巧用科学想象 助推科学思维生长

摘要：“科学想象”有别于一般想象，它能驱动学生寻找合适的方法建立物理模型，理解物理概念，从而建构新知识。初中物理教学离不开学生的想象，教师应该有效培养，使其更具科学性、严谨性，已达到发展学生科学思维的目的。

关键词：科学想象；科学思维

一、科学想象的概念

“想象”一词在普通心理学中的解释是：“想象是人在头脑里对已储存的表象进行加工改造形成新形象的心理过程，它是一种特殊的思维形式。想象与思维有着密切的联系，都属于高级的认知过程，它们都产生于问题的情景，由个体的需要所推动，并能预见未来。”

本文所论述的“科学想象”它有别于一般想象，它是更加高级且形象的思维活动，是利用科学知识所造成的表象来创造新形象的过程，是依据已有观念、知识、经验以一定的科学理论和技术手段为指导，发挥人的抽象、联想、猜测和幻想能力以超脱客观条件的限制，去构思未知事物的形象、未知的变化过程变化规律的创造性思维活动。^[1]

二、科学想象对科学思维生长的作用

（一）科学想象能使科学思维“生根”

我们知道，科学思维在物理课程标准的定义是：“指从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。”这个定义认为科学思维是一种认识方式、过程、运用、能力与品格的统一，从心理学层面上比较好地阐释了科学思维的显性特征。

而科学思维中不论是对客观事物的的认知、建构物理模型的过程还是应用物理理论在科学领域去检验、修正、完善，都要依靠科学想象去将实验、观察所积累的数据、经验整合联贯起来，建立相关物理学概念。也就是说，科学想象为科学思维提供了最基础的养料，使科学思维得以生根。

（二）科学想象能使科学思维“发芽”

现代传统神经科学的观点是成人的神经细胞无法再生，且会衰弱。科学想象能使我们的大脑活跃起来，大脑细胞处于活跃状态是发展科学思维的重要条件。如果丧失了想象能力，人类将无从得知苹果为何会下落、还将继续自大地认为我们是宇宙的中心、始终停留在宏观领域对微观世界一无所知... ...人类文明会停止。只有不停的思考，去想象，才能使你的思维有生长点，挣脱束缚，发出新芽。

（三）科学想象能使科学思维有效生长

我们在遇到一个新的问题要去解决时，都要在大脑当中对其条件、实施步骤、可能出现的新问题及结果等进行设想，而这种设想就有科学想象参与其中。^[1]如果把大脑内的思维过程反映出来，就是把知识信息或资料、观察到的现象、矛盾（问题）、经验意图、方法（世界观）等作为信息流输入大脑，在大脑内形成假设，由脑内反馈至大脑中枢，以想象和判断互补，类似齿轮驱动似的相互作用，最终形成意识输出至大脑外部。其间用到的方法，例如假说、分析综合、归纳演绎等也都包含了科学想象要素。因此，想象在思维过程中有不可或缺的作用，能使科学思维有效生长。

三、如何在课堂上巧用科学想象

（一）细心观察，直观实验激活想象

众所周知，物理学科是以实验为基础的学科，任何物理实验在操作之前都要对其影响因素、可能出现的现象等进行设想，我们称为猜想与假设，而这一环节就是激活学生科学想象的开始。要使学生善于想象，将想象上升到思维空间，首先要让学生有问题可想。而通过一个直观的演示实验来引入，让学生细心观察，猜想可能出现的实验现象这可能是最直接有效调动起学生想象和思考的方式了。当然，教师准备的演示实验必须得是精心设计的，不能是生活中常见的现象或是在学生已有认知内的知识，一眼就看出结果的实验是不能调动学生想象的，更别提思维的增长了。

以初中物理第一课为例，很多教师会选择上一节实验课来向学生讲述物理实验探究的一般步骤，并向学生展示物理学科的魅力。在苏科版八年级教材引言部分第一节，为我们展示的是几个奇妙的物理现象：“1.玻璃钟罩内点燃的两支蜡烛，长蜡烛先熄灭还是短蜡烛先熄灭？2.将手指润湿后沿着高脚杯杯口摩擦，猜一猜会听到怎样的声音？若在酒杯中加水，声音会变化吗？3.透过盛水的玻璃杯看书本上的字，你会发现什么？4.将玻璃板、铁板、铝板、塑料板等分别置于条形磁体与铁质回形针之间，条形磁铁对回形针的吸引会变化吗？”书本编者意图很明显，旨在让学生通过看一看，观察前两个演示实验和做一做，亲身实践后两个学生实验，来激发学习物理的兴趣。但实际上，在信息化高速发展的今天，学生接触新知识的途径很多，大部分学生已经知道实验现象了，就会显得没有那么主动去参与。因此，在引入实验时就要巧设悬念，这样容易造成良好的心理态势和思维环境，使学生趣味十足地积极开动脑筋去想象；其次，所选实验的现象最好与学生已有认知间有明显冲突，这种颠覆他们原有认知的现象往往更能激发他们的求知欲望。以下是笔者上课时采用的几个小实验：1.将蜡烛点燃，向蜡烛吹气，烛焰向吹气方向倾斜；透过漏斗从漏斗口向火焰吹气，火焰反而向吹气方向倾斜，这是怎么回事？（还可以利用漏斗和乒乓球演示“掉不下来的乒乓球”）2.取一根一米长左右的铝管，取一颗小的强磁铁从管口下落，如果两颗磁铁叠在一块，下落的是不是更快呢？3.用绳子把两根竹竿缠绕在一起，请两个同学握住竹竿并用同样大小的力向相反方向拉，再请第三个同学拉动绳子，可以看到什么情况？结果是蜡烛的烛焰居然会朝着吹气方向倾斜，几个叠在一起的磁铁居然下落时间会变长，一个小女生居然可以轻松敌过两个大男生。

通过这些与他们原先设想相反的实验现象大大的激起了他们的求知欲，使学生在观察的基础上进行了推导式的想象，大大提高了课堂效率。

（二）拓宽思维，大胆打开想象的翅膀

在直观实验现象的基础上，要达到拓宽思维，使其有效生长，还需要进一步的想象。在漫漫物理学史进程中，出现了一系列无法用实验得到的发现，靠的是我们的物理学家依据真实、可靠的实验现象，通过想象归纳、总结得到的结论，我们称之为理想实验。初中物理几个典型的理想实验：通过不断抽取密闭容器中的空气，听到容器内的发声装置声音越来越小，以此我们通过想象得出结论，如果空气全部被抽出，将听不见声音；通过改变水平接触表面的材料，发现接触面越来越光滑，从斜面上相同高度释放的小车滑行的越来越远，以此我们通过想象得出结论，当接触面绝对光滑，小车将一直做匀速直线运动。当然我们还建立了很多理想模型，这一系列结论的得出都依赖于真实的实验现象和客观场景，通过科学家大胆的想象，才得以出现。因此，在课堂上要让学生有问题想，更要让学生放开大胆的想象。

（三）勇于质疑，通过问题辨析想象

物理学研究中，活跃奔放的想象与理智清醒的批判相互渗透，可以形成创造性思维的突破因素。学生在观察、认识物理事物的过程中，会不知不觉地调动原有的认知加以分析，就会在思维障碍的关键点建立质疑、提出问题。面对学生的质疑，教师应当充分的挖掘其背后的价值，组织学生对问题进行辨析，从而帮助学生实现思维的突破。^[2]

例如在上物质的比热容一节内容时，往往会有很多学生存在思维障碍，在他们的眼中，观察到的实验现象是沙子升高的温度明显较快，而水升温却很慢，那理应是沙子的吸热能力强。在这里如果强行用书本那套理论，那显然是不可取的，课上已经讲过，课下再多讲也于事无补，倒不妨让他说出自己的想法，我们可以找两组学生在课上通过辩论的形式来证明各自的观点。显然一旦把问题公开，发现有诸如此类疑问的学生不在少数，只是没有勇气质疑。少数学生会认为，沙子吸热能力强，从图像上看沙子的温度——时间图像也较陡，生活当中也发现炒栗子等坚果要用沙子炒制、走在海滩边沙子温度要明显高于海水温度... ...而另一部分正方学生则也要寻找证据来说服反方，实验绘制的图像反映的是吸热升温的快慢而不是吸热的多少，生活中也常常用水来冷却高温物体，这难道不能说明水能吸收更多热量？学生的这种讨论辨析从课堂讲授的新知识拓展想象到了生活中比热容知识的应用，在相互借鉴、讨论和启发中解决了问题，使知识的建构更加牢固，冲破了思维障碍的束缚，有了思考的方向，使创造性思维的产生有了突破口。

（四）操作实践，利用亲身接触感悟想象

脱离实践的想象只能是泛泛而谈的空想主义，要让学生养成科学想象的习惯，就必须要让他们的想象有落脚点，给他们的想象一个必要的反馈，学生才会乐于去想象、去思考。

当下很多物理课堂，即使核心素养内容在广大教师中越来越被重视，教师为了科学思维的提高也逐渐把猜想与假设放入课堂教学环节，但学生的猜想只停留在“泛想”，换言之就是没有机会去亲身验证自己的想象。受实验器材限制、实验现象不明显、课时不够等诸多因素影响，我们的学生实验被改为演示实验、演示实验被改为实验视频，学生缺少实验操作，感受不到自己想象的现象，那么就会失去想象的动力。例如在磁场部分的学习，需要借助科学想象，用类比、假设等方法建立大量物理模型，形成很多物理概念，学生脑海当中没有画面，就无法建构知识。那我们就要适时的让学生去亲身接触、感悟想象，用小磁针来感悟我们周围存在的磁场、用细铁屑来感悟磁感线的分布情况等等。只有在实践中感悟想象，才能使抽象的知识具象化，促使学生进行科学、严谨的想象。

物理学的发展离不开科学、严谨的想象，爱因斯坦指出：“想象比知识重要得多，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切。”^[1]同样，物理的学习也离不开学生的想象，我们的学生正处于最富有想象力的年华，他们应该是一个思考者而不是知识的容器，我们应该在教学中注重学生科学想象能力的培养，以此助推学生科学思维有效生长。

参考文献：

[1] 张宪魁，李晓林，阴瑞华.物理学方法论[M].杭州：浙江教育出版社，2007.11

[2] 周强.基于“想象”在初中物理中的实践与思考[J].文理导航，2015.4