此我们必须重视培养学生的理性思维。”
物体在水中的沉浮问题，原版《科学》三下时我教过，这次执教改版后的五下《科学》中的《沉浮与什么因素有关》。原以为三下教材的内容放到五下来上，学生在认知水平上有了提高、思维能力有了增强的情况下应该是学生的思维更具严密性。可几次执教下来，发现培养学生在科学探究中的理性思维能力，更需要我们教师细细斟酌与合理引导，也因此引起了我对这一节课执教后的众多反思。
反思一：反问激发学生思维
背景介绍：前一课《物体在水中是沉还是浮》，学生通过对7种物体的观察，对原有的沉浮认识的前概念（重的物体沉，轻的物体浮；大的物体浮，小的物体沉）产生了疑惑，知道同一种材料构成的物体在水中的沉浮和轻重与体积没有关系。而不同材料构成的物体在水中的沉浮和轻重与体积似乎有关系，似乎又没有关系。但根据经验和预测，大部分学生仍然会坚持物体在水中的沉浮和物体的轻重与体积有关系。
片段记录：
……
师：我们把上节课用过的7种材料按重量从重到轻排一排（排好后，浮的上移，沉的下移），我们能看出轻重对沉浮的影响吗？
生：看不出来。
师：请你举一个例子来说明。
生：萝卜最重，是浮的；回形针最轻，是沉的。石块第二重，却是沉的。
师：看来，单从轻重上我们看不出物体的轻重对沉浮的影响，那么体积呢？我们把这7种材料按体积从大到小再来排一排（排好后，浮的上移，沉的下移），看看能看出体积对物体沉浮的影响吗？
生：也看不出来。
师：怎么看不出来？
生：萝卜体积最大，是浮的；回形针体积最小，是沉的。
师：那不就看出来了吗，大的物体在水中是浮的，小的物体在水中是沉的。
生：可石块的体积也是比较大的，是沉的；空瓶子的体积比较小，是浮的。
师：看来，单从体积上我们也看不出物体的体积对沉浮的影响。那，可能是什么因素在影响物体的沉浮呢？
生：物体的材料不同。
师：对啊，我们这节课就是要研究不同材料在水中的沉浮与什么因素有关。
生：物体内有没有空气。
师：我们7种材料中除了空瓶子里面有空气，其他材料都没有啊。
（学生沉默不举手了）
师：难道不同材料构成的物体在水中的沉浮，真的和轻重一点关系都没有吗？和体积大小也一点关系都没有吗？
生：我觉得还是有点关系的。
师：那我们怎样才能看出轻重对物体沉浮的影响？
生：让它们的体积一样大。
师：那怎样看出体积对物体沉浮的影响呢？
生：让它们的轻重一样重。
片段分析：
学生在教师的两次否定之后，思维陷入了沉寂，怎么也没有去想物体的沉浮和轻重与体积的联系。教材中以卡通人物对话的形式出现了一句话：“可能是物体的轻重和体积大小都在同时影响它们的沉浮。”我在几次执教中始终思考这样一个问题：从过程来看，学生的直觉思维占了主导成分，缺乏对事物间相互联系的关注。是直接告诉学生呢？还是利用这一过程引起学生的反思。虽然在与学生的对话中我刻意强调了“单从轻重上”和“单从体积上”，期望引起学生的注意，但学生并没有去品味我的“话外之音”。斟酌之后，我采取了后一种办法，反问学生。学生在教师的反问中思维得到了重新定向，在反问中重新审视自己的结论，在反问中关注“轻重”与“体积”两个因素。这样的反问处理效果，远比教师直接告诉学生答案进行分析要好得多。因此，反问激发学生思维，反问促使学生站在更高的层面来思考问题，有利于学生理性思维能力的建构。
反思二：实证让思维更严密
背景介绍：在“控制其他因素进行研究”的环节中，安排了两组有结构的材料：体积相同、轻重不同的小球和轻重相同、体积不同的圆柱体。旨在让学生通过观察这两组有结构的材料在水中的沉浮，得出“体积相同，重的物体易沉，轻的物体易浮；轻重相同，大的物体易浮，小的物体易沉”的结论。
片段记录：
……
师：老师这儿有4个小球，你一眼看上来，知道它们的什么是一样的？
生：它们的体积大小一样。
师：轻重呢？
生：可能一样，可能不一样。
师：我们怎么知道到底一样不一样？
生：讲台上有天平，我们可以用天平比较一下。
师：好，我们就用天平来比较一下这4个小球的轻重。
……
师：老师这儿还有四个圆柱体，我们都看得出它们的体积大小是不一样的，它们的轻重呢？
生：一样。
师：你怎么知道的？
生：如果轻重不一样，我们就没有办法做轻重相同、体积不同的实验了。
师：怎么知道到底是不是一样重？
生：用天平。
片段分析：
用天平比较两组材料的轻重，整整花了4分多钟。在“湖州市第四届小学科学、数学名师展示活动”上，我执教这一课超了4分多钟。课后，一位很关心我的老师和我交流说：“体积相同、轻重不同和轻重相同、体积不同学生是很清楚了，如果不用天平来比较，节省一点时间，课也不至于超时4分钟。”听了这位老师的话后，我心里暗想：教材是没有要求用天平比较，难道我原先的想法错了吗？
在评课交流上，我首先感谢了这位老师的中恳建议，然后谈了自己的想法：
从表面上看，老师一句话就能解决的问题化这4分钟时间让学生通过天平来比较似乎不值，实际上在这4分钟里，蕴含了对学生在科学探究过程中实证意识的培养。
其一：如果不用天平进行比较，学生对后面把4个小球（圆柱体）放入水中的沉浮状态不一致的现象，会产生一定程度上的怀疑：小球有沉有浮真的是因为轻重不同吗？圆柱体有沉有浮真的轻重是一样的吗？用天平进行比较，让学生实实在在看到4个小球的轻重不同，4个圆柱体的轻重相同，排出了学生思维上的干扰。
其二：科学讲究实证。课程标准明确指出：在让学生获得知识的同时能“形成尊重事实、善于质疑的科学态度”，“不迷信权威”，“在科学学习中能注重事实”。因此，在教学中我们不仅要引导学生进行规范的科学实验，而且要注重学生实证意识的培养，让学生学会用事实证据说话。
其三：从学生思维培养上来看，用天平比较，更有利于强化学生的“变量控制”概念的形成。当实验结束后反思：为什么我们一开始对7种材料进行比较看不出物体的轻重、体积大小对沉浮的影响，而用这两组材料却能看出物体的轻重、体积大小对沉浮的影响？学生马上联系到是因为实验中的小球体积相同、轻重不同和圆柱体轻重相同、体积不同。
反思三：精确定量促进思维
背景介绍：教材在学生“控制其他因素进行研究”结束后，安排了“用小瓶子继续研究”的验证性实验：让学生往空瓶子里一次次地加水，研究加多少水，小瓶子就能沉入水中。
片段记录：
师：有办法让小瓶子沉下去吗？
生：往小瓶子里加水。
师：为什么？
生：在小瓶子体积不变的情况下，改变重量，可以使小瓶子沉下去。
师：加多少水我们不好确定，改加绿豆行吗？
生：行。
师：怎样让圆柱体从水底浮上来？
生：把圆柱体拉开。
师：为什么这样可以呢？
生：圆柱体轻重不变，体积大，容易浮。
师：小瓶子沉下去的实验我们只需把小瓶子放在水面上就行，观察圆柱体浮上来，把圆柱体放哪儿观察？
生：放水底。
师：我们来看实验要求。（课件出示实验要求）
（1）小瓶子沉的实验： A、往小瓶子内一粒一粒加绿豆，观察小瓶子的沉浮。 B、记下小瓶子开始沉下去时加绿豆的粒数。 C、再把绿豆加到1/2瓶和满瓶，观察下沉的情况。 （2）圆柱体浮的实验： A、一点一点拉开圆柱体，观察圆柱体的沉浮。 B、用尺量出圆柱体开始浮上来时的圆柱体的高度。 C、再把圆柱体拉出1/2和大部分拉出，观察圆柱体上浮的情况。 |
片段分析：
1.小瓶子沉的实验为什么要改教材中的加水为加绿豆？
在几次的试教中，我发现用加水的方法学生在实验中很难控制。如果不让学生去数加水的滴数，那对学生来讲，加水多少的概念是小半瓶、四分之一瓶等并不精确的变量描述。如果让学生去数加水的滴数，则又会出现22滴和39滴的差距以及费时8分钟的代价。如何既快又精确地让学生看到小瓶子由浮到慢慢沉下去、快速沉下去的过程呢？我在选用大米、绿豆、黄豆的教师实验中，最终选用了绿豆。
用加绿豆的方法，一般8粒左右的绿豆就可以让一个小注射药瓶沉下水底。学生在一粒一粒加绿豆的过程中，关注了每一次小瓶子沉的情况，进一步体验了随着重量的逐渐增加，小瓶子由浮到沉的过程，而且每一次小瓶子放到水面上进入水中的沉浮状态也不一样。改加水为加绿豆，变量容易控制，同时做到把变量具体量化，引导学生关注由量变到质变的过程，使学生在思维上得到了进一步的发展。
2.为什么增加圆柱体浮的实验？
教材中并没有安排这样的环节。我的考虑是：既然学生在前面的探究活动中得出的是两方面的结论，那就应该尽量让学生从两方面去验证，加深对前面探究活动所得的认识。而且，两组活动分组同时进行，一方面在时间上不会冲突，而且在小组相互交流的时候，既有可介绍的内容，也有可咨询的地方。如“小瓶子组”介绍了他们在实验中的发现后，我提了一个问题：“做圆柱体实验的小组有什么要问他们吗？”一个学生马上举手提问：“我发现他们让小瓶子沉下去的绿豆数有8粒，也有9粒，为什么？”做小瓶子实验的小组学生马上回答：“绿豆并不完全一样大，大小有细微差别的。”在具体量化的实验中，学生的思维更趋严谨，同时，也关注了对实验现象和结论的分析。
反思四：拓展延伸延续思维
背景介绍：教材最后部分让学生通过实验得出的结论解释潜水艇的沉浮原理。
片段记录：
师：潜水艇被称为“海洋中的幽灵”，它是根据什么原理实现在水中自由沉浮的？
生：在体积不变的情况下改变轻重。
师：学了这一课，你能解释一下怎样的物体在水中容易沉，怎样的物体在水中容易浮？
生：小而重的物体容易沉，大而轻的物体容易浮。
师：我们能用这个规律去解释不同材料构成的物体在水中沉浮吗？
生：能。
师：（出示“橡皮”）怎样的物体？能解释吗？
生：小而重的物体，在水中是沉的。
师：如果有一个物体，体积比它大一点，重量比它重一点，你认为是沉还是浮？
生：不能确定。
师：为什么？
生：重量和体积都变了。
师：（出示“萝卜”）萝卜是浮的，看来是确定不了。如果还有一个物体，重量比它轻一点，体积比它小一点，你能确定吗？
生：也不能确定。
师：（出示“石块”）看来，还真的没法确定。在怎样的情况下，我们能用物体的轻重和体积去解释物体在水中的沉浮？
生：重量一定或体积一定。
师：看来，在重量和体积都不确定的情况下，物体在水中的沉浮还和什么因素有关，需要我们在课后去进一步研究它。下课。
片段分析：
教材上是戛然而止，我为什么要作此延伸呢？
我在试教中觉得本课的教学目的之一是解决学生前概念的认知问题，同时对学生的概念进行进一步的发展，学生在思维发展上呈现“模糊（物体的沉浮与重量和体积有关系又没有关系）——>清楚（体积相同，重的物体易沉，轻的物体易浮；轻重相同，小的物体易沉，大的物体易浮）——>再模糊（用小而重的物体易沉，大而轻的物体易浮无法去解释物体的沉浮）——>再清楚（在控制变量的情况下能看出轻重、体积对物体沉浮的影响，反之，则看不出；物体在水中沉浮的规律还要进一步学习和研究）”的过程，把学生对沉浮现象的认识引向浮力和重力的关系。
从片断中看，学生的“再模糊”并不十分模糊，我想得益于前面对变量的控制。无论学生是否“再模糊”，“再清楚”是肯定的。用结论解释物体的沉浮，解释出问题，不是对结论的怀疑，而是更加认识了变量的控制，激起学生对物体在水中沉浮现象探究的兴趣。特定的有结构的材料下得出的结论不是普遍的规律，我的理解是本课的落脚点不仅仅在于得出结论，而要进一步引导学生对结论的思考，让学生对物体沉浮的认识在思维上作进一步的发展，为后续课文的学习打好基础。
总而言之，在小学科学的教学中，我们应该注重学生在探究过程中理性思维的培养，把学生的视野引向更开阔的前方。
