運用反證法培養(yǎng)學(xué)生的實證意識
——以《空氣有質(zhì)量嗎》為例

馬基法

浙江省余姚市第二實驗小學(xué) 浙江省 余姚市 315400

關(guān)于對空氣認(rèn)識的要求在2017 版小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中指出第一學(xué)段要讓學(xué)生觀察并描述空氣的顏色、狀態(tài)、氣味等特征，對空氣有一個淺顯的認(rèn)識；第二學(xué)段通過各種活動要讓學(xué)生知道空氣具有質(zhì)量并占有一定的空間，空氣總會充滿各處。為此2019 年秋很多版本的科學(xué)教材在三年級中都涉及了對空氣是否有質(zhì)量的研究。青島版通過天平稱出排球的質(zhì)量，再排出空氣稱出質(zhì)量，觀察前后數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。蘇教版通過在小天平兩端各掛一個充等量空氣的氣球使之平衡，再放掉其中一個氣球的空氣，觀察小天平的前后變化。兩者設(shè)計原理類似，都以“排氣法”來測量或感受空氣的質(zhì)量。而教科版先讓排球和綠豆分別在小天平兩端平衡，再給排球打氣，來觀察發(fā)現(xiàn)空氣的質(zhì)量，這種“充氣法”也是沒有什么難度的認(rèn)識過程。它們所具有的價值意義都是十分可疑的，承載不了單一知識性結(jié)果之外的其他有價值意義的內(nèi)容目標(biāo)。為此筆者運用反證法對該課的教學(xué)進行了大膽的嘗試。

一、優(yōu)化邏輯，培養(yǎng)實證意識

邏輯推理能力是一種非常重要的思維能力。對于一般的推理，小學(xué)生需要按照因果關(guān)系來進行，先明確假設(shè)，然后再推導(dǎo)出最后的結(jié)果。比如：教師拿一把舊鎖和一把新鎖到教室，先讓學(xué)生觀察這兩把鎖有什么不一樣，同時又把這兩把鎖的鑰匙放在同一個地方，讓學(xué)生來猜哪把鑰匙對應(yīng)哪一把鎖。他們通過觀察后把鑰匙的新舊和鎖的新舊進行了一一對應(yīng)，這就是一種推理能力的訓(xùn)練。新的鎖對應(yīng)新的鑰匙，舊的鎖對應(yīng)舊的鑰匙，這種推理能力需要學(xué)生通過充分地觀察，留心細(xì)節(jié)，找出細(xì)節(jié)與細(xì)節(jié)之間的邏輯關(guān)系來判斷。而反證法卻又不同于一般的推理，其步驟為：先假設(shè)結(jié)論不成立→再通過推理找矛盾→最后根據(jù)矛盾得到原結(jié)論成立。這里合情的符合邏輯的推理是解決問題的關(guān)鍵。如《空氣有質(zhì)量嗎》一課，可先出示兩端分別掛有皮球和綠豆的簡易天平。引導(dǎo)學(xué)生思考，此時天平保持水平說明什么問題?學(xué)生自然會想到天平兩端的質(zhì)量相同。教師繼續(xù)追問，是什么的質(zhì)量和綠豆的質(zhì)量相同呢？以此來引出話題“皮球內(nèi)的空氣有質(zhì)量嗎”。以下是在教師引導(dǎo)下，學(xué)生進行邏輯推理的一個片段。

師：假設(shè)皮球內(nèi)的空氣沒有質(zhì)量，此時天平平衡可認(rèn)為是誰的質(zhì)量和綠豆的質(zhì)量相同？

生：做皮球的橡膠。

師：那怎么利用這套裝置來研究空氣是否有質(zhì)量呢？

生：給皮球打氣唄。

師：打入多少筒空氣？1 筒可以嗎？

生：不行，如果質(zhì)量很輕天平兩端看不出變化的。我覺得應(yīng)該打入8 到9 筒吧。

師：大家認(rèn)同吧，好，那就湊個整打入10 筒空氣吧！按照原先的假設(shè)現(xiàn)在皮球的質(zhì)量和剛才皮球的質(zhì)量應(yīng)該……

生：不變。

師：如果天平仍然保持平衡，說明什么問題？

生：空氣沒有質(zhì)量。

師：如果天平向充氣皮球一端傾斜，說明什么問題？

生：說明空氣是有質(zhì)量的。

師：好，那我們做實驗試試看……

經(jīng)過這樣的教師引導(dǎo)，學(xué)生的邏輯推理有序，實驗后根據(jù)實驗現(xiàn)象比較容易找到矛盾所在，繼而推翻原先的假設(shè)，順利的得出空氣有質(zhì)量的結(jié)論。至于天平傾斜后，需要放多少粒豆子才能讓天平重新平衡的活動無非就是讓打入的10 筒空氣的質(zhì)量顯性化而已，目的就是讓學(xué)生感受到空氣的質(zhì)量可以用其他物體的質(zhì)量來衡量。

再者培養(yǎng)學(xué)生的實證意識，還應(yīng)強調(diào)科學(xué)反證同樣是經(jīng)得起我們實驗檢驗的。為此筆者根據(jù)教材要求引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)給皮球打10 筒空氣，重復(fù)了上面的實驗。

師：現(xiàn)在我們能馬上得出“空氣有質(zhì)量”這個結(jié)論嗎？

生：（思考片刻）不行，我們只做了一次，有可能是湊巧呢！

師：那怎么辦呢？

生：再繼續(xù)給皮球打入10 筒空氣吧，看看結(jié)果是否根剛才一樣。

師：大家認(rèn)同嗎？好，那我們就按照他的方法再做一次實驗吧……

這樣的設(shè)計是很有必要的，通過重復(fù)實驗來比較前后幾次的實驗結(jié)果，不僅避免了實驗的偶然性，而且能讓學(xué)生意識到在反證中多次實驗尋找矛盾點是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

二、有效拓展，避免反證漏洞

使用反證法時應(yīng)周密考察原命題結(jié)論的否定事項，防止否定不當(dāng)或有所遺漏。本課的否定事項為：皮球內(nèi)的空氣沒有質(zhì)量。實驗時，當(dāng)皮球內(nèi)充入空氣后天平向皮球端傾斜，大部分學(xué)生會得出空氣有質(zhì)量的結(jié)論，但也不乏有思維縝密的學(xué)生提出該實驗只能證明打入的空氣有質(zhì)量，不能證明皮球內(nèi)原先的空氣有質(zhì)量。在未仔細(xì)研究反證法之前，我們往往會反問學(xué)生，“原先皮球中的空氣是哪里來的”以此來規(guī)避反證的漏洞。其實學(xué)生的想法是正確的，因為教師準(zhǔn)備的皮球是課前充好空氣的，學(xué)生們并未看到準(zhǔn)備的過程，其次在邏輯上也的確有點小問題。所以建議教師課前應(yīng)當(dāng)著學(xué)生的面給一個癟皮球打足氣，規(guī)范的演示能讓學(xué)生明確打氣“一筒”的標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)學(xué)生自己給皮球充氣埋下伏筆，同時也能讓學(xué)生意識到皮球內(nèi)外的空氣其實是一樣的。

當(dāng)然我們也可以吸取其他版本的精華，采用“排氣法”進行有效的拓展引導(dǎo)。

師：現(xiàn)在我們只能證明打入的空氣有質(zhì)量，那怎么證明皮球內(nèi)原先的空氣也有質(zhì)量呢？能用課前的這套裝置解決問題嗎？

生：將皮球里的空氣放出大部分，再將皮球放入小桶中，看天平會怎樣。

師：看到什么現(xiàn)象能說明皮球內(nèi)原先的空氣有質(zhì)量。

生：當(dāng)小天平向放綠豆端傾斜能說明空氣有質(zhì)量。

師：好，請你上臺來試一試……

這樣的拓展避免了反證的漏洞，集“充氣法”和“排氣法”的優(yōu)勢于一體，能使學(xué)生認(rèn)識到皮球內(nèi)外的空氣都是有質(zhì)量的，繼而達成空氣有質(zhì)量的共識。

總之，在小學(xué)科學(xué)個別課例中實施“以退為進，引出荒謬，以謬制謬，克敵制勝”的反證法是切實可行的。只要我們遵循創(chuàng)設(shè)情境，滲透反證思想；優(yōu)化邏輯，培養(yǎng)實證意識；有效拓展，避免反證漏洞這幾個原則，學(xué)生的邏輯思維推理能力和科學(xué)實證意識就能得到有效的提升。