在概念建構(gòu)中培養(yǎng)學(xué)生推理論證能力
——以《導(dǎo)體和絕緣體》一課為例

□余京華 周雪芳

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》突出了課程育人宗旨，著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面?！案拍钍撬季S的基本單元，思維的結(jié)果是形成概念和做出判斷。”科學(xué)思維的發(fā)展與科學(xué)概念的建構(gòu)是相輔相成、相互促進(jìn)的關(guān)系。作為科學(xué)思維的重要組成部分，推理論證能力應(yīng)該在概念建構(gòu)的過(guò)程中得到發(fā)展。然而，綜觀當(dāng)前的科學(xué)課堂，可以發(fā)現(xiàn)，許多教師只著眼于知識(shí)概念的落實(shí)，忽視了學(xué)生推理論證能力的發(fā)展。如何在概念建構(gòu)的過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的推理論證能力？以教科版《科學(xué)》四年級(jí)下冊(cè)第二單元第6課《導(dǎo)體和絕緣體》為例，教師應(yīng)以學(xué)生為主體，設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的教學(xué)活動(dòng)，在幫助學(xué)生建構(gòu)概念的同時(shí)，發(fā)展學(xué)生的推理論證能力。

《導(dǎo)體和絕緣體》一課旨在引導(dǎo)學(xué)生探究常見(jiàn)材料的導(dǎo)電性，即利用簡(jiǎn)易電路檢測(cè)器檢測(cè)不同材料的導(dǎo)電情況，基于檢測(cè)結(jié)果得出結(jié)論并建構(gòu)導(dǎo)體和絕緣體兩個(gè)主要概念。教學(xué)中，筆者首先帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用演繹推理的方法明確檢測(cè)材料導(dǎo)電性的步驟，再讓學(xué)生經(jīng)歷“比較—分析—分類—抽象—概括”的過(guò)程，初步形成概念，最后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納推理的方法鞏固概念，并用所學(xué)知識(shí)服務(wù)生活（如圖1）。這樣的教學(xué)有利于學(xué)生推理論證能力的發(fā)展。

圖1

一、精選實(shí)驗(yàn)材料，豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)

歸納推理和演繹推理是邏輯思維的兩種方式。認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，人們總是先接觸個(gè)別事物，而后推及一般事物，又從一般事物推及個(gè)別事物，如此循環(huán)往復(fù)，使認(rèn)識(shí)不斷深化。歸納推理是從個(gè)別事物到一般事物，演繹推理則是從一般事物到個(gè)別事物。可見(jiàn)，要發(fā)展歸納推理和演繹推理兩種思維能力，必須以大量的事實(shí)作為依據(jù)。教師應(yīng)在教學(xué)中利用合適的材料，豐富學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，幫助學(xué)生對(duì)事物的規(guī)律進(jìn)行歸納推理和演繹推理。

（一）改進(jìn)器材，拓寬認(rèn)知范圍

教材建議使用電路檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)物體的導(dǎo)電性，但在實(shí)踐中，電路檢測(cè)器的靈敏度不夠，無(wú)法檢測(cè)出水、人體等的導(dǎo)電性。為了幫助學(xué)生獲取證據(jù)，構(gòu)建導(dǎo)體、絕緣體兩個(gè)概念，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了改進(jìn)，在課堂上引入了靈敏度更高的人體導(dǎo)電球，并連上導(dǎo)線。人體導(dǎo)電球不僅可以檢測(cè)人體的導(dǎo)電性，還可以檢測(cè)水、油、泥土、醋、鹽水等物質(zhì)的導(dǎo)電性，能夠拓寬學(xué)生的認(rèn)知范圍。實(shí)驗(yàn)中，筆者將待測(cè)液體裝在透明瓶子中，在瓶子兩頭打孔，并在鐵質(zhì)小棒上涂上電容膠，解決了液體不方便檢測(cè)、導(dǎo)線上容易留下殘留物等問(wèn)題，具體如表1。

表1 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)過(guò)程及效果

（二）豐富材料，助力課堂探究

本課主要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“比較—分析—分類—抽象—概括”的思維過(guò)程建構(gòu)概念。為了幫助學(xué)生建構(gòu)導(dǎo)體和絕緣體等概念，筆者選擇了具有代表性、生活性的典型材料，幫助學(xué)生進(jìn)行探究。

1.選擇代表性材料，助力學(xué)生探究

代表性材料包括多種導(dǎo)體材料，如鐵、銅、鋁等，也包括多種絕緣體材料，如布、木頭、塑料、紙等。這些材料能夠幫助學(xué)生通過(guò)求同歸納，找到導(dǎo)體和絕緣體的特征。

2.選擇生活性材料，激發(fā)認(rèn)知沖突

在準(zhǔn)備材料時(shí)，一方面，要選擇學(xué)生熟悉的材料，讓學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)。另一方面，要考慮選取學(xué)生熟悉但容易預(yù)測(cè)錯(cuò)誤的材料，如水、泥土、油、醋等，使學(xué)生的思維在認(rèn)知沖突中不斷攀升。經(jīng)過(guò)這樣的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠突破自己的前概念，提高分析、歸納能力。

二、優(yōu)化記錄方式，展現(xiàn)思維路徑

記錄單就像一個(gè)指路牌，可以提供“做什么”“怎么做”“記什么”“交流什么”等方面的指導(dǎo)，是教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的工具，也是學(xué)生進(jìn)行自主探究的階梯。有效的記錄單能發(fā)揮學(xué)習(xí)支架的作用，展現(xiàn)思維路徑，幫助學(xué)習(xí)者提升學(xué)習(xí)效果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行觀察、比較、歸納、分析，在記錄單上記下學(xué)習(xí)過(guò)程，并用記錄單輔助思考和表達(dá)。

（一）優(yōu)化記錄方式，助力課堂表達(dá)

本課教材提供了記錄單，筆者對(duì)此進(jìn)行了修改。如表2所示：預(yù)測(cè)欄要求學(xué)生對(duì)物體接入電路后，能否使小燈泡亮起來(lái)作出預(yù)測(cè)，采用“√”或“×”的方式進(jìn)行記錄；檢測(cè)欄由原來(lái)的兩次變成現(xiàn)在的三次，凸顯了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；實(shí)驗(yàn)結(jié)果“是否容易導(dǎo)電”同樣采用“√”或“×”的方式記錄，更加直觀明了。這樣的記錄單符合學(xué)生的認(rèn)知水平，能夠幫助學(xué)生在小組討論中更有條理地進(jìn)行表達(dá)。

表2 物質(zhì)導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)記錄單（舉例）

續(xù)表

（二）有序呈現(xiàn)材料，助力推理分析

教師應(yīng)精心安排材料呈現(xiàn)的先后順序，為學(xué)生搭建推理的腳手架，讓學(xué)生的思維可視化。記錄單要求學(xué)生對(duì)物體接入電路后能否使小燈泡亮起來(lái)作出預(yù)測(cè)，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)物體是否導(dǎo)電的初始認(rèn)知，為后續(xù)的概念建構(gòu)打下了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得出了“有些液體可以導(dǎo)電，有些液體不可以導(dǎo)電”的結(jié)論。在此過(guò)程中，學(xué)生不斷突破思維定式。

如：大部分學(xué)生利用生活常識(shí)預(yù)測(cè)水能導(dǎo)電，通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)水確實(shí)能導(dǎo)電；部分學(xué)生認(rèn)為醋是不導(dǎo)電的，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)醋也是能導(dǎo)電的。至此，學(xué)生經(jīng)過(guò)歸納推理，得出了“液體都能導(dǎo)電”的結(jié)論，進(jìn)而運(yùn)用演繹推理，判斷油的導(dǎo)電性。許多學(xué)生認(rèn)為因?yàn)橛褪且后w，所以油也是能導(dǎo)電的。但是實(shí)驗(yàn)證明，油不能導(dǎo)電。這又刷新了他們剛剛建立的認(rèn)識(shí)：油雖然是液體，但油并不導(dǎo)電。由此，學(xué)生得出結(jié)論：不是所有的液體都能導(dǎo)電。其概念建構(gòu)的過(guò)程如圖2。

圖2

三、改變教學(xué)方式，培養(yǎng)探究精神

為改變以往課堂教師一人唱獨(dú)角戲的填鴨式教育模式，同時(shí)打破匯報(bào)交流環(huán)節(jié)“說(shuō)者表意不清，聽(tīng)者似懂非懂”的尷尬局面，筆者在研討環(huán)節(jié)利用信息技術(shù)為學(xué)生搭建生生互動(dòng)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神，體現(xiàn)了以生為本的教學(xué)理念。

（一）呈現(xiàn)照片，展示思考痕跡

探究過(guò)程中，學(xué)生的思維活躍，獨(dú)立思考能力不斷增強(qiáng)。教師在巡視過(guò)程中要留心學(xué)生的操作和記錄情況。本課活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷了多次預(yù)測(cè)，思維能力不斷提升，但他們對(duì)于預(yù)測(cè)的價(jià)值和意義的理解依然停留在淺層。在碰到事實(shí)與自己的預(yù)測(cè)出現(xiàn)沖突的情況時(shí)，學(xué)生往往會(huì)修改預(yù)測(cè)結(jié)果，導(dǎo)致預(yù)測(cè)失去意義。對(duì)此，教師可借助手機(jī)等設(shè)備的拍照功能，幫助學(xué)生回憶實(shí)驗(yàn)過(guò)程并及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生。教學(xué)過(guò)程如下。

師：大家在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，是怎么預(yù)測(cè)的？為什么這么預(yù)測(cè)？

生：我先預(yù)測(cè)一種材料的導(dǎo)電性，然后用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，接著繼續(xù)預(yù)測(cè)，再用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣結(jié)果更準(zhǔn)確。

生：我是先預(yù)測(cè)所有材料的導(dǎo)電性，再用實(shí)驗(yàn)一一驗(yàn)證，這樣速度更快。

師：你們說(shuō)的都有道理。老師拍下了一份記錄單（呈現(xiàn)在屏幕上），請(qǐng)記錄單的主人來(lái)說(shuō)說(shuō)看。

生：我是先預(yù)測(cè)一兩種材料的導(dǎo)電性，然后用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，接著預(yù)測(cè)剩余所有材料的導(dǎo)電性，再用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。我認(rèn)為先驗(yàn)證一部分材料的導(dǎo)電性，再預(yù)測(cè)剩余材料的導(dǎo)電性，學(xué)習(xí)效果最好。比如，一開始我預(yù)測(cè)錯(cuò)了醋的導(dǎo)電性，后來(lái)經(jīng)過(guò)推理，我知道像這樣的液體可以導(dǎo)電。

生：我贊同他的觀點(diǎn)，有了前面的經(jīng)驗(yàn)，后面就預(yù)測(cè)得更準(zhǔn)確了。

師：對(duì)醋的預(yù)測(cè)為什么劃掉又重寫？

生：因?yàn)殚_始預(yù)測(cè)錯(cuò)了醋的導(dǎo)電性。

師：預(yù)測(cè)錯(cuò)了能不能改？

生：不能改。改了就失去預(yù)測(cè)的意義了。

（二）研討交流，培養(yǎng)探究精神

從學(xué)生匯報(bào)的記錄單來(lái)看，學(xué)生檢測(cè)的結(jié)果與預(yù)測(cè)的結(jié)果不盡相同，主要涉及油、醋、泥土等材料。這些材料有的是學(xué)生不太熟悉的，有的是成分相對(duì)復(fù)雜的。經(jīng)過(guò)小組上臺(tái)演示，臺(tái)下學(xué)生可以清楚地觀看整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。在質(zhì)疑與求證的過(guò)程中，課堂研討逐步深入，學(xué)生逐漸形成共識(shí)，他們的探究精神得到了培養(yǎng)。

“翻轉(zhuǎn)課堂‘課前傳授+課上內(nèi)化’的教學(xué)形式與傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程正好相反”[2]，學(xué)生課前觀看視頻完成知識(shí)傳授，課堂上通過(guò)一系列互動(dòng)促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)化。按照這樣的推理邏輯，我們的翻轉(zhuǎn)模式?jīng)]有絲毫差錯(cuò)，問(wèn)題在于：一樣的模式，一樣的實(shí)施流程與順序，為什么在美國(guó)可以“翻”得“轉(zhuǎn)”的課堂在中國(guó)卻遭遇了各種問(wèn)題？

四、巧用提問(wèn)方式，助力思維發(fā)展

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生獲得了充足的證據(jù)。要利用這些證據(jù)建構(gòu)概念，就要進(jìn)入科學(xué)探究的原理解釋階段。這個(gè)階段是學(xué)生思維活動(dòng)最為活躍的階段，是開展歸納推理和演繹推理的主要階段，也是概念建構(gòu)最為關(guān)鍵的階段。教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題，讓學(xué)生經(jīng)歷“比較—分析—分類—抽象—概括”的思維過(guò)程，提升學(xué)生的邏輯思維能力。

（一）問(wèn)題引領(lǐng)，助力學(xué)生建構(gòu)概念

筆者首先帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)物體進(jìn)行分類——能使小燈泡亮的材料和不能使小燈泡亮的材料，再通過(guò)問(wèn)題鏈不斷揭示概念。筆者用板書呈現(xiàn)了學(xué)生的思維發(fā)展過(guò)程。

問(wèn)題1：左側(cè)這些物體接入電路后能使小燈泡亮起來(lái)，它們有什么相同點(diǎn)？

問(wèn)題2：怎樣的物體才能讓燈泡亮起來(lái)？

不斷的追問(wèn)促使學(xué)生找到了這些物體的共同特征：能導(dǎo)電。學(xué)生初步形成概念：能導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，不能導(dǎo)電的物體叫絕緣體。

問(wèn)題3：如果往木頭上澆水，濕掉的木頭能導(dǎo)電嗎？

（二）演繹推理，幫助學(xué)生鞏固概念

教材中的拓展環(huán)節(jié)其實(shí)是一個(gè)鞏固概念的環(huán)節(jié)，用到的思維方法是演繹推理。2022 年版課標(biāo)在課程理念中提到：重視師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)和方法進(jìn)行總結(jié)、反思、應(yīng)用和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。在鞏固概念的教學(xué)中，筆者設(shè)置了如下問(wèn)題。

問(wèn)題1：手機(jī)充電器的哪個(gè)部分由導(dǎo)體材料做成，哪個(gè)部分由絕緣體材料做成？你是怎么判斷的？

大部分學(xué)生能夠試著用“因?yàn)槿菀讓?dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，插頭部分容易導(dǎo)電，所以插頭部分是導(dǎo)體”這樣的三段論推理句式來(lái)表達(dá)自己的想法。同時(shí)，學(xué)生也得出了“導(dǎo)體的作用是將電輸送到人們需要的地方，而絕緣體恰恰相反”的結(jié)論。可見(jiàn)，這不僅是一個(gè)演繹推理的過(guò)程，也是一個(gè)通過(guò)語(yǔ)言將思維向外呈現(xiàn)的過(guò)程。

問(wèn)題2：仔細(xì)觀察這個(gè)充電器，你覺(jué)得使用者應(yīng)該注意哪些方面？

筆者提供的是一根使用時(shí)間較久且已經(jīng)出現(xiàn)明顯破損的數(shù)據(jù)線。學(xué)生表示這樣的數(shù)據(jù)線容易出現(xiàn)漏電情況，存在安全隱患，不宜使用。通過(guò)本環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了科學(xué)概念，還聯(lián)系了生活，形成了安全用電的意識(shí)。

小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)推理論證能力的重要性不言而喻。教師應(yīng)基于學(xué)情和學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律，以層層遞進(jìn)的教學(xué)活動(dòng)幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念，提升推理論證能力，由此發(fā)展學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。