小學科學推理論證思維培養策略

科學課程標準將推理論證作為科學思維的重要組成部分，強調基于證據與邏輯，運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據與解釋之間的關系并提出合理見解。小學科學教學中貫徹核心素養的教學理念，重視培養學生的推理論證思維能力，對他們的全面發展起到關鍵性作用。

一、基于情境，觸發推理論證思維

情境創設是思維形成的基礎。在推理論證教學中，教師應該重視情境的創設，讓學生在情境中觸發思維，培養他們的核心素養。

1.創設問題情境

科學推理論證教學最開始是“問題錨定”。教師要在生活中尋找盡可能真實的學習場景，創設問題情境，引導學生帶著真實的問題進入學習，喚起他們對推理論證的認知。

例如，學習“熱氣球”內容時，學生通過觀看旅游景點游客乘坐熱氣球的場景，發現熱氣球在點火后能升空，而且飛得很高。教師以此創設問題：這些熱氣球為什么能升空？可能和什么有關？通過問題引發學生推理熱氣球升空可能與結構有關，喚起他們對熱氣球升空原因推理論證的初認知。當學生推理熱氣球升空可能與結構有關時，教師隨即提供制作熱氣球模型的材料：透明圓筒、塑料袋、蠟燭。材料的出現又引發新的問題：①這些材料怎么組合才能使熱氣球升空？②透明圓筒上氣孔的作用是什么？③塑料袋應該放在哪里？需要蓋住氣孔嗎？于是學生繼續推理：圓孔的朝向、塑料袋的位置可能會影響空氣的補充，最終影響熱氣球升空的效果。這有效喚起他們對熱氣球升空原因的認知，觸發推理論證思維。

2.創設探究情境

教師通過有目的地創設探究情境，促使學生在動手實踐過程中自主產生探究問題作為學習驅動力，引導他們積極思考。

例如，教學“電動機”內容時，教師創設探究情境，讓各個小組利用桌上的材料讓扇葉轉動起來。學生在探究扇葉轉動的過程中，產生了問題：為什么給電動機通電，扇葉就能轉動呢？

教學片段

師：老師給每個小組都提供了電池、導線、電動機、扇葉，請大家利用這些材料讓扇葉轉動起來。

（學生分組動手嘗試讓扇葉轉動，兩分鐘后，各小組的扇葉陸續轉了起來。）

師：大家在探究的過程中，發現什么問題了嗎？

生：為什么給電動機通電，扇葉就能轉動呢？

師：誰能回答這個問題？

生：我發現這個扇葉是固定在電動機軸上的，可能和電動機的內部結構有關。

（各小組迫不及待地拆開小電動機。）

生：看，中間有鐵芯，上面纏繞著很多線圈，這是我們學過的電磁鐵，電磁鐵通電后能產生磁性。

生：我發現里面有兩塊彎曲的磁鐵，會不會磁鐵周圍的磁場和通電后的電磁鐵周圍的磁場會相互作用？我們二年級學過磁鐵會同極相斥、異極相吸。

師：是不是真的如大家所推理的這樣呢？我們接下來設計模擬實驗來驗證。

以上對話呈現了學生基于結構與功能相關聯的推理過程，是基于對電動機結構觀察之后的進一步推理。在這個過程中，教師引導學生從探究活動中產生疑問，觸發了他們的推理論證思維。

二、基于證據，發展推理論證思維

證據是推理的依據，是科學論證的條件，是建構科學概念的基礎。學生在探究實踐中要注重證據的搜集、整理和分析，要基于證據提出自己的合理見解，從而發展推理論證思維。

1.實驗數據助推理

實驗數據是推理論證中的重要證據。實驗時，學生需要及時收集數據，將數據蘊含的信息以圖形的形式更直觀地呈現出來，通過分析數據，發展推理論證思維。

例如學習“電磁鐵”時，學生想要知道電磁鐵的磁性強弱是否與線圈匝數有關，他們需要在課堂上探究不同線圈匝數的電磁鐵吸引大頭針的個數，作為證據驗證推測。教師將各個小組的實驗數據轉化為折線圖（如圖1），引導學生觀察分析，得出規律：鐵芯上纏繞的線圈匝數越多，電磁鐵的磁性越強。學生對數據的分析并未止步于此，當他們再次對數據進行縱向觀察和分析時，發現匝數相同時，組與組之間的數據仍然存在較大差異。這是什么原因導致的呢？學生通過觀察每個小組的電磁鐵，并反思實驗過程，進一步推測：數據的差異可能是操作不規范、實驗誤差、電池數量和制作電磁鐵使用的鐵芯長短不同等原因造成的。學生再次實驗收集了更多數據，驗證了自己的推測，他們經歷這樣嚴謹科學的求證過程，逐步學會“數據分析—推理—實驗”的科學探究方法。

2.實驗現象助推理

觀察和實驗是獲得事實和證據的重要方法。學生在探究過程中，通過對現象的描述與分析，一步步尋找證據。

例如教學“誰先迎來黎明”內容時，教師提出問題：烏魯木齊和北京誰先迎來黎明？學生經歷了三次推理論證的過程。第一次推理論證：學生根據生活經驗推理迎來黎明的先后順序可能與其在地球上所處的位置有關。于是在地球儀上尋找北京和烏魯木齊的位置，并用反光貼紙在地球儀上標記，發現北京在烏魯木齊的東邊。學生根據所處位置的不同，進行第二次推理論證：兩地迎來黎明的先后順序可能與地球自轉的方向有關。通過轉動地球儀模擬地球自轉，觀察到自轉方向不同，迎來黎明的先后也不同。這時學生產生了新問題：到底地球自轉的方向是怎樣的呢？他們在生活中觀察到當觀光電梯向上運動時，看到周圍的物體向下運動，從而發現生活中物體的運動具有相對性。學生進行第三次推理論證：太陽東升西落，那么根據相對運動原理，地球自轉的方向應該是自西向東，并用模擬實驗證明。最后用北京和烏魯木齊當天的真實日出時間，驗證了實驗結果。學生通過一步步的證據尋找，推理分析實驗現象，不斷發展推理論證思維。

又如，教學“電和磁”時，教師通過問題鏈引發學生思考電和磁的關系，他們通過觀察和描述實驗現象，完成了三次推理論證。當教師提問有什么方法可以使指南針偏轉時，學生基于生活經驗和已有知識產生了第一次推理論證，他們認為金屬制品和磁鐵能使指南針發生偏轉，并通過個人上臺演示的方式完成了第一次的尋證。他們發現金屬中鐵釘能使指南針發生偏轉，當他們用未通電的銅導線靠近指南針時，指南針沒有發生偏轉，而將通電的銅導線靠近指南針時，指南針發生了偏轉。學生通過觀察與對比兩次實驗現象，產生了新問題：為什么通電銅導線能使指南針發生偏轉？由此進行了第二次推理論證。磁鐵的磁場作用或者鐵制品對磁場的干擾作用都能使指南針發生偏轉，在通電過程中，通電銅導線不可能變成鐵制品，因此學生推測可能通電銅導線周圍產生了磁場，也就是電能產生磁。在奧斯特實驗中，學生發現指南針的偏轉角度比較小，從而引發思考：如果加大電流，偏轉角度會變大嗎？他們加大電流，發現指南針的偏轉角度比之前更大了，因而驗證了電產生磁影響了指南針的偏轉的推測。隨后，學生進行了第三次推理論證：電流不變，直接將磁場疊加，偏轉角度也能變大嗎？他們繼續尋證，將導線繞成線圈，并給線圈通電，套在指南針上，發現指南針比之前發生了更大的偏轉，從而驗證了推理。學生通過對實驗現象進行類比、層層分析與推理，重現了類似科學家的研究歷程，找到了指南針偏轉的科學原理，最終認識了電和磁的關系。

三、基于應用遷移，深化推理論證思維

胡衛平教授指出，應用遷移是將學習過程中所獲得的知識、方法和態度應用于新的學習活動和解決真實情境的問題，以及遷移到其他學科和領域中解決綜合性的問題。

1.基于課堂探究，持續思維進階

課堂探究是學生思維發展的主要途徑，而在應用遷移中，教師要引導學生基于課堂探究，運用歸納與演繹等思維方法，使思維持續進階。

例如教學“電磁鐵”內容時，教師引導學生經歷了電磁鐵磁性強弱的研究過程，知道線圈匝數、電池數量、鐵芯長短等因素都會影響電磁鐵的磁性強弱。然而課堂上制作的電磁鐵的磁性都比較弱，僅僅能吸引大頭針等輕的物體，如何制作能拉起一個人的強力電磁鐵？學生對此展開了探究。

教學片段

師：同學們，今天我們探究如何制作一個能拉起一個人的強力電磁鐵。你們有什么方法嗎？

生：可以繞很多很多的線圈。

師：你覺得多少圈合適？

生：可能100圈吧？

生：我覺得100圈不夠，課堂上我們用了50圈，才吸引50枚回形針，起碼要5000圈以上。

生：還要把鐵芯加長、加粗，不然線圈圈數太多繞不下呀！

生：我覺得可以加大電流，裝100節電池。

生：100節電池怎么裝啊？不現實。我覺得電池適當增加，不能無限增加。

師：看來大家對強力電磁鐵的結構已經有了初步的想法：線圈要多，電流要大，鐵芯要加長、加粗。這樣的結構真的能變成強力電磁鐵嗎？

從師生對話中，我們發現學生不僅基于課堂上的探究有依據地進行推理，而且基于生活經驗，提出電池數量不能太多，圈數可以多一些，同時要把鐵芯加長、加粗。在對話交流中，強力電磁鐵的雛形已經在學生的大腦中構建。

2.基于情境遷移，深化思維進階

核心素養是在真實情境中解決復雜問題時才表現出來的，這意味著教學的目的之一應該是讓學生能夠把學到的知識和方法應用到真實情境中。

例如教學“斜面”內容時，教師創設了村民運筍的情境，學生通過搭建斜面，將筍從山上搬到山下，再將筍運上車廂，發現斜面可以省力，從而幫助村民解決了運筍難的問題。在應用拓展環節中，教師第二次創設情境：由于學校正在進行工程的擴建，學生無法到食堂用餐，你能幫助學校解決餐盒運輸的難題嗎？學生通過類比分析，應用遷移，在樓梯上用木板搭建一個斜面，這樣比直接搬運更加省力。隨后，教師出示學校兩幢教學樓的樓梯截面圖，第三次創設情境：學校三水樓和望吾樓的樓梯坡度不同，從一樓到三樓，哪幢樓爬樓梯會更輕松呢？并鼓勵學生課后繼續探究。學生從幫助村民解決運筍難題到幫助學校解決餐盒運輸難題，再到研究學校哪幢樓爬樓梯更加輕松，不斷解決新情境下的問題，深化了推理論證思維。

（作者單位：浙江省臺州市路橋區教育教學研究中心）

參考文獻

[1]胡衛平，郭習佩，季鑫，等.思維型探究教學的理論構建[J].課程？教材？教法，2021（06）.

[2]李霞.基于核心素養的小學科學思維型教學模式研究[D].西安：陜西師范大學，2018（12）.

[3]胡衛平，韓葵葵.中小學生的科學論證能力培養研究[M].石家莊：河北人民出版社，2023.