全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端助力科學(xué)推理

路虹劍 王澎

摘要科學(xué)推理是在實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。在科學(xué)探究過程中，學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的有用信息，形成結(jié)論。這是一種重要的探究技能，我們應(yīng)當(dāng)重視培養(yǎng)學(xué)生分析和解釋數(shù)據(jù)的能力。全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端以三維立體優(yōu)勢創(chuàng)設(shè)虛擬仿真探究情境，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力，對學(xué)生科學(xué)思維有推動促進(jìn)的作用。

關(guān)鍵詞 科學(xué)推理 科學(xué)思維 獲取證據(jù)

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.18.040

Holographic Interactive Cooperative Learning Terminal Helps Scientific Reasoning

LU Hongjian[1]， WANG Peng[2]

（[1] Beijing Dongcheng District Institute of Educational Sciences， Beijing 100009；[2] Beijing Dongcheng District Hepingli No.9 Primary School， Beijing 100013）

Abstract： Scientific reasoning is a method to study the law of reasoning through generalization， abstraction and reasoning on the basis of experiments. In the process of scientific inquiry， students analyze the data deeply， extract useful information contained in the data and form a conclusion. This is an important inquiry skill， we should pay attention to the cultivation of students’ ability to analyze and interpret data. The holographic interac？ tive cooperative learning terminal creates virtual simulation inquiry situation with three-dimensional advantages， trains the students’ evidence consciousness， trains students’ logical thinking， and trains their analytical ability， which promotes the scientific thinking of students.

Keywords： scientific reasoning； scientific thinking； obtaining evidence

科學(xué)推理是在實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法?？茖W(xué)推理形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識活動，是一個從具體到抽象，再從抽象到具體的過程，通過概念、判斷、推理，在思維中再現(xiàn)客觀事物的本質(zhì)，并真實反映客觀事物的運(yùn)動規(guī)律。在科學(xué)活動中，科學(xué)推理必須嚴(yán)格合乎邏輯。

全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端以三維立體優(yōu)勢創(chuàng)設(shè)虛擬仿真探究情境，對學(xué)生科學(xué)思維有推動促進(jìn)的作用。同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和積極性，使學(xué)生積極參與聯(lián)想、推理等學(xué)習(xí)活動，促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)思維向深度發(fā)展，提升學(xué)生的解決問題的能力，落實學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展。

培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識

科學(xué)推理要講究實證，運(yùn)用證據(jù)來發(fā)展和修正科學(xué)解釋。證據(jù)可以是實驗中獲得的數(shù)據(jù)，也可以是自然現(xiàn)象、生活經(jīng)驗，還可以是科學(xué)事實、科學(xué)史。學(xué)生作出推理時，教師要引導(dǎo)他們依據(jù)已有的知識或經(jīng)驗進(jìn)行符合邏輯的推斷，并說出猜測的理由，強(qiáng)化他們的證據(jù)意識。

在《化石帶給我們的信息》一課中，學(xué)生模擬化石專家挖化石，挖到了不完整生物的化石。學(xué)生提問：“化石上的生物是什么？”由于化石中的生物離現(xiàn)在比較久遠(yuǎn)，我們只能根據(jù)化石中生物的形態(tài)和同時期化石中的其他生物形態(tài)進(jìn)行想象，推理出化石中生物的完整形態(tài)。當(dāng)然這個過程是非常困難的。

本課中學(xué)生根據(jù)古生物的生活環(huán)境，推測古生物各部分身體結(jié)構(gòu)的特征，如頭部長有尖喙、翅上有爪、有粗壯有力的足等。如何幫助學(xué)生將他們頭腦中想象出來的古生物的各部分組合在一起，建立古生物的模型呢？全息交互協(xié)作終端解決了這個難題，利用它的交互性和虛擬性，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中充分展開想象，使學(xué)生獲取證據(jù)，為后面的推理提供了依據(jù)。

學(xué)生仔細(xì)觀察化石中的生物的身體結(jié)構(gòu)，會發(fā)現(xiàn)：化石中的生物有軀干和頸、身體表面長有羽毛、身長15厘米、頭部和腿模糊不清……學(xué)生通過這些信息猜測化石中的生物可能是鳥，要想進(jìn)一步證明推測，需要尋找更充分的證據(jù)。

這時教師引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)實中鳥的身體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而推測古鳥的身體結(jié)構(gòu)。我們假想古鳥生活在森林環(huán)境中，就要綜合分析森林環(huán)境中鳥的喙、胸骨、翅、足、爪的特點(diǎn)，分析時就可以參考iPad中呈現(xiàn)的現(xiàn)實中鳥的各部分結(jié)構(gòu)，從而初步推測假想的古鳥的樣子。

接下來學(xué)生利用全息設(shè)備對初步推測的古鳥的樣子進(jìn)行驗證。一臺全息交互協(xié)作終端支持四個小組使用，分別是小貓組、考拉組、斑馬組、大象組，點(diǎn)擊全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端上的古鳥的結(jié)構(gòu)按鈕進(jìn)行選擇。有的組學(xué)生選擇的古鳥頭部有個尖的喙、胸骨是鼓起的，翅上有爪、長有纖細(xì)輕盈的足、爪是無蹼的。有的組學(xué)生選擇的古鳥頭部有個帶鉤的喙、胸骨是鼓起的，翅上無爪、長有粗壯有力的足、爪是無蹼的。學(xué)生根據(jù)分析，利用全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端構(gòu)建了一個假想的古鳥的樣子。這是學(xué)生借助全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端獲取證據(jù)進(jìn)行推理的第一步。

學(xué)生提出問題：“推想出的古鳥是否能在環(huán)境中獲取食物和躲避天敵呢？”這時全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端的屏幕上以動畫的形式呈現(xiàn)四個小組假想的古鳥在環(huán)境中是否能生存，結(jié)果有的小組的古鳥能生存，有的小組的古鳥被天敵吃了。學(xué)生開始思考為什么自己小組假想的古鳥會被天敵吃掉。他們通過全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端對模擬場景中的古鳥進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)古鳥的飛行能力不是太好，如果翅膀上沒有爪子，很容易從樹上掉到地上，被守在樹下的熱河龍吃掉。于是學(xué)生修正之前的假想，認(rèn)為古鳥的翅膀上應(yīng)該有爪子。這是學(xué)生借助全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端獲取證據(jù)進(jìn)行推理的第二步。

接下來，學(xué)生運(yùn)用上述方法，根據(jù)全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端上呈現(xiàn)對古鳥身體結(jié)構(gòu)的假想結(jié)果和在環(huán)境中是否能躲避天敵和獲取食物，不斷地分析和推理，完善自己對古鳥各部分身體結(jié)構(gòu)的分析。

全息交互終端以它的交互性，使學(xué)生沉浸在虛擬的古生物環(huán)境中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識和已掌握的資料推測未知的知識，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理能力。

培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維

邏輯是指思維的規(guī)律，思維的邏輯性就是指思維過程有一定形式、方法，是按照一定規(guī)律進(jìn)行的。推理是一個能動地反映客觀現(xiàn)實的理性認(rèn)識過程，邏輯是推理的重要特征。在學(xué)生的認(rèn)知過程中，要遵循邏輯規(guī)律來引導(dǎo)學(xué)生推理，依據(jù)事物或現(xiàn)象的發(fā)展規(guī)律，用已經(jīng)發(fā)生的事實交叉印證，經(jīng)過大腦復(fù)雜的信號處理及過濾，找出正確的實踐邏輯。

《化石帶給我們的信息》一課的邏輯推理如右上圖。在引導(dǎo)學(xué)生推理的過程中，如何幫助他們結(jié)合環(huán)境分析古鳥的身體結(jié)構(gòu)呢？教師以始祖馬的例子引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)推理的方法。始祖馬生活在森林環(huán)境中，學(xué)生推測它的身形可能不是太高大，以嫩葉為食。隨著環(huán)境的變化，叢林退去，草原的面積不斷增大，這時候始祖馬的體形會有什么變化呢？學(xué)生推測：草原環(huán)境中，沒有高大的樹木和灌木叢，馬就不能通過跳躍躲避敵人了，而需要靠快速奔跑躲避敵人，所以身形就應(yīng)該變得高大，腿變得更長，蹄子也會更適合奔跑。學(xué)生通過始祖馬的例子，認(rèn)識到生物的身體結(jié)構(gòu)要適應(yīng)不斷變化的生活環(huán)境，并類比推理古鳥的環(huán)境與身體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

本課中，學(xué)生首先觀察化石圖片，認(rèn)為古鳥的胸骨是扁平的。為了驗證學(xué)生的推測是否準(zhǔn)確，教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)觀察圖片上古鳥的爪，發(fā)現(xiàn)古鳥的爪大而尖，能夠抓住樹干，判斷古鳥可能生活在森林中。再結(jié)合iPad上的資源，發(fā)現(xiàn)森林中的現(xiàn)代鳥飛行胸骨是鼓的，從而修改了自己對古鳥的胸骨是扁平的認(rèn)識。學(xué)生通過此方法推理出古鳥身體各部分結(jié)構(gòu)特征，并利用全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端將假想的古鳥的形態(tài)以360度立體結(jié)構(gòu)展現(xiàn)在面前。學(xué)生細(xì)心觀察，描述解釋說明，給出例證，建立聯(lián)系，最終展現(xiàn)學(xué)生假想古鳥在他們推測的環(huán)境中是否能獲取食物、是否能躲避天敵，助力學(xué)生思維發(fā)展，驗證假想結(jié)果。為進(jìn)一步洞察教學(xué)推理內(nèi)涵，有必要對其特征進(jìn)行解析，從而使學(xué)生逐步理解環(huán)境與生物結(jié)構(gòu)的關(guān)系，生物的結(jié)構(gòu)要適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，同時促進(jìn)學(xué)生邏輯、思維、空間建構(gòu)等素養(yǎng)發(fā)展。

培養(yǎng)學(xué)生的分析能力

課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，科學(xué)探究需要圍繞已提出和聚焦的問題設(shè)計研究方案，通過收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過推理得出結(jié)論，并通過有效表達(dá)與他人交流自己的探究結(jié)果和觀點(diǎn)，能運(yùn)用科學(xué)探究方法解決比較簡單的日常生活問題。

本課中學(xué)生借助證據(jù)對古鳥的身體結(jié)構(gòu)分析如下：

第一組學(xué)生主要分析古鳥喙的特點(diǎn)：我們小組首先從化石圖片上觀察古鳥喙是尖的，推斷古鳥可能生活在森林中，再結(jié)合iPad中森林環(huán)境中現(xiàn)代鳥的照片和視頻，把現(xiàn)代鳥的喙與古鳥喙的結(jié)構(gòu)相比對。我們還在全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端上看到古鳥用尖的喙捕食，進(jìn)一步判斷古鳥的喙應(yīng)該是尖的，以此幫助古鳥在森林中生活。

第二組學(xué)生主要分析古鳥腿的特點(diǎn)：我們小組首先從化石圖片上觀察古鳥的爪是無蹼的，根據(jù)這個特點(diǎn)我們推斷古鳥可能生活在森林中：其次我們在全息交互協(xié)作學(xué)習(xí)終端上看到古鳥飛行不是很好，進(jìn)一步判斷古鳥的腿纖細(xì)輕盈，這樣才能使身體輕盈利于古鳥在森林中生活。

由上可知，在科學(xué)探究過程中，學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的有用信息，形成結(jié)論。這是一種重要的探究技能，可以說分析和解釋數(shù)據(jù)的能力是兒童重要的科學(xué)素養(yǎng)，我們應(yīng)當(dāng)重視培養(yǎng)學(xué)生分析和解釋數(shù)據(jù)的能力。