《細節(jié)決定成敗》的作者汪中求曾經(jīng)講過一個故事：有一天他問三個小孩，舊輪胎有什么用？一個孩子說，可以放在碼頭讓船靠岸時作緩沖用；另一個說，可以掛在外墻上標識“修車店”；第三個小孩則說，輪胎有一萬個用途。“一萬”是個虛數(shù)，輪胎的成分是橡膠，從它的微觀組成來看，是原子。原子重新組合，可以形成未知數(shù)量的萬物。

汪中求感嘆，子曰“君子不器”，君子不要變成一個具體的器皿，而是要根據(jù)需要成為合適的材料，那發(fā)揮的空間就很大。同樣，教學中，教師也需要有“輪胎有一萬種用途”的邏輯，唯有如此，才有培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維的可能。

傳統(tǒng)教學常常是點對點的理念，以一個知識點解決一個問題，學生需要用大量各種形狀的容器去匹配不同的知識點，學習方式往往是記憶、背誦、整理、糾錯，直到不犯錯。但這不應(yīng)該是學習的目標。就教師而言，引導他們?nèi)?chuàng)造知識，甚至引導他們希望變成科學家，這才是培養(yǎng)高于應(yīng)試人才的理想目標。

2017年，“新課標”對教學提出重要指導，要求培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。這種素養(yǎng)的特征就是“大、通、合、跨”，仿佛是塑造能容萬物的大容器。在“以學生為中心”的教育模式下，教師必須專注于讓學生具有寬廣的問題視野，在與學生研討式的互動中啟發(fā)和引導學生發(fā)現(xiàn)新問題，培養(yǎng)學生解決復雜問題的能力。而這種能力，歸根到底，就是要培養(yǎng)學生的科學思維。

讓學生具備活化知識和符號的能力

一般而言，個體的學習，就是直接面對人類既有的認識成果，這些客觀事物及其聯(lián)系，往往以符號及符號系統(tǒng)呈現(xiàn)。但每個人的頭腦中其實還有一種知識體系，那就是日常生活知識，它不是靜態(tài)的文字符號，而是可以在教師帶領(lǐng)下，通過實驗、探索等方式去弄清其原理。

以化學為例。學生往往因為實驗吸引而喜歡化學。實驗中，豐富的變化是物質(zhì)在一定條件下發(fā)生變化的過程，有高于表象的原理——對學生而言，這是一門創(chuàng)造性的學科。將學生領(lǐng)進化學大門的是一些經(jīng)典的趣味實驗，也可稱化學魔術(shù)，如大象牙膏、魔棒點燈、紅綠燈、碘鐘等。

藍瓶子實驗自1960年至今經(jīng)過多次改進，已形成穩(wěn)定、安全、重復性好的興趣實驗。實驗原理是：空氣中的氧氣和葡萄糖在堿性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)、借助有機分子亞甲基藍（白）顏色的周期性變化，搖晃錐形瓶時呈現(xiàn)藍色、靜止后又無色。當學生看過“熱鬧”后，他們會思考，非得加葡萄糖嗎？那么多還原劑，可不可以用鐵粉呢？生活中食品包裝里的脫氧劑主要是鐵粉，而亞甲基藍是花鳥市場觀賞魚用的殺菌藥，容易獲得。

有學生嘗試了改變，發(fā)現(xiàn)制造變量可以復制，他還發(fā)現(xiàn)月餅包裝袋里的脫氧劑側(cè)邊有條紅線，當打開包裝、脫氧劑暴露在空氣中后，這條紅線會逐漸變成藍線，這也是藍瓶子實驗的原理，通過紅線是否變藍來表征脫氧劑是否有效，從而可推知食品是否安全、是否變質(zhì)。

化學有很大一部分知識是在需氧和抗氧中博弈，由此衍生出很多化學方程式，讓學生覺得繁雜難學，但若在真實應(yīng)用中引導學生理解記憶，不過就是二元論：得和失、陰和陽、正與負。

趣味實驗引導學生進入理科世界，它的教學功能具有延伸性，不僅為學生學習化學埋下種子，還能引導學生走向自主實驗、解密實驗背后的化學原理。正如2024年央視春晚的魔術(shù)節(jié)目，全國觀眾跟著劉謙做撲克牌匹配實驗，成功者期待解密、失敗者更希望知道真相。

教師的作用就是將學生的眼光引向真實世界，并將這些不同事件關(guān)聯(lián)起來。而善假于物是發(fā)展科學思維的智慧保障，透過表象看本質(zhì)，當學生有活化公式符號的能力、有以一當十的策略，才能具備科學思維。

教育信息化不能讓科研實驗平面化

培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，實踐和體驗是重要環(huán)節(jié)，這些都離不開實驗室和實驗工具。值得注意的是，當下部分學校常常會過度強化實驗安全而導致教師平面化處理實驗，由此產(chǎn)生學生的實驗體驗不足的問題。

平面化實驗即播放實驗視頻，教師為了節(jié)約上課時間，讓學生看實驗。從時間成本而言，典型的演示教學包括教師現(xiàn)場搭建實驗裝置、加裝藥品、啟動實驗、廢液處理、拆除裝置等步驟，至少十分鐘，這還不包括因不可控因素導致實驗失敗、重做的時間。

而如今，信息技術(shù)加持下，教師在播放視頻時還會快進或只放反應(yīng)發(fā)生那一瞬間的鏡頭，可能只需花一分鐘甚至更少，正如我們質(zhì)疑“5分鐘短視頻看一場電影是否真的看了一場電影”一樣，這樣的實驗課上，學生是否真的做了實驗？有時，教師不僅是為了節(jié)約時間，還有對普及信息技術(shù)教學的誤解，或者對實驗存在安全隱患的回避，甚至可能是教師本身的科學素養(yǎng)不足。學校的學習空間有四分之一到三分之一是實驗室，而這些空間的使用情況和產(chǎn)出，是一個需要重視并研討的課題。

實驗的確時間花費較多，如果將實驗項目與作業(yè)融合起來，讓學生回到生活中去體驗，可以化解時間成本的問題。事實上，越貼合生活的小實驗，越能得到學生的共情。比如日常網(wǎng)購、外賣等可以帶來保鮮、保活、低溫、自熱、緩沖、牢固等與材料有關(guān)的科學議題；學生的文具袋里可以有pH試紙、膠頭滴管等學習工具，通過測定生活中常用物質(zhì)的酸堿性的活動，自主形成樣品處理、物質(zhì)提純、誤差分析等實驗方法。但這些活動往往需要教師結(jié)合課程標準的要求和教材內(nèi)容，為學生提供項目，放大學習空間，讓學生在鮮活的現(xiàn)實生活情境中思考、實踐，認識科學的本質(zhì)，養(yǎng)成科學精神，提高科學素養(yǎng)。這樣的實踐作業(yè)并非增加學生的作業(yè)量，而是將習題轉(zhuǎn)化成鍛煉學生解決真實問題能力的實驗。

學校的學習空間有教室、實驗室、圖書館、運動場，當這些空間都被充分利用時，當我們的學生能夠“泡”在實驗室和圖書館時，我們的學生就能更好地發(fā)展科學思維，用預見去超越未見。

從科學實驗到思想實驗，學生收獲探索未知的熱情

俗話說，眼見為實，但那些未見的呢？高中課堂上，學習燃燒三要素時，有學生會問，有沒有第四要素？蠟燭在太空中是否能燃燒？2023年9月21日，神舟十六號航天員為地球上的青少年做了蠟燭燃燒的實驗。蠟燭在地球上燃燒，火焰呈長條形，而在失重條件下，因為無重力即無密度大小，冷熱氣體不會產(chǎn)生對流，火焰燃燒呈現(xiàn)球形且不能持久。航天員在相距地球400公里的中國太空站為青少年解密，實驗現(xiàn)象符合學生的想象和推測，激發(fā)學生產(chǎn)生更多設(shè)想，等待被證實或證偽。

哲學上有個名詞叫“思想實驗”，即呈現(xiàn)一種想象的場景，由此激發(fā)直覺的或推理的回應(yīng)，思想實驗主要是激發(fā)思考和澄清難點，實驗者從不同角度預測并加以解釋，極有可能創(chuàng)造出新的知識。《莊子·天下》有“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”的例子，來預測物質(zhì)的無限可分；伽利略的重力實驗也是著名的思想實驗，用以反駁亞里士多德的自由落體速度取決于物體質(zhì)量的理論，也就是說伽利略并沒有去比薩斜塔扔鐵球。人類通過思想實驗去觸摸未來。

所以，創(chuàng)新的前提是思考，而思考的前提是知道，不僅是知道“知道的”，還要知道“不知道的”，才可能開展思想實驗。只有切實開展實驗教學，體驗從趣味實驗、自主實驗、創(chuàng)新思維、思想實驗的進階，讓學生形成科學精神和科學思維，舊輪胎有一萬種用途的想法才會自然生成。

“輪胎”也是一個思想實驗，我們不少學生剛進入高中就開始憂愁高考“3+3”的選科，認為選擇的科目與未來職業(yè)有不可更改的聯(lián)結(jié)，將自己陷入未知性的恐慌中。其實，唯有培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，當他們成為“大而通”的人，那就具有一萬種的工作能力和改變世界的沖動。

來源：文匯報 作者：曾德琨