反證歸納讓課堂探究更精彩——以“光的直線傳播”教學為例

徐 勇

（連云港市新海實驗中學 江蘇 連云港 222000）

新一輪課改以來，探究式教學已成為教師們在課堂上廣泛使用的核心教學方法，然而許多教師在實施探究式教學的有效性上卻不盡人意，主要體現在缺乏創新意識，過分關注課前預設而忽視課堂生成，將探究教學程序化、模式化，不能因地因時制宜，達不到預期的教學目的.筆者通過多年的教學實踐與研究發現，課堂有效實施探究教學的手段與方法是多種多樣的，展開探究的角度也可各不相同，并先后總結出多種行之有效的實施探究教學的方法.于此以一位青年教師的公開課作為案例展開分析，將我們研討總結出的“反證歸納”探究式教學方法寫出與各位同仁交流.

1 課例

在2014年一次校際同課異構的課堂教學展示活動中，某青年教師A執教了蘇科版八年級上冊“光的直線傳播”一課，學習任務是通過實驗得出“光在同一種均勻透明介質中沿直線傳播”這一規律，并學會利用此規律解釋生活中的一些現象.A教師設計的主要教學環節如下.

（1）課前活動.播放《小兵張嘎》電影中的一個片段：胖墩玩皮影戲；邀請學生表演手影游戲，活躍課堂氣氛，拉近師生間的距離.

（2）教師設疑.在皮影戲和手影游戲中都需要一個強光源發出光束，那么光束自光源發出后是怎樣向前傳播的呢？皮影和手影又是怎么形成的？

短暫討論后一位學生站起來回答：光源發出的光是沿直線傳播的，假如沒有光，就不會出現影子，皮影和手影都是光向前傳播時被物體擋住形成的.

教師設疑引導：如果在流動的水中插一竹竿，水能繞過竹竿而向前流動，那么光是否也能像水那樣繞過物體向前傳播呢？

（3）猜想：由于生活常識和小學科學類課程的學習，幾乎所有學生都能一致認為光是沿直線傳播的.

（4）實驗：教師介紹桌子上的器材［有導向地介紹：有煙蚊香、1個空燒杯、1個裝有水（滴有少量牛奶）的燒杯、玻璃磚1塊、火柴、蠟燭、激光筆、3個開有小孔的硬紙板、3個大夾子、1根細線］，要求學生用桌上提供的器材尋找驗證猜想的證據.

（5）學生進行實驗，收集證據.

（6）總結得出結論：光在同一種均勻透明介質中是沿直線傳播的.

2 案例分析

由于A教師的精心備課和課前準備，利用提供的許多合適的器材，并加以思路上的引導，學生都能順利地通過實驗分別驗證光在玻璃中、水中、空氣中沿直線傳播的猜想，并順理成章地得出結論.課堂波瀾不驚，結論水到渠成.但在聽課中筆者發現有一些非常好的細節，卻被A教師忽略過去了：其中一組學生在做驗證光在水中沿直線傳播的實驗時，驚訝地發現當光從水的上方斜射入水中時，光不是沿直線傳播的.當該組學生對教師提出這個疑惑時教師卻沒有作出任何解釋，而是一味地按照預設完成教學任務推進課堂教學，回避并放棄了一個利用良好的課堂生成引導學生深度探究的機會.如此課堂貌似實施了成功的探究教學，但缺乏新意，不利于激發學生的學習興趣與探究欲望.

3 解決方案

在實施探究教學過程中，我們著力培養學生的探究能力和思維能力，但若總是以“提出問題—猜想與假設—制定計劃與設計實驗—進行實驗與收集證據—分析與論證—評估—交流與合作”這樣一個程序操作每一個課題，既沒有新意，又容易讓學生走進一個固化思維模式，讓本來充滿創新和活力的實驗探究變得索然無味，變成了只是為論證而論證.研討時筆者在想，如果A教師抓住學生這個提問，反戈一擊，這堂課便會精彩紛呈，亮點多多.

研討反思另設精彩個案如下.

（1）學生猜想到“光都是沿直線傳播”時，教師演示一個實驗：讓激光從水面的上方斜射入水中，讓學生看到光并不是在沿直線傳播.由此開始讓學生帶著疑問開始新的課題，引導學生回顧生活中一些光的現象，利用手邊器材，尋找光并非總是沿直線傳播的證據.

（2）學生分組討論、實驗，找到一些日常現象：

1）隔著火堆觀察對面人臉的時候總感覺人在晃動；

2）夏天在柏油馬路上看到遠方的路面變形了，而且感覺濕漉漉的；

3）光斜射到平面鏡上改變傳播方向；

4）一些學生在剛才教師實驗的基礎上發現，如果將激光燈略微遠離玻璃磚，再從空氣斜射入玻璃磚時，光束彎曲，甚至還有一部分又再次回到空氣中.

……

（3）在上述實驗及討論的基礎上，學生開始反思自己的猜想，并逐步修正：

由1）和2）反證歸納出光在均勻介質中沿直線傳播，由3）和4）反證歸納出光在同一種介質中沿直線傳播.

（4）通過修正，最后可以歸納得出：光在同一種均勻透明介質中沿直線傳播.

這樣的教學設計從科學的角度創新了研究思路，這種“猜想—反證—修正—歸納”的探究教學方法雖不常見，但也是在學生現有的“發展區”內有效剔除學生不正確的觀點，修正完善生活經驗，進而上升為理論高度的一種有效手段，我們將其稱為“反證歸納式”物理探究教學.

4 “反證歸納式”物理探究教學

（1）“反證歸納式”物理探究教學的含義

“反證歸納式”物理教學，是以學生活動為中心，利用學生現有的生活經驗，以原有的知識經驗為基礎，運用幾何中常用的反證法為手段，激起學生認知上的矛盾沖突，用實驗反證并歸納得到更加完善結論的教學方法［1］.這是一種思維方式的辯證利用，能讓學生從表象的背面及時認知事物的本來特征.在上述“光的直線傳播”這一教學設計中，筆者設計以學生固有的生活經驗為基礎，用實驗的方式證明了光在有些情況下不是沿直線傳播的，從而讓學生知道了光沿直線傳播也必須要有必要的條件才行.

（2）“反證歸納式”教學的主要流程

以“光的直線傳播為例”，“反證歸納式”探究教學基本程序如下.

1）設置情境，引發思考.在教學中可以以學生生活中常見的實例為切入點，比如追影子游戲、皮影戲、手影等等，設置有生活情調的問題，激發學生的興趣和思考.

2）提出問題.根據現象提出與學生“元認知”有矛盾的問題，激發出新的思考.

3）猜想與假設.對問題從多個角度進行試探性的假說，盡可能從問題的各個方面闡述.

4）反證.這是最為關鍵的一個步驟，是實驗結論是否能正確完整給出的一個“節點”，力圖通過日常生活和實驗現象對每一個猜想進行反證.反證可以由提出的若干種假設得到一些推論，再通過尋找推論與實際實驗中的矛盾之處.如果被證明該猜想的推論與實驗不符合，就被“證偽”，可以推倒該假想，提出新的假說.比如在“能量守恒定律”教學中，學生往往都能構想出“永動機”這樣的模型，但事實證明這是并不存在的，從而淘汰“永動機”的假說，提出新的理論.有時推論會部分符合，在“反證”的過程中可以不斷通過實驗來補充條件，使其成立.正如剛才“光的直線傳播”結論的得出，完全是不斷修正補充的結果.當然有時會出現猜想的“背面”也就是“反證”的推論完全能夠被證實，這個“反證”的結果本身也就能成為理論.

（3）“反證歸納式”探究教學的優勢

1）學生的“最近發展區”是基礎.在維果茨基的認知發展理論中，可能發展區是介于兒童自己實力所能達到的水平（如學業成就），與經別人給予協助后所可能達到的水平，兩種水平之間有一段差距，即為該兒童的可能發展區［2］.豐富的課外知識，多方位的信息儲備能及時提供給自己所用，及時構成新的知識體系，從而利于學生在此基礎上“反證歸納”踏上新的臺階.試想在本課中，如果學生對于“光是沿直線傳播”的規律沒有一個基本認識，如何才能突破這個“瓶頸”，讓學生從這個規律的背面證明補充呢？

2）提高學生抽象邏輯思維能力的發展.思維的深刻性、思維活動的抽象程度和邏輯水平，以及思維活動的廣度、深度和難度是一切思維品質的基礎，是實現“反證歸納式”實驗教學活動的關鍵因素.在物理教學中，需要從開始就加以培養.而類比推理、模型、控制變量法、反證歸納法、轉換法等方法的教學都有助于培養學生的邏輯抽象思維能力，讓學生主動構建知識體系.例如在“電阻”概念的形成教學時，我們用對比實驗把鉛筆芯換成銅線接入電路ab間，如圖1所示，讓學生通過觀察燈泡的亮度和電流表的示數歸納得出，“在電壓一定時，導體中電流的大小還與導體自身有關”，進而從反面分析得出導體在容易導電的同時對電流還有阻礙作用，且阻礙作用大小不同.

圖1

3）教師適時適度的引導能激發學生的理解力和創造力.適時的引導是要教師把握住合適時機，不突兀，不強迫學生接受；適度是指教師指點出關鍵點，如切入某個學生實驗時指出一些與眾不同的現象或者結論，提醒學生關注最為重要的本質.

4）擴大了物理實驗教學的作用范圍和類型，將規律的建立與完善融為一體.在以往的規律性探究實驗課的教學中，往往只是局限于概念或者規律的一般性驗證，或者只是應過場式的規律探究性實驗教學.而在“反證歸納式”課堂設計中，學生主動探究的“主動性”和物理“思維性”已經充分發揮，不僅有發現規律的實驗性研究，還有生成性的理論思辨性活動，更主要的是將數學的“反證”和物理的“歸納”法使用得淋漓盡致.創設的探究情境更符合真實的“認知”活動，“仿真度”更高.如此設計，更能挖掘思維的深刻性、獨創性和批判性，讓思維活動更具有“獨創性”的創新特點.

以上的教學隨筆給我們一個啟示：學科教學并不是獨立的，行走在教學一線的教師可以通過更多的課堂細節發掘出更具“兼容性”的教學方法，從而不斷提高科學教學的理論素養，讓我們的課堂探究教學更加精彩！

1 孫玉清.反證法.上海：上海教育出版社，1986.12

2 張春興.教育心理學.杭州：浙江教育出版社，2000.116