活动是科学探究的外在，而思维才是科学探究的灵魂，没有思维的观察和探究，学生最多只能是一个忠实的观看者和记录者，是不可能有重大的发现和认识的。一个完整的科学探究活动，除了让学生掌握必须的科学知识技能外，更重要的是让学生的科学思维得到进一步的发展。
　　一、科学问题促成思维的深度
　　提出恰当的科学问题，是探究活动成功的保证。如何激发学生的问题意识，已被科学教师加以重视并进行不断的探索和研究。例如，一位老师教学《一杯水的观察》：
　　师：如果让你研究水，你想准备研究什么问题呢？
　　生：我想研究水是从哪里来的，有时又到哪里去了？
　　生：我想知道什么动物怕水？
　　生：我想知道水能为人类做些什么？
　　生：很多成语都用到水，还有说到知识，就把知识说成知识的海洋。我想知道为什么要用水来形容。
　　如果这时老师能适时地点拨，如何利用现有材料在课堂上进行探究，你觉得可以研究怎样的问题？学生思维就有了一定的深度，他们必然就会考虑，哪些问题太大，研究不了，哪些问题条件太苛刻，不便研究，通过不断的对比分析和排除，他们会很容易地发现适宜探究的科学性问题，同时，学生的思维又得到一定的发展。
　　二、猜想假设挑战思维的定势
　　猜想和假设(也可称假说)是对科学问题的一个假定性的解释，或者说是对所提出的科学问题的一个推测性的回答。已有的知识和生活经验，抑制了学生大胆猜想和假设，形成思维定势。打破常规的思维，有独特的发现，是需要有一定的观察根据和理论准备的，否则就只能是猜测了。例如，最早提出“大陆漂移说”的魏格纳是一位气象学家，同时他对地球物理很感兴趣，于是，当他在一次住院期间多次看到墙上的世界地图上的轮廓时，他萌发了它们本来是合在一起的“泛大陆”想法，进而发表了《大陆漂移说》一书。
　　然而，科学研究是一个不断循环往复的过程，曾经的科学理论随着人类认识的不断推进甚至可以被推翻，比如托勒密的“地心说”理论，现在我们都认为是错误的，但是其却存在了很长一段时间，没有人试图怀疑过，因为“地心说”理论确实能解释天体运行的一些现象。但是哥白尼就具有思维的批判性，他根据自己的观察与思考，提出了“日心说”的理论并最终被证实。
　　三、制定计划训练思维的严密
　　制定计划是观察、实验活动开展的必要准备，在制定计划的过程中，学生需要考虑到可能出现的问题并思考解决的策略，只有这样才可能保证观察实验的正常开展，否则会导致科学探究无法进行，或者走向错误的方向。
　　例如，教学《摆的研究》时，在统计实验数据时却发现，同等条件各组测量的次数相差很大，即使是相同摆长、相同摆幅和相同摆锤的情况下，摆的快慢也有所不同，这是为什么呢？经过进一步的研究才发现，问题出在摆的初始速度上，有些小组在操作时是让摆从一定角度一定高度自由下落摆动的，而有些小组在摆初始摆动时给予了一定的外力，摆的初始速度就不一致了，如此就影响了摆的快慢。从这个案例中不难看出，计划制定的严密性是何等重要，在小学阶段研究摆不涉及摆的初始速度这一概念，但是在制定实验计划时要考虑到这一客观存在的问题，要在实验注意点中明确这一操作规范，要求在摆初始摆动时不得加以外力，让摆自由下落。
　　四、观察实验激发思维的独创
　　独创表现在思维活动的创造性上。在实践中，除善于发现问题、思考问题外，更重要的是要创造性地解决问题。
　　例如，《在星空中》一课，学生旋转北斗七星星座模型，利用投影仪射出的光，从四个不同角度观察，然后将投影画在纸上。观察中，由于旋转，悬挂着的橡皮泥小球就要左右晃动，影响观察，给学生的画图记录带来麻烦。老师提出：“谁能想出更好的解决办法？”激发学生思考。“要是让这橡皮泥小球不动就好了。”“用什么方法能使小球不动呢？”“能不能换一换实验材料或实验方法？”一系列的独特的想法应运而生。最后在进行合理的推理中确定，将模型中的线换成比例相等的细木棒，一端垂直固定在纸板上，另一端固定橡皮泥小球，这样就解决了小球晃动问题，使探究实验更便于操作。
　　小学科学教学，特别是科学探究活动是对学生进行思维品质形成和发展的理想平台，在教学过程中，必须将思维的训练作为教学的根本目标，通过教师的着意训练，促进学生的思维水平尽快地由具体形象思维向抽象逻辑思维过渡，促进学生科学素养的综合提升，为学生的终生发展奠定良好的基石。