科学认知方式培养

科学认知方式培养（精选5篇）

科学认知方式培养 篇1

一、中学化学教学过程中学生科学风险认知能力的培养措施

1. 将绿色理念渗透到日常教学过程中

绿色化学理念指的是借助于化学技术或手段促使设计、制造以及运用化学产品时所可能产生的有害物质得以降低或消除,促使所生产的化学产品或生产过程能够具有一定的环境友好型性质,从而让其中所可能出现的风险实现最小化[1].因为绿色化学理念是从本质上预防污染,因此,将其渗透到化学教学中,对学生化学实验过程中严谨态度的形成有着很大帮助,而且还能够让学生养成良好的实验操作及按科学规律实验的行为习惯,并让学生相关的科学风险认知和防患意识得到进一步提升.随着我国素质教育的不断深入,越来越多的学校和教师开始重视起学生绿色化学思想和环保意识的培养.例如,在高中化学人教版必修2课本当中“化学与资源综合利用、环境保护”的课程内容,就能够充分用于“绿色”概念的展开,教师可以促使学生列举出在生活当中,或者是在自身身边所出现的许多和绿色理念相悖的情况案例,也可以直接列举出生活当中进行绿色化的有效做法,并在此基础上进行实例分析,提出相应的解决方案.这方面的化学方程式如,将煤气化为可燃性气体:;燃煤时加入CaCO3脱硫:,教师可结合课本内容,对学生所列举的案例进行引导评价,这样才能将“绿色”的概念深刻的植入学生的内心.

2. 培育学生的探究品格

品格主要是指人的品性和性格,所谓探究品格不单单是指探究能力,同时也是指人们勇于探究和乐于探究.从我国化学教学的实际过程中可以看出,当下我国化学教学越发开始重视起学生的探究能力[2].据相关研究显示,一些化学实验会引起学生的恐惧心理,如H2SO4与BaCl2反应等,恐惧心理虽然会造成学生逃避行为,但是也能够在一定程度上让学生的探索和创新能力得到激发.恐惧是人们对待风险是一种主要的心理反应.借助于适当程度的恐惧,人们能够让自身潜能得到激发,使自身生存能力得到提升,让自身的生存空间得到拓展,由此可见,风险也并不是百害而无一利,在创造活动中,其能够让人们的存在和发展得到实现.在化学教学中对学生探究品格进行培养,能够在很大程度上促进学生抗风险能力、生存空间的拓展得到有效提升.在培养中学生的科学风险认知能力,让学生探究品格得到提升的过程中,相关教师不仅要结合化学实验的安全性教育,还要将实验室相关操作规范和意外事故处理方法教给学生,促使学生能够对化学实验过程中可能出现的风险和意外事故得到有效掌握和预防.同时还应该让学生能够对所学知识做到有效掌握,促使学生能够借助于自身所掌握的知识来对风险的形成进行有效预防.

3. 科学伦理的构建

所谓科学伦理主要是指人与人之间、人与自然之间的关系,以及对这些关系进行处理的相关规则.虽然从客观上看待伦理,其主要隶属于人文素养范畴中,但是科学理论则不代表也属于人文素养范畴,其是科学素养中不可或缺的重要组成结构之一,同时也是我国基础教育课程改革创新过程中,对学生科学素养进行培育的重要课题之一.在高中科学课程标准中就有着明确规定:“学生必须对相关正确运用科学技术的伦理问题做到充分了解和掌握”.从科学伦理的内涵上来看,其主要是指当下人们在日常生活过程中都必须承担,且不能够推卸的对他人、对社会以及对自然的一种责任,坚决不能够因为自身私利原因对人类健康以及公共安全造成危害.因此,化学教学应该针对于每个学生的实际情况,构建出具有针对性的科学伦理,从而让其可能以为个人问题而引发科学潜在隐患转化为现实风险和危害的现象得到有效避免.

二、中学化学教学过程中学生决策能力的培养措施

1. 通过培养学生的分析问题的能力在促进决策能力的提升

教师在进行化学教学过程中,可以借助于情境设置来进行教学,通过对所学化学知识的合理运用,在脑海中机械能不断分析和抽象,并加工所需要解决的科学问题,从而做出正确的决策,促使学生的决策能力得到培养和提升.例如,在高中化学人教版必修2“天然气的利用甲烷”教学中,可借助与情境设置,向学生展现出西气东输可能会带来的科学风险,并通过学习甲烷的可燃性,让学生掌握、学会面对该风险如何才能做到准确决策,让风险降到最低.

2. 通过培养学生逻辑思维能力让促进决策能力得到有效提升

作为一门自然科学,在化学教学过程中培养学生的逻辑思维能力一直是学习的重要组成部分之一.不但要想学生传授一系列的科学知识,同时还应该指导学生建立起正确的思维能力,从而让学生能够更加快速和准确的去解决化学教学过程中所存在的科学分析,从而培养学生的决策能力.例如,从甲烷的可燃性特点上出发,设置其不完全燃烧的科学风险[3].设置相关问题:“在家庭中如何才能充分燃烧甲烷,如何设置其进气口和进风口.”通过设计这些问题,来让学生的逻辑思维能力得到有效培养,促使学生能够自己找出进气口和进风口的调节;同时还能够让学生的观察能力得到培养,促使学生能够更加全面的了解化学意义,掌握化学的内涵,从而帮助学生做出正确的决策,使学生额决策能力得到有效培养.

总之,科学风险是一种随时可能发生的潜在威胁,不管是化学学科,还是其他学科,在进行科学教育过程中,都应该借助于多种方法来让学生的风险认知能力和决策能力得到有效培养,促使学生不仅具有一定的风险意识,而且还能做出正确的决策来预防风险的发生,从而让风险可能带来的危害度降到最低.

参考文献

[1]张翼.新课程标准条件下中学化学探究式教学模式探析[J].绵阳师范学院学报,2011(5):137-141.

[2]蔡淑田,王俊峰.中学化学课堂教学中创设教学情境的探究[J].甘肃联合大学学报:自然科学版,2011(S2):107-109.

[3]李玲,王强.新课标下中学化学高效探究教学设计与研究——基于信息技术与课程整合的视角[J].西南师范大学学报:自然科学版,2013(11):175-180.

科学认知方式培养 篇2

每周给自己留半天的时间，让这些时间完全属于你自己。我们中的大多数人都把时间安排得满满的，尽可能地去做一些“有用”的事。你应该“自私”些。给自己的兴趣爱好留一点时间。每周用半天时间去游泳、跳舞或散步。单独坐在公园里静思也是很好的享受。总之，这半天的时间应完全是你自己的。

大量饮用饮料―特别是水。肾脏需要充足的水来行使其正常的生理功能。

每天吃一只香蕉，香蕉比苹果对健康更有益。香蕉含有大量的维生素和纤维，另外它们都有外皮，因此你不必担心受到有毒化学物质和虫子的影响。除此之外，香蕉还具有低卡路里的特点。这使你不用担心发胖。

让生活充满欢乐，神情阴郁的工作狂英年早逝的可能性很大。而健康长寿的人常常将生活看成一种饶有兴味的冒险，因而他们得以长寿。幽默感很重要，经常阅读那些使人开怀大笑的书，看那些真正富有娱乐性的电影，并收集你最喜欢的书和电影，这样在你感到情绪不佳的时候就有了解脱的方法，争取每天都找到一点笑料。

当你为什么事情担忧的时候，问问你自己，什么是可以承受的最大限度―事情会糟到什么程度?一旦你知道了最糟的结果，你将惊讶于事情突然变得不那么可怕了。

别浪费你的生命。将那些垃圾邮件直接扔进纸篓。别回答那些不请自来的电话，别花时间接待各种各样的推销员，这样你每周都能节省下几个小时的时间―属于你自己的娱乐时间。登门拜访的推销员通常推销一些我们不需要的产品，而且不可避免地浪费了我们的时间。

买一个带开关的电话，或者买一个带自动答话功能的电话。在你想休息的时候就用得着那些功能了，你记得自己有多少次刚刚坐下休息就被电话打扰吗?多少次的社交晚会被不相干的电话搅和了?我们居然能容忍电话控制我们的生活―本来这些无礼的打扰即使来自孩子们，我们也是不能忍受的。

养成记日记的习惯。你不必在纸上写下所有的心灵独白，或者巨细无遗的流水帐。日记能帮你更有效地规划每曰生活―由此也避免了不必要和难以预料的压力。日记能给你抒发情绪的机会。

当你感觉愤怒或沮丧的时候，可尝试一些消耗体力的活动。出去散步、拍打毛毯、整修花园。如果你身体不适或体力不济，那就试试走到无人的地方，练练嗓子。排遣你的怒火，有助于保护身体免受不良刺激的影响。

如果你通常每晚在同一时刻睡觉，试试偶尔晚睡一次。比如看一次电影、参加一次晚会或与朋友促膝长谈。

估计一下你有多少工作时间是用来做你感兴趣的事情的?多少时间是花在别人让你做的事情上?如果你有一半以上的时间用来为他人无偿服务，那么你大可以“自私”一些，给你自己更多的时间。

如果你的屋子光线昏暗，那么买亮一点的灯泡。在半明半暗的屋里生活，对精神有压抑作用。大一点的灯泡不会使你的电费帐单难以承受。但是它无疑会给你的生活和情绪增添更多的亮色。

科学认知方式培养 篇3

关键词：PISA2015；科学素养；真实情境；科学能力；试题分析

文章编号：1005–6629（2016）4–0089–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 学生能力国际评价PISA简介

学生能力国际评价（The Program for International Student Assessment，简称PISA）是由经合组织（The Organization for Economic Co-operation and Development，简称OECD）于1997年创立的，它体现了OECD各成员国政府的一项承诺：从学生学习成绩的角度，在一个共同的国际框架之内监测各国教育体系的工作成果。它由OECD各参与国共同开发，是一项15岁在校生的国际性学生学习质量比较研究项目，主要评价学生的阅读素养、数学素养和科学素养[1]。

2 PISA2015科学公开题特点分析

2.1 PISA2015科学测试框架

PISA2015测试将科学素养能力标准解读为科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据三个方面。其中，科学地解释现象，即认识、提供和评价对一系列自然现象和技术产品的解释；评价和设计科学探究，即科学地描述、评价科学研究，提供问题解决的方法；科学地解释数据和证据，即分析评价数据和各种不同方式表示的参数，并能得出恰当的科学结论[2]。PISA2015科学测试的框架如下：

2.2 PISA2015科学公开试题特点概述

PISA测试历来是以单元试题的形式评估科学素养的。PISA2015科学公开试题共有8个单元，分别是：蜂群崩溃紊乱、化石燃料、火山爆发、开采地下水和地震、蓝色的发电装置、可调式眼镜、在炎热的天气里奔跑、节能的房子，共有37道试题。每个单元试题基本要素包括以下几个方面：

2.2.1 关于题干

在PISA2015科学测试中，题干所涉及背景重点在于与学生个人、生活所在的地区/国家和全球的生活有关的情境。具体如下：

2.2.2 关于问题组

在PISA2015科学测试中，问题组所考查的能力主要涉及科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据，具体细目如下：

2.2.3 关于评价方式设计

在PISA2015科学测试中，每一单元的设问包括选择题和简单题等几种类型，无论何种题型，对于学生答题结果的评价方式都非常科学合理。它既鼓励学生勇于作答，又突出体现了学生思维的差异性，评价中把“认真作答但错答”与“空答”的学生通过设计不同的编码严格加以区分，使得学生答题的积极性大大提高。消除考试的畏惧感之后，创造性思维的闸门也由此而打开[3]。

总之，PISA2015科学测试的题干、问题组及评价方式的设计兼顾了15岁中学生应该掌握的科学知识，同时学生在解题过程中始终置身于真实的情境之中，在阅读材料、获取信息的过程中感受知识的价值，思考问题的过程中体会科学探究的历程，引发学生站在学科的视角去认识社会、立志于改造社会，增强学生的社会参与意识。

3 PISA2015科学公开试题典型例题分析——化石燃料

3.1 化石燃料单元试题内容

该公开试题单元研究的是化石燃料燃烧与空气中CO2含量之间的关系。该单元的试题背景材料包括：CO2在自然界中的循环示意图，CO2减排政策的简单描述，酒精和石油作为燃料使用的对比以及关于海洋碳汇的数学模型示意图。

许多发电厂都燃烧含碳燃料放出CO2。空气中的CO2会对全球气候产生消极影响。工程师们使用了各种不同策略来减少空气中CO2的排放量。其中一项措施就是使用生物燃料来代替化石燃料，化石燃料的来源是已经死亡很久的生物体，而生物燃料则是来源于活着和最近才死亡的植物体。另外的措施包括固定一部分发电厂释放的CO2，或者是将这部分CO2储存到海洋中或还有如下面所述，这样的措施被称为碳捕获与储存。

碳捕获与储存包括捕获释放的CO2，并储存起来，使得这些CO2不再被释放到空气中。一个可以储存CO2的地方就是海洋，因为CO2溶于水。科学家建立了一个数学模型，用于计算CO2被注入到三个不同深度（800米、1500米和3000米）的海洋后仍能储存的CO2百分数。这个模型的假设是CO2在海洋中被注入长达2000年，下面的图表给出了这个模型的计算结果。

问题1 使用生物燃料和使用化石燃料对空气中CO2含量的影响不一样。下面哪个选项最能恰当地解释其原因？

生物燃料燃烧时不释放CO2

用作生物燃料的植物在生长过程中会吸收空气中的CO2

生物燃料在燃烧时会吸收空气中的CO2

生物燃料发电厂释放出来的CO2的化学性质不同于化石燃料发电厂释放出来的CO2

问题2 尽管生物燃料对环境大有益处，但化石燃料仍然被大范围使用。下面的表格中比较了石油和酒精燃烧产生的能量和CO2，其中，石油是一种化石燃料，酒精是一种生物燃料。

根据上面的表格数据，解释在花费相同的情况下，为什么有些人更加倾向于使用化石而不是酒精作燃料？

根据表格中的数据，列举一个使用酒精代替石油对环境的好处。

问题3 使用图表中的数据解释海洋深度是如何影响在海洋中储存CO2的长期有效性的。

3.2 “化石燃料”单元试题具体特点分析

“化石燃料”以当今社会中的热点问题——自然资源、环境保护为载体，从不同角度设计了3个问题，主要考查不同燃料对大气中二氧化碳含量的影响、能源的选择、海洋碳汇等化学科学知识，以及学生科学地解释现象、科学地解释数据和证据等能力和支持科学探究的态度，见表4。

该单元题目具有以下特点：

3.2.1 “化石燃料”题干

“化石燃料”这组试题的情境是通过两段文字和两张图片呈现的，反映了“全球的”“环境质量危害”等问题。大气中二氧化碳含量增多是一个全球性的问题，而选择合理的能源替代传统化石燃料、同时进行碳的捕捉与储存是目前各个国家着力进行研究的课题。学生在化学科学知识的学习过程中对这些内容常常会接触到，在日常生活中通过各种媒体也会有所了解，在通过阅读相关文字和图片时不会有陌生感，会感到所叙述的问题与自己是息息相关的。

3.2.2 “化石燃料”问题组

“化石燃料”单元题目不仅关注科学知识，更加关注科学知识的建立过程、对科学方法的使用。其中问题1涉及到内容性知识，问题2和问题3涉及到程序性知识，重点考查学生对科学知识建立过程的理解，对科学研究方法的使用，即注重科学本质的考查。

“化石燃料”这组题目具体考查的能力如下：

问题1 “使用生物燃料和使用化石燃料对空气中CO2含量的影响不一样”的原因，考查科学地解释现象，需要学生从题目的文字材料以及生活经验中提取相关信息对原因作出合理的解释。

问题2 “在花费相同的情况下，为什么有些人更加倾向于使用化石燃料及列举一个使用酒精代替石油对环境的好处”，考查科学地解释数据和证据，需要学生阅读题目中给出的相关数据获取信息并进行对比分析，结合自己的生活积累，运用所学到的相关知识，进行合理的解释，类似于科学探究的考查。

问题3 “解释海洋深度是如何影响在海洋中储存CO2的长期有效性的”，考查的同样是科学地解释数据和证据，需要学生读懂题目中所给出的坐标图中的曲线、坐标的含义，获取信息后进行分析，同样类似于科学探究的过程。

4 PISA2015科学测试的启示

在我国的化学课程标准中，无论义务教育还是普通高中，都提到“提高学生的科学素养，提高学生的科学探究能力，在实践中增强学生的社会责任感，引导学生认识化学对促进社会进步和提高人类生活质量方面的重要影响，提高实践能力”[4]。但是，如何做到以“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”为依据去评价学生的科学素养呢？PISA2015科学测试题目给了我们很好的启示。

4.1 创设真实的问题情境

目前在我国的中考和高考命题中都已关注到了创设试题的情境问题。例如：在2015年北京中考试题中就出现了这样一道科普阅读题目：

例：阅读下面科普短文（原文作者：段翰英等）。

我国制作泡菜的历史悠久。制作泡菜是把新鲜蔬菜泡在低浓度的盐水里，经发酵而成。泡菜品种繁多、风味独特、口感鲜脆。

蔬菜中含有硝酸盐。硝酸盐对人体无直接危害，但转化成亚硝酸盐后，就会产生危害。亚硝酸盐[如亚硝酸钠（NaNO2）]与胃酸（主要成分是盐酸）反应，产生亚硝酸（HNO2）和氯化物（如NaCl）。亚硝酸不稳定，产生的二氧化氮进入血液与血红蛋白结合，导致中毒。

泡菜中含亚硝酸盐吗？含量有多少？含量受什么因素影响呢？

经实验测定发现，食盐水浓度和泡制时间对泡菜中亚硝酸盐含量有一定影响。下图为室温下，食盐水浓度和泡制时间与芹菜泡制过程中亚硝酸盐含量的关系。

用不同的蔬菜进行测定，变化趋势与芹菜相似。

实验表明，发酵温度对泡菜中亚硝酸盐的生成量及生成时间也具有明显的影响。泡菜发酵过程中，泡制温度较高时，亚硝酸盐含量最大值出现得早，且数值低。这与温度较高有利于乳酸菌的繁殖有关。

实验还表明，泡制过程中添加姜汁和维生素C，都能有效地减少亚硝酸盐的生成。

现代医学证明，泡菜中的乳酸和乳酸菌对人体健康有益，具有抑制肠道中的腐败菌生长、降低胆固醇等保健作用。但是，有些泡菜盐分或糖分过高，对高血压和糖尿病等慢性病患者不利。另外，泡制过程也会造成某些营养素的流失。（有删改）

依据文章内容，回答下列问题。

（1）泡菜中的亚硝酸盐是由 转化生成的。

（2）亚硝酸钠能与盐酸反应，该反应属于基本反应类型中的 反应。

（3）室温下，用芹菜制作的泡菜，最佳食用时间是 （填字母序号，下同）。

A.泡制2～3天B.泡制5～6天C.泡制12天后（4）下列关于制作泡菜的说法中，合理的是

。

A.最好加入一些姜汁

B.最好在较低温度下泡制

C.最好加入一些富含维生素C的水果

D.最佳食用期的泡菜中亚硝酸盐的含量与泡制时的食盐水浓度无关

（5）请你为喜欢吃泡菜的人提一条食用泡菜的建议： 。

我国中考也是针对15岁的学生进行的一种选拔性考试。该题目的命制方式与PISA科学测试的命制方式已经非常接近，说明我们国家已经高度关注在真实的情境中考查学生的知识和能力，考查学生运用所学知识解决实际问题的能力，考查学生的科学探究能力，引导学生关注社会的发展，培养学生的社会参与意识等。而且在试题设计情境的多样性、趣味性、生活性、创新性等方面都做出了很好的尝试，有效地利用这些情境考查了学生的科学素养，逐步实现了在纸笔测试中整合了三维目标。

4.2 凸显科学能力

PISA2015科学测试注重的是学生对知识的运用和理解，强调的是在真实的生活中创造性地运用所学习的知识和技能，它关注的是学生的学习能力，关注学生未来发展所需的科学素养，关注学生对科学探究过程的体验，特别强调了科学地解释现象、科学地解释数据和证据的科学探究能力。同时，在命制试题时，我们发现题目所呈现情境的形式各异，文字、图形、数据表格、曲线图、仪器构造示意图等形式丰富多彩，使得学生要调用自己的各种感官，学会进行信息转换，并将其准确地与自己所掌握的知识、具备的社会经验结合起来，凸显了科学能力的考查。

相比之下，上面展示的中考试题就略显单薄，尽管阅读资料获取信息的能力考查到位了，但是试题素材的呈现方式不够丰富，于是学生图文信息转化的能力考查就明显不足；科学探究的能力考查涉及到了，但是知识性内容考查偏多，程序性知识考查略显单薄，涉及科学地解释现象、科学地解释数据和证据的问题的数目及份量显然偏少，无法更深入地考查科学能力，无法更直观地考查科学探究能力，更无法有效区分出思维水平更优异的学生，因此命题方式与科学能力考查的关联性有待于深入研究。

4.3 彰显评价魅力

PISA2015科学测试高度重视对学生的评价方式，设计的答题方式多样，单项选择、多项选择、复合式选择、简答题、表格填充题等，多角度评价学生的思维方式。更难能可贵的是，它通过评价编码的设计，有效区分了错答与空答的学生，表面看来是鼓励学生积极参与答题，实际上它是在鼓励学生积极融入到社会中去，在问题决策中勇于参与，勇于发表自己的观点，为未来进入社会奠定基础。

目前我国的中考试题评价方式整齐划一，强调学生答题的规范性、一致性，错答与空答在评分上没有任何差异，这样的评价方式既限制了学生的思维，又抑制了学生答题的积极性，使得学生在不会回答的问题面前缩手缩脚，久而久之一部分学生答题的积极性就减弱了。所以PISA科学试题的评价方式非常值得我们借鉴。

参考文献：

[1]王蕾，焦丽亚.学生能力国际评价项目（PISA）简介与香港PISA2003评价报告的再评价[J].中国考试，2006，（9）：49～56.

[2]刘克文，李川. PISA2015科学素养测试内容及特点[J].比较教育研究，2015，（7）：98～106.

[3]陈红，郑克强等.重视社会经验尊重学生需要关注全面发展[J].中国考试，2008，（5）：19～25.

科学认知方式培养 篇4

科学素养是核心素养的重要组成部分, 如何在探寻自然科学奥秘的活动中培养学生的科学素养呢?下面笔者就谈谈自己的感受。

一、一块苹果和一个苹果谁沉谁浮

一次, 一位科学教师在做物体沉浮的实验。问我, 一个苹果和一块苹果放在水中, 谁沉谁浮?我凭着生活经验认为一个苹果肯定沉入水底, 一块苹果会浮在水面。于是, 不假思索地说出了自己的想法, 实验结果却让我大跌眼镜:一块苹果和一个苹果都浮在了水面上。这个实验让我意外的同时更多的是给我敲响了警钟:很多时候, 我们都存在头脑里的知识和真实情景相脱离的现象, 课堂上如果仅凭我们已有的生活经验下结论将是误人子弟的做法。所谓身教重于言教, 任何一门学科的教师本身要具备基本的科学素养, 对学生科学素养的形成才能起到潜移默化的引导作用。

这个简单有趣又蕴含科学真谛的实验立刻被我作为活动资源, 引入到综合实践活动的实验课中。

课堂上, 我拿出一个苹果和一块苹果, 问:“你们先猜一猜, 一个苹果和一块苹果在水中, 哪个会沉下去哪个会浮上来?”班级中, 有90%的同学认为一个完整的苹果会沉下去, 一块苹果会浮上来。理由是根据生活经验, 大的、重的东西都会沉在水底, 小的、轻的东西会浮上水面, 而持相反意见的同学仅仅只是猜测, 说不出理由。此时, 同学们急切想知道答案, 探究事实真相的时机已经成熟。我立刻拿出事先准备好的实验器皿, 开始做演示实验, 结果让大多数同学惊讶, 但还有个别同学持怀疑态度。我再次请同学们自己分小组做实验, 自己动手、探寻事实真相。

“我看见了, 但我可能忘记了;我听到了, 就可能记住了;我做过了, 便真正理解了。”这才是获取知识的正确途径。而科学的本质是实事求是, 讲究实证。无论证实还是证伪, 都是为了还事实一个真相, 这个真相就是科学, 这个寻求真相的过程就是科学的过程。因此, 对待任何一个问题, 我们都应以事实为依据, 而不能仅凭已有的生活经验妄加断言。综合实践活动课程的教师更应该具有探究真知的精神, 为学生做出表率。

二、橡皮泥球和橡皮泥船谁沉谁浮

教育家第斯多惠有句名言:“一个坏的教师是奉送真理, 一个好的教师是教人发现真理。”综合实践活动课程的最大特点就是探究性学习永远在教学中, 教师永远在引领学生探索真知。

为了让同学们更多地了解物体沉浮的知识, 课堂上, 我先调动学生已有的生活经验, 请学生说说平时看到的浮在水面上的东西和沉在水底的东西。同学们争先恐后地说看见过树叶、救生圈、船等物体浮在水面上, 小石子、硬币等沉在水底……我不失时机地表扬同学们有一双会发现的眼睛。接着, 我又发问:“为什么有的东西会浮在水面上, 有的却沉在水底呢?”有学生脱口而出:“因为有的东西重, 有的东西轻。”这是学生凭借生活中的印象得出的结论。我立即问:“那一枚硬币、一颗小石子和一条小船比, 哪个轻哪个重?哪个会沉入水底?”学生被我问得面面相觑, 又感到很有趣, 充满好奇, 想等我说出答案。我继续启发同学们说:“你们都玩过橡皮泥。把橡皮泥搓成一个圆球放入水中, 它会怎样?”“沉入水底。”学生大声回答。“我如果把这块橡皮泥做成小船放入水中, 它又会怎样?”学生答:“浮在水面上。”

“用事实说话”环节到了。同学们分成合作小组, 大家分工合作, 开始实验操作, 并且将几次实验观察到的结果记录在表格中, 最后根据数据得出结论。事实证明橡皮泥船是浮在水面上的。此时, 我继续追问:“大家想想, 物体在水中沉或浮可能与什么有关呢?”一会儿, 几个机灵的孩子兴奋地叫道:“我知道了, 与它的形状有关。”此时, 水到渠成, 我和同学们一起总结出正确答案:“物体的沉浮与它的形状和在水中所占体积有关, 可能与轻重无关。”

将知识学习与生活密切联系在一起, 使学生在探究事实真相的过程中, 充分体验到学习的乐趣, 获得科学的知识, 领悟科学的本质, 才会形成尊重事实的科学态度, 逐步提升自己的科学素养。

三、生鸡蛋和熟鸡蛋谁沉谁浮

天文学家卡尔说:“每个孩子在他们幼年的时候都是科学家, 因为每个孩子都和科学家一样, 对自然界的奇观满怀好奇和敬畏。”其实, 学生们天生就有好奇心和求知欲, 只要引导得法, 学生们会发现科学无处不在。

分组实验结束了, 可同学们还在感叹着、议论着, 看着学生们意犹未尽的样子, 我又一次激发同学们的探究兴趣, 问:“你们说鸡蛋在水中会怎样?”猜测声不一, 这时, 一个“小调皮”问我:“老师, 你是说生鸡蛋还是熟鸡蛋?”我赞赏地看着他, 笑着说:“我也想知道生鸡蛋和熟鸡蛋在水中会有什么不同, 有谁能告诉我?”这时, 下课铃声响起, 我留下了悬念, 对同学们说:“老师留下实验题, 第一, 把生鸡蛋和熟鸡蛋放入水中, 结果是什么?第二, 在水中加盐, 又会出现什么情况?回家后去动手实验, 验证一下自己的猜测。”两周后, 同学们将自己做的实验情况在班级中交流, 根据大家记录的数据, 得出结论:生、熟鸡蛋在水中都会下沉, 在水中加入盐, 鸡蛋则慢慢上浮。实验结果让全班同学齐喊OK, 我则陷入了沉思:

大自然包罗万象, 奥秘无穷, 仅仅靠课堂是无法满足同学们的求知欲望的, 这就要求教师引导学生到课外去探究。“留下悬念”是把课堂教学向课外延伸, 使科学探究活动突破教学时间的限制和教学空间的束缚, 引导学生利用课堂上习得的方法在课外进行探究, 这样课堂内外有机结合, 才有利于促进学生科学素养的提升。

科学认知方式培养 篇5

关键词：科学思维方式,培养,创新能力,力学课程

一、国内素质教育与创新思维培养的现状

受我国人口众多、教学资源缺乏等客观因素的影响, 现行教学体制使得中小学教育无法完全摆脱“应试教育”的模式。尽管教育界在素质教育方面做了大量的努力和尝试, 仍无法从根本上解决问题。因此出现了这样的怪现象:就总体而言, 美国的中小学生多在轻松愉快的成长环境中学到了创新思维的方式, 从而在大学时代显示出显著的科研后劲;而中国的中小学生在付出了成倍的努力与艰辛后换来的是高应试能力和低创新意识, 进入大学后失去了应有的科研素质和学习动力。对于目前存在的并且还将在相当长的时间内存在的这种状况, 作为高等教育机构, 决不能坐等中小学教育模式的改变, 而应在大学阶段利用合理的教育模式来弥补其创新思维能力的培养。尤其是理工科类专业, 应在各门课程的学习中挖掘、唤醒被压制的潜能, 使学生在后续的学习、科研工作中积极主动地发挥其科学创新能力。

然而, 创新思维能力的培养并非靠单纯的“头痛医头、脚痛医脚”式的创新教育就能够实现, 而是要通过长期的科学思维方式的培养来逐渐形成。就国内高等院校而言, 其教育体制和教学模式中往往存在许多不利于科学思维方式培养的因素。

由于我国大学评价制度的缺陷以及受功利主义意识支配, 学校往往倾向于重视发展科学研究、学科建设等周期短、见效快的项目, 而科研成果也成为衡量教师水平的主要指标。尽管由此可能带来学校和个人科研水平的上升, 但并没有带来教学资源的明显增强, 在当前教学与科研关系理论中体现得更多的是科学研究对教学的侵蚀和拖累[1]。相反, 人才培养周期长、见效不明显, 往往是形式上重视, 实际上忽略。因此, 教师容易存在浮躁心态, 急功近利, 不安心教书育人, 不愿意全面提升自身素质[2]。至于对学生科学思维方式的培养, 更是主观上不够重视, 客观上也无法实现。爱因斯坦曾明确指出, 西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的, 那就是:希腊哲学家发明形式逻辑体系, 以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系[3]。可见, 实验方法和逻辑方法是自然科学所不可或缺的两种最主要的方法[4]。然而这两个方面却都成了国内高等教育中的短板。学时的减少, 教师教学积极性的降低, 以通过课程考试为目的的学习思想等诸多原因造成科学体系中的逻辑推理不被重视, 而只是热衷于通过背下公式和结论去解决考卷中的题目。即使有学生愿意通过逻辑推理去更深地掌握所学知识, 也往往并非是基于对所学知识的探索和兴趣。另外, 作为科学方法中的实验环节更容易受到教师和学生的忽视, 因为缺少了实验环节似乎对应付课程考试、考研以及对课程和学科的评价并无太大的影响。如此, 缺少了科学中的关键环节, 就无法在教学中通过适当的方法培养学生的科学思维方式, 培养科学创新人才。

二、力学课程的特点有利于创新思维的培养

现代科学起源于西方, 而力学课程体系的理论性与严密性更是西方科学的典型代表。尽管中国古代在力学领域做出了许多重要的贡献, 如郑玄关于弓受力与变形呈正比关系的描述, 但应该清醒地认识到, 这些成果几乎都属于“经验总结”性的结论, 缺少了严密的逻辑推理以及由此而发展的更深层次的科学探索。这也正是中国古代文明迅速被西方现代文明超越并被远远甩在后面的原因。力学课程是工科的专业基础课, 相对于基础课又具有一定的专业性, 理论性强、逻辑严密, 并且紧密联系实际, 其特点十分利于学生科学思维的培养。

1. 力学课程具有深厚的数学基础。

数学是研究现实世界空间形式和数量关系的一门科学, 是学习和研究现代科学技术必不可少的基本工具。力学课程具有很强的理论性, 其大量的定理都来自于严密的数学推导。因此, 力学课程的学习要求学生具有扎实的数学基础, 踏实、严谨的学习作风, 按照科学的思维方式处理每一个力学问题, 而不是仅凭经验总结去直觉、模糊、意会地认识问题。

2. 力学课程与工程实际紧密相连。

力学知识起源于人类对自然现象的观察和在生产劳动中的经验, 力学与人类生活和工程实际是密不可分的。这就可以在力学课程的教学中利用各种实际问题 (包括实验) 将理论知识加以灵活运用, 培养学生的学习兴趣, 同时也能培养发散性思维能力, 而发散性思维往往是创新思维的重要来源。

3. 力学课程具有多学科交叉的特点。

首先, 力学是物理学的分支, 其物理、数学基础是不可或缺的。从小学开始, 力学知识就出现在数学和科学课程中。中学的物理课程更是以力学为其重点和难点。大学物理则又一次涉及到基本力学理论。其次, 在力学课程之后有许多以力学为基础的专业课程, 甚至还有更加专业的力学课程。可以说, 对力学知识的学习和应用贯穿了学生尤其是工科学生的学习生涯, 甚至包括将来的工作历程。再次, 力学往往与机械、土木、水利、材料、生物等许多学科交叉, 这种交叉不仅能拓宽视野, 拓展思维, 而且解决了许多单学科不能解决的棘手问题, 因而也是科学创新的源泉。

三、创新思维培养的方法

1. 树立科学学习理念。

让学生真正地理解科学的含义, 尤其像力学这样的自然科学的概念。尽管很难对科学作出一个充分而本质的定义, 但从自然科学的角度可以将其理解为建立在实践基础上, 经过实践检验和严密逻辑论证的, 关于客观世界各种事物的本质及运动规律的知识体系[5]。对这样的一种知识体系的学习必须要按照科学的态度和方法进行。例如在理论力学中, 首先介绍了5个静力学公理, 强调这是公认的真理, 是从大量的实验中总结出来的, 并经过大量实验所验证的。接下来, 所有揭示更深层次的静力学关系的定理与结论均以此为基础, 通过严密的逻辑推理得到。前提正确, 推理正确, 结论也必定正确。为了确定结论的正确性, 往往还需要通过实验手段进行验证。整个过程恰恰反映了科学地探索未知世界的过程, 这也正是学生学习中应有的学习理念。

2. 培养科学思维习惯。

许多学生习惯于被动的填鸭式学习, 对书本上的知识通过死记硬背或者模糊、意会的理解来学习, 习惯于相信书本上的知识, 没有质疑精神, 因而也就不可能出现创新的思想。这都是长期以来的应试教育带来的后果。在教学中, 应利用各个教学环节培养学生以科学的思维习惯来学习科学知识。例如, 力学课程的部分内容在中学阶段已有所学习, 但在大学阶段的学习显然更系统、更深入, 所用的数学工具也更先进。对这部分内容的学习不应简单地重复, 而应该侧重于引导学生以科学的思维方式重新认识和理解学过的知识。通过比较, 将应试教育中学到的“死的”知识转化为科学研究中解决问题的工具。

又如, 力学课程离不开实验, 几乎所有教师都知道实验的重要性。但多数教师为图省事, 往往利用多媒体手段以动画、视频的方式进行演示。首先, 这种演示实验的效果绝不可能超过教师亲自去操作实验, 更不如学生自己动手去做实验。更重要的是, 这种做法并不能改变学生目前的这种被动式学习的习惯。麻省理工学院的名誉教授Walter H.G.Lewin博士在讲述经典力学时利用大量的经典实验去验证所讲述的理论, 并将实验测得的结果与理论计算结果相比较, 分析引起误差的原因。每一个分析步骤都显示出科学求实的精神, 不但给学生留下了深刻的印象, 更重要的是让学生养成用科学实验检验真理、探索未知世界的习惯。

3. 提供创新实践机会。

适时讲述与所学理论相关的科学创新实例, 包括科研、工程和生活中应用相关理论解决实际问题或者技术改进、发明创造等事例。如在运动学中讲述定轴转动刚体上各点速度时, 介绍电动剃须刀的改进与该理论的关系;讲述静力学中的摩擦问题时, 介绍利用交通事故中车轮与地面的摩擦印迹判断事发前的车速等等, 以激发学生的兴趣, 鼓励他们参加大学生科技创新活动。在活动中, 要引导学生进行理论指导下的创新实践活动, 以科学思维方式作为科技创新的基础。同时, 学校应提供更多的创新实践机会。除了省级、国家级的大学生科技创新活动, 还应组织一些范围更广、更有课程针对性的专题创新实践活动, 以激励更多的学生加入其中, 扩大其影响范围。如很多学校成功举办的桥梁模型设计制作大赛、省力机构设计大赛、高空落物缓冲机构设计大赛等活动无不体现了理论指导实践, 实践促进理论的科学理念, 对科学思维方式培养均取得了良好的效果。

4. 培养科学探索精神。

纵观中外著名的科学家, 无不以科学探索为其毕生的追求。中国近代力学之父钱伟长先生在1957年的“反右”运动中被打成“右派”, 在下放农村期间仍坚持科学研究。研究受到红卫兵的阻挠时, 他就趁晚上把窗户堵上, 彻夜苦读。真正的科学家对学习和科研工作绝不以功利为目的, 而以科学的态度探索未知世界的奥秘才是他们的追求, 甚至是一种乐趣。这种精神是在长期的科学思维方式下养成的科学思维习惯中逐渐形成的, 是科研工作者所追求的最高境界。

四、总结

长期对中小学的应试教育不仅造成其思维方式的缺陷, 也使其在高考之后迅速丧失学习兴趣, 进入大学后缺乏学习的动力。要改变这一现状, 必须通过长期在教学中坚持科学思维方式的培养, 使学生逐渐走上科学研究的正轨。另一方面, 作为教学主导的教师不但自己对科研和教学要有科学的态度, 还需要具有扎实的理论基础和实践经验, 更需要有一份责任心和奉献精神。此外, 科学思维方式的培养单靠一两门课程的努力是远远不够的, 这种科学思维的理念也应该在其他自然科学的学习中得到体现。而要彻底赶上西方发达国家的教育水平, 还需要从教育体制的源头上着手解决, 任重而道远。

参考文献

[1]周光礼, 马海泉.科教融合:高等教育理念的变革与创新[J].中国高教研究, 2012 (8) :15-23.

[2]梁丽萍, 宋燕.中国大学教学[J].2012 (4) :17-19.

[3]许良英, 范岱年.爱因斯坦文集 (第1卷) [M].北京:商务印书馆, 1976:574.

[4]钱兆华.为什么实验方法和逻辑方法对科学特别重要?[J].科学技术与辩证法, 2004, 2 (21) :20-22.