以《空氣的成分》課堂的推理論證助力學生科學思維進階

〔摘" "要〕" 科學思維的發展聚焦于質疑、實證和邏輯，推理論證在學生科學思維進階中起著至關重要的作用。本文以《空氣的成分》一課為例，探討推理論證在促進學生科學思維發展中的作用。通過對空氣成分的探究，可以讓學生初步了解空氣的基本組成以及一些常見的實驗方法。在這個過程中，推理論證可以引導學生從實驗現象出發，通過觀察實驗現象、分析數據、提出假設、進行驗證等過程，運用科學的方法探究空氣的成分，提高學生的科學思維水平。

〔關鍵詞〕" 科學思維；實驗現象；推理論證；空氣的成分

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 082-084

科學思維的發展聚焦于質疑、實證和邏輯，推理論證在學生科學思維進階中起著至關重要的作用。推理論證主要體現在：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。在科學實驗教學中，通過推理論證可以幫助學生更好地理解科學知識，培養他們的批判性思維和解決問題能力。

本文以滬科教版自然五年級上冊第五單元“我們周圍的大氣”中的第一課時《空氣的成分》為例，探討推理論證如何助力學生科學思維的發展。通過對空氣成分的探究，可以讓學生初步了解空氣的基本組成以及一些常見的實驗方法。在這一過程中，推理論證可以引導學生從現象出發，通過觀察實驗現象、分析數據、提出假設、進行驗證等過程，運用推理論證的方法探究空氣的成分。這個過程可以很好地幫助學生掌握分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，提高學生的科學思維水平。

一、基于探究實踐的邏輯推理

（一）聯系生活，引發思考

在教學中，創設真實教學情境可以激發學生內在的學習動機，學生在真實的情境中學習，可以更好地結合自己的知識經驗，進行推理論證，進而產生認知沖突。例如，在《空氣的成分》的教學中，教師以深呼吸的放松活動導入課堂，讓學生切實感受周圍的空氣，結合生活體驗，思考空氣的成分并列舉能證明空氣含有這種成分的實例。學生在活動體驗后能夠結合生活體驗，思考證明空氣中有這些成分的一些例子：有的學生發現小時候玩的氫氣球里面是氫氣，由此猜測空氣中有氫氣；而有的學生聯系之前所學的知識內容，發現我們呼吸需要吸入氧氣，呼出的是二氧化碳，以此猜測空氣中含有氧氣和二氧化碳氣體。學生在交流討論中發生思維碰撞，產生思維沖突，進而激發學生對空氣成分做進一步探索和思考。這個過程可以讓學生感受到科學與我們的生活密切相關，進而激發他們主動探索空氣成分的興趣和欲望。

（二）實驗現象，推理分析

1.對蠟燭燃燒現象的推理分析

交流討論后，有的學生認為空氣中是含有氧氣和二氧化碳氣體的，但是如何做實驗證明，則不清楚。教師在這個過程中可以適時進行引導，以兩個有趣的實驗展開，并明確活動要求，讓學生通過實驗動手實踐，分析實驗現象，討論實驗結果。

例如，在驗證空氣中有氧氣的活動中，學生觀察到蠟燭在罩上玻璃杯后燃燒一段時間才熄滅這一現象（如圖1），教師引導學生可以結合已學知識進行分析推理。有的學生根據氧氣的一些性質，猜想氧氣有助燃的作用。教師適時地進行氧氣會使帶火星的木條復燃的演示實驗，引導學生發現燃燒需要氧氣、氧氣能夠助燃的特點。接著，帶領學生繼續分析罩上玻璃杯后蠟燭熄滅的原因。

從蠟燭燃燒需要消耗氧氣這個角度出發，學生逐步推理出杯中充滿空氣，空氣中含有氧氣，但是由于燒杯內的空間有限，蠟燭燃燒一會兒后燒杯中的氧氣逐漸減少，最終導致蠟燭熄滅。據此，學生推理得出氧氣能夠助燃、空氣中含有氧氣的結論。在這個過程中，學生需要有依據地表達自己的觀點，分清事實和觀點。這種推理過程，不僅讓學生深入理解了實驗現象背后的科學原理，也培養了他們運用已有知識解決新問題的能力。

2.對石灰水變渾濁現象的推理分析

在開展驗證空氣中含有二氧化碳的實驗前，學生對二氧化碳可以使澄清的石灰水變渾濁的現象并不清楚。教師準備豐富的實驗材料，有澄清的石灰水、空氣泵和護目鏡。實驗開始時，讓學生向澄清的石灰水中泵入空氣，3分鐘后，學生觀察到石灰水變渾濁的現象。為什么會出現這種現象呢？這引發學生思考。他們討論發現，肯定是空氣中的某種成分可以使澄清的石灰水變渾濁，但到底是哪種氣體呢？接下來，教師用氣泡水機演示向澄清的石灰水中打入二氧化碳氣體的實驗。學生發現，把二氧化碳氣體打入澄清的石灰水中后，其變渾濁了。通過直觀視覺體驗，學生知道了二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁這個現象。由此推理得出，原來是空氣中的二氧化碳氣體使澄清的石灰水變渾濁了，從而驗證了空氣中含有二氧化碳。

接著，教師播放“將澄清的石灰水放置在室內24h”的視頻，學生發現放置在空氣中24h后，澄清的石灰水也會變渾濁，而且和空氣接觸的表面出現了一層膜。教師告訴學生，石灰水表面的這層膜是空氣中的二氧化碳氣體和澄清的石灰水產生化學反應后的實驗現象。這樣，學生可以更加確信自己推理的正確性。

二、基于DIS數據的實證分析

將傳統實驗和"DIS"實驗結合是《空氣的成分》教學的一大特色，DIS技術的使用可以使實驗現象更加直觀，豐富了學生的實踐體驗。在驗證空氣中有氧氣的活動中，學生不僅進行了蠟燭燃燒實驗等傳統實驗，還利用氧氣傳感器測量學校不同位置空氣中的氧氣含量，直觀地得出不同位置空氣中的氧含量差不多的結論，同時解決了蠟燭熄滅時氧氣未耗盡的爭議。

在驗證空氣中有二氧化碳的活動中，教師利用二氧化碳傳感器測量空氣中二氧化碳的含量，為學生的推理提供了直觀的數據支持。傳統實驗和DIS傳感器實驗的結合，讓學生能夠將實驗現象推理論證和DIS直觀數據進行對比分析。例如，在驗證空氣中有二氧化碳的過程中，學生通過向澄清的石灰水中泵氣的實驗觀察到石灰水變渾濁的現象，初步推理出空氣中可能含有二氧化碳氣體，而二氧化碳傳感器測量空氣中二氧化碳含量的演示活動，則用直觀的數據進一步證實了學生的推理。這種結合豐富了學生的實踐體驗，同時使學生更加深入地理解了空氣的成分，也提高了他們對科學實驗的興趣和參與度。

三、基于推理論證的思維進階

（一）開展深度論證

教師在教學中應重視加強對學生思維方式的引導，給予學生廣闊的思維空間，鍛煉學生的分析、歸納、推理等科學思維能力。例如，在教學中，教師引導學生對現象、數據進行整體分析，引導學生回顧已學知識，嘗試用已學知識解釋實驗現象，引導學生對結論形成的過程進行反思。在驗證空氣中有氧氣的活動中，教師引導學生結合已學知識進行分析推理，從蠟燭燃燒需要消耗氧氣這一角度出發，逐步推理出杯中充滿空氣，空氣中含有氧氣，蠟燭燃燒一會兒后燒杯中的氧氣逐漸減少，最終導致蠟燭熄滅的結論。在驗證空氣中有二氧化碳的活動中，教師引導學生思考是什么氣體導致澄清的石灰水變渾濁的現象，通過實驗現象和教師的演示，他們確定這種使石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，從而驗證了空氣中含有二氧化碳的結論。

（二）克服思維定式

在學習本節課之前，學生可能對空氣的成分有一些前概念，認為空氣就是一種簡單的物質。然而，通過實驗和推理論證，學生發現空氣是一種混合物，含有氧氣、二氧化碳、氮氣等多種成分。這種大量新事實和新證據的出現，使學生克服了前概念的影響，轉變了認知，克服了思維定式。例如，在驗證空氣中有二氧化碳的活動中，學生開展向澄清的石灰水中泵氣的實驗，觀察到石灰水變渾濁的現象。這個現象與學生之前的認知有所不同，引發了他們的好奇心和探究欲望。通過教師的演示實驗和講解，學生了解到二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，從而推理得出空氣中含有二氧化碳的結論。在這個過程中，學生不斷接受新的信息和證據，逐漸打破了原有的思維定式，建立了更加科學的認知。

（三）提高思維連貫性

這節課有學生操作和教師演示等多個實驗，需要學生長時間聚焦核心問題，減少思維跳躍，這提升了學生的注意力和連貫性思維。例如，在驗證空氣中有氧氣的活動中，學生從蠟燭燃燒的現象出發，進行推理分析，然后通過教師的演示實驗和氧氣傳感器的測量，進一步驗證自己的結論。在這個過程中，學生需要始終圍繞“空氣中是否含有氧氣”這個核心問題進行思考，不斷收集證據，進行分析和推理。這種專注于一個問題的思考方式，能夠讓學生減少思維跳躍，提高思維的連貫性。同時，在實驗過程中，學生需要按照一定的步驟進行操作，記錄實驗現象，分析數據，這也有助于培養學生的連貫性思維，使他們能夠更有條理地進行思考和解決問題。

綜上所述，推理論證在促進學生科學思維進階中具有重要作用。本文初步探討了推理論證如何助力學生科學思維進階的過程，科學教師在教學中應注重推理論證的引導，創設真實教學情境，充分利用網絡資源，指導學生開展深度論證，培養學生的結構性、批判性和創造性思維，促進學生科學思維的發展。

參考文獻

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