以情境化試題為引導(dǎo)談學(xué)生科學(xué)推理能力的教學(xué)模式分析

摘 要：受升學(xué)壓力影響，當(dāng)前物理教學(xué)通常只關(guān)注陳述性知識以及應(yīng)用型知識講授，過于注重應(yīng)試下的考試成績，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很少經(jīng)歷完整科學(xué)推理，忽視對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng).本文以情境化試題為引導(dǎo)在談學(xué)生科學(xué)推理能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，提出科學(xué)推理能力的六大要素“觀念性問題推理、探究活動式推理、質(zhì)疑評價式推理、解釋細化式推理、應(yīng)用方法性推理、科技前沿性推理”，寄希望于為教師在物理教學(xué)中對學(xué)生科學(xué)推理能力的培養(yǎng)提供一些參考.

關(guān)鍵詞：情境化;科學(xué)推理;教學(xué)模式

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0005-04

作者簡介：楊煥英（1970-），女，山東嘉祥人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初中物理教學(xué)研究.

長期以來，物理教學(xué)通常只關(guān)注陳述性知識以及應(yīng)用型知識講授，過于注重應(yīng)試下的考試成績，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很少經(jīng)歷過完整的科學(xué)推理，忽視對學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，這是物理教學(xué)的嚴重“短路”，這也是錢學(xué)森之問的根本原因，物理教學(xué)的最終目標是讓學(xué)生在掌握知識與技能的同時發(fā)展科學(xué)思維能力、培養(yǎng)核心素養(yǎng)、促進身心全面發(fā)展.因此，將物理知識傳授與科學(xué)思維能力培養(yǎng)相融合成為物理教學(xué)的重要趨勢.

1 問題提出

科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，科學(xué)推理能力又是科學(xué)思維的關(guān)鍵部分之一，雖然科學(xué)推理能力不會直接與物質(zhì)觀念相關(guān)聯(lián)，但是卻為人們認識物質(zhì)世界提供方法、途徑及手段，科學(xué)推理能力為學(xué)生認識物質(zhì)世界架起一座橋梁.在認識物質(zhì)世界，學(xué)習(xí)知識與技能方面，將知識與技能融入情境化試題中，在公平的情境化試題中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，有利于為物理教學(xué)指引方向，將教學(xué)重點回歸到以學(xué)生為中心，加深學(xué)生對物理內(nèi)涵的理解，杜絕題海戰(zhàn)術(shù)式畸形教學(xué).

物理概念、規(guī)律的教學(xué)中普遍需要融入情境并通過科學(xué)推理得出，在知識建構(gòu)過程中滲透科學(xué)推理有助于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，落實物理教學(xué)的育人功能.為此，本文以情境化試題為基礎(chǔ)，以情境化試題中陳述性知識為原型，結(jié)合平時在日常教學(xué)中總結(jié)出的科學(xué)推理方法，進行培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的教學(xué)模式分析，為初中生科學(xué)推理能力培養(yǎng)的研究提供一些粗淺的實施意見.

2 研究思路及方法

通過查閱大量文獻筆者發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段關(guān)于科學(xué)推理能力的研究成果絕大部分來源于美國教育科學(xué)研究所與大學(xué)，基礎(chǔ)教育階段研究較少.教師將陳述性知識放在特定情境化試題中，讓學(xué)生身處情境中，與物理情境互動，主動認識并理解設(shè)定的情境化試題，通過科學(xué)分析、科學(xué)推理等生成新的知識，體會知識的科學(xué)建構(gòu)過程.

對于用情境化試題培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力教學(xué)模式的研究思路及方法，可以采用如圖1所示的基本方法，其中教師將程序化知識融入情境化試題中是實施科學(xué)推理的核心步驟，學(xué)生將情境化試題中的物理知識提取出來，形成程序化知識是實施科學(xué)推理的本質(zhì)，由此形成一種基于情境化試題的適合初中物理教學(xué)的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的教學(xué)模式，進而使學(xué)生學(xué)習(xí)知識更系統(tǒng)化、方法更顯性化，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，提升學(xué)生核心素養(yǎng).

3 情境化試題對學(xué)生科學(xué)推理能力的教學(xué)模式分析

情境化試題是指將程序化知識融入生產(chǎn)過程、實際生活及時代發(fā)展之中，并以具體材料為背景構(gòu)成情境，需要學(xué)生在統(tǒng)一情境下分析并解決的問題，它是考查學(xué)生對物理概念、規(guī)律的掌握與理解程度，以及應(yīng)用物理知識解決實際問題本領(lǐng)的試題.在情境化試題中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力，有助于學(xué)生理解物理概念、規(guī)律、方法及研究過程，強化科學(xué)推理能力培養(yǎng)過程，實現(xiàn)對物理知識舉一反三、融會貫通，更有助于學(xué)生科學(xué)思維的全面發(fā)展，提升學(xué)生核心素養(yǎng).

鑒于以上對情境化試題的理解，筆者提出“基于情境化試題談學(xué)生科學(xué)推理能力的教學(xué)模式”應(yīng)包括以下六大要素：觀念性問題推理、探究活動式推理、質(zhì)疑評價式推理、解釋細化式推理、應(yīng)用方法性推理、科技前沿性推理，如圖2所示.

3.1 觀念性問題推理

物理觀念是核心素養(yǎng)的重要組成部分之一，是教師課堂教學(xué)最基本的任務(wù)，物理學(xué)中大多數(shù)概念、規(guī)律的建立都離不開科學(xué)推理過程，需要從科學(xué)推理中尋找這些事物的共同特征及本質(zhì)特點，得出觀念性知識.為此，要落實觀念性問題推理的目標，教師需要將知識融入創(chuàng)設(shè)的情境中，學(xué)生通過問題引領(lǐng)、推理、評價等方式，提升推理分析能力，助推生成新知識，實現(xiàn)知識科學(xué)建構(gòu)，這就正確回答“為什么學(xué)習(xí)這節(jié)課”“為什么要學(xué)習(xí)這個概念、規(guī)律”“學(xué)習(xí)一節(jié)物理課的收獲及不足”等基本知識性問題.

如2020年山東省青島市中考試題第11題B選項（B.當(dāng)一個物體是施力物體時，就不能是受力物體），這是對力的概念的理解問題，為此，在學(xué)習(xí)“力”的概念時，學(xué)生對力的理解往往是心里清楚卻不會科學(xué)表達，這時教師可以設(shè)置多個情境化試題場景，如圖3所示，讓學(xué)生身處情境進行科學(xué)推理，歸納出力的產(chǎn)生需要同時有施力物與受力物，其中哪個是施力物、哪個是受力物，以及力是物體對物體的作用等力的概念相關(guān)觀念性問題.

設(shè)計意圖：由于觀念性問題與學(xué)生日常生活緊密聯(lián)系，因此觀念性問題推理對于學(xué)生而言通常較為熟悉，將觀念性問題融入情境化試題中，能夠為學(xué)生學(xué)習(xí)提供動力，更為學(xué)生由形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)變提供有力保障，促進科學(xué)推理能力的提升，更為科學(xué)探究活動的開展奠定基礎(chǔ).

3.2 探究活動式推理

科學(xué)探究建立在事實證據(jù)與理性思維的基礎(chǔ)上，科學(xué)推理能力發(fā)展帶給學(xué)生不僅僅是程序化知識，更重要的是在培養(yǎng)科學(xué)探究能力的基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生的理性思維.為此，在探究活動中促進科學(xué)推理能力培養(yǎng)的每一步都要有理有據(jù)，思路清晰，可以按照“創(chuàng)設(shè)情境、提出假設(shè)、觀察現(xiàn)象、認知沖突、得出結(jié)論”的基本操作流程進行，從而使得探究活動式推理教學(xué)順利進行.

如2020年云南省中考試題第21題、2020年山東省青島市中考試題第18題等多地中考試題出現(xiàn)關(guān)于“探究阻力對物體運動的影響”探究活動，這是考查學(xué)生對牛頓第一定律的理解，如圖4所示是針對學(xué)生存在的錯誤前認知進行分析，即錯誤地認為沒有力的作用物體不會運動、力是物體運動的原因等.針對這一問題教師在課前準備好斜面、小車、棉布等器材，如圖5所示，將棉布鋪在水平木板上，讓小車從斜面頂端自由滑下，可以觀察小車在水平棉布上的滑行距離（創(chuàng)設(shè)情境），去掉棉布，重復(fù)實驗，觀察小車將怎樣運動（提出假設(shè)），可以發(fā)現(xiàn)小車在水平面上滑行距離變長（觀察現(xiàn)象），這時如果將運動物體受到的阻力進一步減小，小車將在水平面上滑行得更遠，這與錯誤前認知相矛盾（認知沖突），由此進一步推測，在理想情況下，如果水平表面絕對光滑，小車將不受阻力，這時小車將在水平面上永遠運動下去（得出結(jié)論），即小車做勻速直線運動.

設(shè)計意圖：在探究活動中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力需要教師在平時的科學(xué)探究中就不斷滲透，在探究活動中教師要善于回答學(xué)生的問題，不斷發(fā)現(xiàn)學(xué)生原有錯誤認知以及科學(xué)推理過程中出現(xiàn)的困難，為學(xué)生指引鋪路，進而在培養(yǎng)科學(xué)探究能力基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生理性思維.

3.3 質(zhì)疑評價式推理

質(zhì)疑評價式推理是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的一種有效方法，在物理教學(xué)中不僅要重視對物理問題的質(zhì)疑，而且更重要的是對質(zhì)疑問題進行科學(xué)評價，既要對觀念性知識評價，又要對探究過程進行評價，在質(zhì)疑評價過程中進行科學(xué)推理，這里的科學(xué)推理過程需要立足于科學(xué)證據(jù)、科學(xué)原理，即證據(jù)、原理、結(jié)論.

如2020年甘肅省天水市中考試題第5題B選項（B.圖乙中筷子提米在空中靜止時，筷子所受米給它的摩擦力方向向上），如圖6所示，筷子提米在空中靜止的原因是米對筷子產(chǎn)生向下的摩擦力.為了進一步鞏固學(xué)生對摩擦力概念的理解，以及摩擦力在生活與社會中的應(yīng)用，教師可以通過實驗“團結(jié)就是力量”進行說明，將兩本物理書每頁交叉疊放到一起，在班級中選力氣大的10名同學(xué)，

按照“5+5”人數(shù)進行拔河比賽，居然不能將兩本物理書拉開，由此讓學(xué)生體驗到兩本物理書產(chǎn)生的摩擦力居然這么大;再如釘紐扣時細線要多繞幾圈，紐扣才不會掉;牛羊等大型動物被牽著時需要將繩子一端在木樁上多繞幾圈;萬噸巨輪靠岸時需要將粗繩在碼頭柱子上多繞幾圈，這樣巨輪就不會被巨浪刮走（對生活中物理現(xiàn)象進行質(zhì)疑并評價）.

摩擦力在生活中有需要增大的地方，也有需要減小的地方（在質(zhì)疑評價基礎(chǔ)上進行科學(xué)推理），如卡車、汽車、電瓶車等交通工具在快速行駛情況下，如果緊急剎車，會出現(xiàn)打橫現(xiàn)象，即這些交通工具不是立即停下來，而是車輛在地面上快速滑動一段時間，與滑動方向相垂直的方向摩擦力極小，整個車輛會橫在馬路上并翻倒，這是極為危險的駕駛行為，也是在高速公路上出現(xiàn)交通事故的主要原因;與此相似再如，用電鉆在鉆墻或木頭時，如果鉆頭被卡在墻或木頭里，這時幾乎不可能拔出來，需要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)鉆頭，鉆頭就會很快拔出，同樣因為鉆頭轉(zhuǎn)動時沿鉆頭方向摩擦力很小.

設(shè)計意圖：在質(zhì)疑評價基礎(chǔ)上進行科學(xué)推理能力培養(yǎng)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一種有效途徑，初中生主要以形象思維為主，通過評價遷移，可實現(xiàn)對抽象思維的逐步培養(yǎng)，如本題摩擦力大小到底如何，通過生活中常見事例進行分析，再結(jié)合所學(xué)摩擦力知識，回到生活之中，通過科學(xué)推理，實現(xiàn)摩擦力概念建構(gòu).

3.4 解釋細化式推理

解釋細化式推理是對學(xué)習(xí)的基本概念、基本規(guī)律進行再歸納，找出不同概念、規(guī)律之間的異同點，同時更是對所學(xué)新知識進行拓展與延伸的過程.教師在對新知識解釋細化時，應(yīng)關(guān)注易混知識點的辨析，不同公式適用條件等.如在講解純電阻電熱時，涉及電熱的計算公式很多，如Q=I2Rt、Q=U2t/R、Q=UIt、Q=Pt，這時學(xué)生往往對公式選擇產(chǎn)生混亂而不知所措，導(dǎo)致部分電熱計算復(fù)雜且計算錯誤，這時教師可以借助串聯(lián)電路與并聯(lián)電路特點向?qū)W生解釋細化，如串聯(lián)電路由于電流相等，可以采用Q=I2Rt計算電熱，并聯(lián)電路由于電壓相等，可以采用Q=U2t/R計算電熱，這時可以順水推舟，一般情況下，電路產(chǎn)生總熱量計算可以采用Q=UIt等.

如2020年江蘇省無錫市中考試題第29題，利用電磁繼電器設(shè)計模擬汽車后風(fēng)擋玻璃加熱電路，由控制電路和受控電路組成.這是一道典型的將電學(xué)知識融入情境化試題中的題型，題目中第（2）問涉及教師在授課時是否對公式進行解釋細化，電路分析是否拓展與延伸，從而得出電功率公式的正確使用，第（3）問涉及對電阻影響因素的理解，根據(jù)電阻影響因素推理出在電壓U2不變的情況下，增加銀漿線的厚度，或增加銀漿線的橫截面積，可以提高電熱絲R2的加熱功率.如果教師平時不注意對知識點進行解釋細化，學(xué)生無法完成這樣的情境化試題，更無法對知識進行拓展與創(chuàng)新.

設(shè)計意圖：在初中物理教學(xué)過程中，情境化幾乎貫穿教學(xué)的始終，沒有情境化支撐物理教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)只能死記硬背物理概念本身及規(guī)律，不會應(yīng)用，更不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，但是物理教學(xué)也不能僅停留在概念、規(guī)律上，需要對知識進一步解釋細化并進行科學(xué)推理，這里的解釋細化式推理是指一種學(xué)習(xí)程度對另一種學(xué)習(xí)結(jié)果的影響，或者學(xué)習(xí)獲得的經(jīng)驗對完成其它學(xué)習(xí)活動的影響，通過科學(xué)推理，在實現(xiàn)物理現(xiàn)象建構(gòu)的基礎(chǔ)上再向前邁出一步.

3.5 應(yīng)用方法性推理

學(xué)習(xí)知識是為了應(yīng)用，應(yīng)用是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效方法，這里的應(yīng)用不僅指知識與技能的應(yīng)用，更重要的是方法的應(yīng)用，運用科學(xué)方法解決問題是實現(xiàn)科學(xué)推理，進而培養(yǎng)科學(xué)思維，提升核心素養(yǎng)的重要途徑之一.綜合實踐活動是應(yīng)用方法性的典型案例之一，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的重要方法.

如2020年江蘇省南京市中考試題第28題是典型綜合實踐活動，綜合實踐活動是應(yīng)用方法性的典型案例之一，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力的重要途徑之一，本題科技小組為燈暖型浴霸（一種取暖用電器）設(shè)計一個可自動控制溫度的裝置，最大特點是將電路設(shè)計（可自動控制燈暖型浴霸溫度的裝置）知識融入特定情境之中，學(xué)生在進行電路設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)問題，積極主動地認識與理解電路設(shè)計情境，通過科學(xué)分析，科學(xué)推理，生成新問題、新見解、新思路并對電路進行改進，最終實現(xiàn)科學(xué)推理下知識建構(gòu).

設(shè)計意圖：應(yīng)用方法性推理最大的特點是將所學(xué)的知識及應(yīng)用方法融入情境化試題中，利用物理知識對問題進行科學(xué)推理，如在本題綜合實踐活動中設(shè)計可自動控制溫度的燈暖型浴霸，讓學(xué)生通過綜合實驗活動進行自主探究學(xué)習(xí)并掌握基本知識，將其運用于實踐.教師設(shè)置這種情境化試題符合學(xué)生認知特點，激發(fā)學(xué)生知識沖突及對探究物理問題的興趣，提高學(xué)生解決現(xiàn)實問題的科學(xué)思維能力.

3.6 科技前沿性推理

幾乎每一個科技前沿成果背后都蘊含思辨和科學(xué)推理過程，在物理教學(xué)中，教師將所學(xué)知識融入科技前沿性成果之中，有助于讓學(xué)生經(jīng)歷科技成果的發(fā)展過程，將質(zhì)疑、思辨、科學(xué)推理過程呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生學(xué)會在科技前沿成果中推理，在推理中總結(jié)歸納，這將進一步推動科學(xué)推理，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，提升核心素養(yǎng).

如2021年北京市中考試題第18題，描述中國科技館中“會發(fā)電的衣服”的情境，通過情境發(fā)現(xiàn)問題進行科學(xué)探究：當(dāng)用腳踩動踏步機踏板，發(fā)電纖維抖動并切割磁感線，LED燈被點亮，由此情境可推理出發(fā)電纖維切割磁感線會產(chǎn)生感應(yīng)電流;如果增加踩動踏板的速度，會發(fā)現(xiàn)LED燈被點亮的數(shù)目增多，這是在上述情境基礎(chǔ)上延伸的探究問題，由此可以進一步推理出LED燈被點亮的數(shù)目可能與腳踩動踏板的速度大小有關(guān)，即得出感應(yīng)電流大小與導(dǎo)體切割磁感線的速度有關(guān)，這是在“會發(fā)電的衣服”情境下進行科學(xué)推理得出感應(yīng)電流大小的問題，是情境化試題在科技前沿性推理中的作用.

設(shè)計意圖：物理教學(xué)的目的是將物理知識應(yīng)用于生活、社會之中，因此，關(guān)注科技前沿性推理是物理教學(xué)的重要版塊之一，一方面有助于了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果，另一方面可以幫助教師了解學(xué)生在課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)效果及教學(xué)不足之處，為今后教學(xué)指引方向.

4 結(jié)束語

科學(xué)推理能力的培養(yǎng)是培育科學(xué)思維，提升核心素養(yǎng)的重要途徑之一，將所學(xué)知識融入情境化試題中是實現(xiàn)科學(xué)推理能力的基本途徑之一，這種教學(xué)模式的六大要素在培養(yǎng)科學(xué)推理能力方面具有不同教學(xué)功能，教師在教學(xué)過程中可以個別選擇或綜合起來使用，以期在促進科學(xué)推理能力的效果上達到最優(yōu)化.

參考文獻：

[1]李正福，李春密，邢紅軍.從隱性到顯性：物理科學(xué)方法教育方式的重要變革[J].課程·教材·教法，2010，30（12）：71-74.

[2]尹慶豐.“情境化試題”對高中物理教學(xué)的啟示[J].物理教師，2019，40（09）：31-35.

[3]沈偉云.基于理性思維培養(yǎng)的科學(xué)探究教學(xué)——以光的反射為例[J].物理教師，2019，40（06）：30-31+35.

[4]侯中柱.四種常見現(xiàn)象的物理解釋[J].物理教師，2014，35（09）：44-45.

[5]劉義，高芳.情境認知學(xué)習(xí)理論與情境認知教學(xué)模式簡析[J].教育探索，2010（06）：88-89.

（收稿日期：2021-08-14）