聚焦科學推理能力培養(yǎng)的初中科學教學策略探析

徐衛(wèi)平

摘要：實驗是科學探究的基礎，在實驗教學中發(fā)展學生的科學推理能力是初中科學教學的基本思路。培養(yǎng)學生的科學推理能力，需要在以科學探究為主的課堂學習活動中加以踐行。新課程改革背景下，發(fā)展科學思維已成為初中科學課程教學的重要任務，而科學推理是科學思維的重要組成部分。文章結(jié)合教學實踐，分別從重視科學實驗、采取啟發(fā)教學，創(chuàng)設問題情境、加強項目教學，加強跨學科指導、重視探究教學三方面，對聚焦科學推理能力培養(yǎng)的初中科學教學策略進行探析。

關鍵詞：初中科學；推理能力；教學策略；啟發(fā)教學；項目教學；探究教學

中圖分類號：G633.98文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2024）06-0077-04

推理能力是《義務教育物理課程標準（2022年版）》提出的學生關鍵素養(yǎng)之一，是個體根據(jù)自己掌握的科學事實進行邏輯推理的一種能力，這是人類高階地位的一種體現(xiàn)，也是人類探索科學世界過程中不可或缺的核心能力[1]。在新課程改革背景下，發(fā)展科學思維是初中科學課程教學的重要任務，科學推理是科學思維的重要組成部分。例如，物理課程標準要求學生能夠基于事實證據(jù)和科學推理對不同信息、觀點和結(jié)論進行質(zhì)疑和批判；化學課程要求學生形成基于實驗事實進行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測物質(zhì)及其變化的思維能力。科學推理能力包括問題識別、問題提出、假設生成、實驗設計與搭建、證據(jù)生成、證據(jù)評價、得出結(jié)論、溝通檢查等多個維度，學生在科學課程學習中難以得到充分鍛煉，科學推理能力的發(fā)展并不充分。因此，有必要聚焦科學推理能力的培養(yǎng)，立足學生的實際，設計實施科學教學的相關策略。

一、重視科學實驗，采取啟發(fā)教學

實驗是科學探究的基礎，在實驗教學中發(fā)展學生的科學推理能力是初中科學教學的基本思路，也是學生學習科學的重要方法和關鍵能力[2]。初中科學教學的重要目標之一就是培養(yǎng)學生的實驗探究能力，這也是教學的重點。在實驗教學中，教師應重視學生的自主探究能力培養(yǎng)，引導他們參與設計實驗方案、實驗驗證、收集證據(jù)、分析推理、獲得結(jié)論的全過程，讓其形成科學推理的一般思路和方法。例如，在“生活中常見的鹽”的教學中，教師可立足生活情境進行講解，為學生的推理奠定基礎，同時采取啟發(fā)式教學引導學生鑒別廚房中的物質(zhì)，如食鹽和純堿等，以強化學生的推理思維，提升學生的科學素養(yǎng)。在學生已經(jīng)掌握食鹽和純堿的化學性質(zhì)，形成物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)的學科觀念后，教師可引導學生利用物質(zhì)的化學性質(zhì)進行探究，學會設計簡單的實驗方案，通過實驗進行推理驗證，建立“觀點-證據(jù)-結(jié)論”三者之間的邏輯關系，發(fā)展學生的科學思維。

在教學中，教師可提出問題：“如何鑒別廚房中食鹽和純堿？”有學生提出在鹽水和碳酸鈉溶液中加入硝酸銀溶液，并根據(jù)其反應獲取推理證據(jù)，作出判斷。有學生認為這一方案不合理，并給出理由：碳酸鈉溶液與硝酸銀溶液反應會產(chǎn)生白色沉淀，氯化鈉溶液與硝酸銀溶液反應也會產(chǎn)生白色沉淀，兩者都會產(chǎn)生白色沉淀，無法鑒別。教師趁機追問：“能否在這個實驗基礎上繼續(xù)實驗？”學生通過討論認為：可分別往兩種沉淀中繼續(xù)加入酸，如果沉淀溶解，且有氣泡，則為純堿，若沒有氣泡，則為食鹽。教師對學生的這一方案給予充分肯定，并提問：“在白色沉淀中加入酸，你會選擇什么酸？”有學生認為稀鹽酸、稀硫酸都可以。有學生對此提出異議：碳酸銀與稀硫酸反應會生成微溶于水的硫酸銀，它會覆蓋在沉淀表面，現(xiàn)象不明顯，所以不能用稀硫酸。為支持這種觀點，學生進行實驗驗證：在盛有少量兩種樣品的試管中加入氯化鈣溶液，有白色沉淀，則說明該物質(zhì)是純堿，沒有沉淀，則該物質(zhì)是食鹽。也有學生大膽假設，在他人實驗的基礎上進行優(yōu)化：取兩種少量樣品于試管中，再加入稀硝酸和硝酸銀溶液，若有白色沉淀，則是氯化鈉，若沒有白色沉淀，則是碳酸鈉。

在這一教學案例中，教師利用問題啟發(fā)學生，引導學生循序漸進地進行探索，讓學生的證據(jù)推理思維得到發(fā)展。在實驗分享交流環(huán)節(jié)，有學生根據(jù)實驗獲取證據(jù)，往少量樣品中加入硝酸銀溶液，兩支試管中都有白色沉淀，繼續(xù)往試管中加入稀鹽酸，有一支試管白色沉淀逐漸減少，還有氣泡產(chǎn)生，說明是純堿，而沉淀沒有溶解，則是食鹽。由此可見，學生已經(jīng)能夠通過實驗獲取證據(jù)，基于白色沉淀逐漸減少且有氣泡產(chǎn)生這個證據(jù)進行分析推理：碳酸鈉溶液和硝酸銀溶液反應生成碳酸銀，碳酸銀和稀鹽酸反應產(chǎn)生氣泡，碳酸銀逐漸減少，基于實驗證據(jù)的分析，可鑒別廚房中的食鹽和純堿。在優(yōu)化實驗方案環(huán)節(jié)，有學生大膽創(chuàng)新，將稀硝酸和硝酸銀溶液的混合液加入盛有少量兩種樣品的試管中，觀察沉淀是否溶解。

在科學教學中，教師圍繞學生的科學推理思維發(fā)展展開實驗教學，并設計啟發(fā)性問題，能引導學生深入思考，讓學生將推理分析過程有效呈現(xiàn)出來?？茖W實驗的開展與現(xiàn)實生活建立聯(lián)系，能讓學生獲得科學知識，為學生奠定推理基礎。因此，在科學教學中，教師應從生活實例出發(fā)，通過設置實驗，讓學生更為直觀地理解科學知識，運用所學知識解決生活中的實際問題。

二、創(chuàng)設問題情境，加強項目教學

提出問題是科學推理能力形成的基礎，是實施科學教學的必要環(huán)節(jié)。學生在科學探究活動中已經(jīng)積累一定的經(jīng)驗，能夠結(jié)合相應的證據(jù)對結(jié)論進行分析和推理，但在提出問題、解決問題方面還存在一些短板，導致其在科學探究中更多是進行封閉、簡單的思考，難以實現(xiàn)深入探究、發(fā)展高階思維?；诖?，教師可結(jié)合教學內(nèi)容創(chuàng)設問題情境，設計學習項目，引導學生參與項目探究，并通過實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)推出可靠的結(jié)論，不斷提升科學推理能力。

情境創(chuàng)設可依據(jù)逐步遞進問題、產(chǎn)生認知沖突、適度開放問題，對應開展模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新[3]。教師要對學生的質(zhì)疑行為加以保護，培養(yǎng)其科學精神，促使其在真實的問題情境中積極探究[4]。同時，教師要遵循適切性原則，讓學生結(jié)合所學知識和已有經(jīng)驗，探究蘊含的科學道理[5]。例如，在“杠桿”教學中，教師可讓學生制作桿秤，通過動手操作和推理，掌握制作桿秤的方法。（1）結(jié)合杠桿的五要素，明確桿秤的構(gòu)造并進行交流。（2）結(jié)合杠桿平衡條件推理零刻度位置，利用10克、20克等鉤碼，確定桿秤對應質(zhì)量刻度，并通過稱量物品進行驗證。

在項目實施過程中，學生分組合作，利用自選材料制作桿秤。學生在制作過程中，往往會出現(xiàn)托盤不夠穩(wěn)定、秤砣不合適的情況。為此，教師要對學生進行啟發(fā)和引導，讓學生猜測出現(xiàn)這種情況的原因，并嘗試解決。在教師的啟發(fā)和引導下，學生積極思考，多角度猜測，并進行驗證，重新選擇秤砣，還用三根線穿起托盤，保證桿秤的穩(wěn)定。在確定桿秤刻度線的過程中，教師要引導學生反復實驗、記錄數(shù)據(jù)、科學推理。一是托盤里不放重物，移動秤砣，使桿秤保持平衡，記錄秤砣到提紐的距離，確定零度線；二是托盤里分別放10克、20克、50克等重量的重物，移動秤砣，使桿秤保持平衡，記錄秤砣到提紐的距離，確定刻度線。這一過程對學生科學推理思維的發(fā)展十分重要，能夠確保學生根據(jù)真實可靠的證據(jù)進行操作，從而得出科學結(jié)論。在確定桿秤的量程和刻度值的過程中，教師要為學生提供更多的自主空間，引導其深入探究。

再如，教師可以“探秘暖寶寶”為主題展開項目教學，引導學生通過實驗獲取證據(jù)，推理分析暖寶寶中的物質(zhì)。在項目實施過程中，首先，教師展示樣品，演示使用方法，讓學生感受暖寶寶發(fā)熱過程，激發(fā)學生探究興趣。其次，教師剪開暖寶寶，展示內(nèi)物，引導學生觀察其性狀，并提出問題：暖寶寶里的黑色物質(zhì)是什么？有學生從物質(zhì)的顏色判斷，認為其中可能包含某些金屬，并用磁鐵靠近這些物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有部分物質(zhì)被“吸”到磁鐵上，以此推斷包含金屬物質(zhì)。在這一過程中，學生經(jīng)歷了猜測、驗證、推理過程，鍛煉了科學推理能力。教師繼續(xù)提出問題：其中的金屬可能是什么？有學生猜想是鐵。教師追問：“有哪些方法可證明暖寶寶中的物質(zhì)含有鐵？”學生分組合作，展開實驗探究。有的小組將吸起的黑色粉末撒在酒精燈火焰上，觀察到火星四射的現(xiàn)象，以此推斷其中包含鐵；有的小組利用黑色粉末與硫酸銅進行實驗，黑色粉末表面析出紅色物質(zhì)，溶液由藍色變?yōu)闇\綠色，最后變成棕色，根據(jù)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的方程式推斷黑色物質(zhì)包含鐵；有的小組將黑色粉末與稀硫酸混合，觀察到有氣泡產(chǎn)生，且溶液由無色逐漸變成淺綠色，根據(jù)Fe+H2S04=FeSO4+H2↑，F(xiàn)e+2H=Fe2++H2方程式推斷黑色物質(zhì)包含鐵。在推斷驗證暖寶寶中的物質(zhì)含鐵之后，教師可布置學習任務，要求學生查找相關資料，解釋暖寶寶發(fā)熱的原理。

在項目教學過程中，教師引導學生思考，提出猜想，進行實驗驗證、推理論證，能讓他們系統(tǒng)地學習和掌握科學知識，利用科學知識進行推理，從而建構(gòu)新的知識體系。在項目教學中，教師要拓展有利于學生科學推理能力發(fā)展的空間，為學生科學推理能力發(fā)展創(chuàng)造條件。

三、加強跨學科指導，重視探究教學

科學推理，始于問題的提出，植根于觀察、思考以及實驗，問題、證據(jù)、解釋以及交流是科學探究的要素?？茖W探究既是一種理念，又是一種方法，還是學習內(nèi)容與目標中的核心概念之一[6]。因此，對于學生科學推理能力的培養(yǎng)需要在以科學探究為主的課堂學習活動中加以踐行。在初中科學教學中，為培養(yǎng)學生的科學推理能力，教師可創(chuàng)設更加開放的學習環(huán)境，如開展跨學科實踐、采取探究式教學等?？茖W教學與探究學習密不可分，學生在探究過程中可經(jīng)歷合作、交流、論證等一系列活動，獲得更多科學思維發(fā)展的機會。探究學習融合多學科知識，能讓學生的科學探究更加開放，迅速提高科學推理能力。

例如，在以“探秘造紙黑液”為主題的實踐活動中，教師可將化學、物理等學科知識相融合，立足真實情境，讓學生利用酸堿鹽知識，對“黑液”的成分進行探究和處理。在活動中，學生扮演“造紙工程師”，通過實驗探究、查閱資料和實地考察調(diào)研，推斷黑液中包含木質(zhì)素、纖維素、揮發(fā)性有機酸等物質(zhì)，并結(jié)合物理、化學等學科知識，探究“黑液”處理的不同方法。比如，浮選廢水處理法可回收“黑液”中的纖維性固體物質(zhì)，燃燒廢水處理法可回收“黑液”中的氫氧化鈉、硫化鈉、硫酸鈉，以及其他鈉鹽，中和廢水處理法可調(diào)節(jié)pH值。

跨科指導，實現(xiàn)了學科間的合作或同一學科內(nèi)各分支的合作，促進了各學科間的交流。例如，“培育太空種子”這一調(diào)查研究類綜合實踐活動，以酸堿鹽的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化為研究對象，以光照影響、土壤酸堿性和溶液濃度對植物生長影響的探究為載體，承載學生必做實驗“常見酸和堿的化學性質(zhì)”，融合初中化學、物理、生物等課程內(nèi)容。在探究活動中，學生記錄植物生長過程中光照的時長，并結(jié)合所學知識推理光照的影響，即光照不足，光合作用減弱，植株較細或黃化，根系不發(fā)達；植物受光不良，花芽形成和發(fā)育不良，果實發(fā)育受阻，造成落花落果；光照過強，發(fā)生光抑制，出現(xiàn)葉片枯萎等情況。根據(jù)推理分析，學生通過查找資料，科學調(diào)整光照，完善培育方案?；谕寥浪釅A度的測量數(shù)據(jù)，學生結(jié)合生物學知識，推斷影響土壤生長狀態(tài)的因素，即pH值小于6時，固氮菌活躍度降低，pH值小于6.5時，土壤中的活性鐵、鋁增加，易形成磷酸鐵、磷酸鋁沉淀；當pH值大于8時，鉀在酸性土壤中容易流失。這些情況都會影響植物的正常生長，學生根據(jù)科學知識將土壤的酸堿性控制在大于pH值9.0小于2.5之間，并結(jié)合植物的具體情況進行調(diào)整，確保植物健康生長。此外，學生還對營養(yǎng)液的濃度進行調(diào)整，根據(jù)所掌握的知識以及查找的資料歸納推斷出適宜植物生長的配置方案，并通過培育過程加以驗證、優(yōu)化，完善實驗探究過程。學生通過一系列跨學科學習活動，能夠經(jīng)歷實驗探索、科學推理的全過程，體會實驗探究與真實問題解決的關聯(lián)性，從而實現(xiàn)科學思維的全面發(fā)展。

科學課程突出科學探究在學習過程中的重要性，其對學生推理能力有著重要的促進作用，有利于提升學生科學素養(yǎng)。例如，在跨學科綜合實踐活動“奧運火炬燃燒的秘密”的教學中，教師可以北京冬奧會火炬來創(chuàng)設情境，設計“探索火焰奧秘”“揭秘造型設計”以及“了解上色方法”三個學習環(huán)節(jié)，讓學生開展實驗探究，并利用實驗數(shù)據(jù)來推理分析金屬的化學性質(zhì)，完成化學知識的建構(gòu)。其中在“探索火焰奧秘”環(huán)節(jié)，教師可先展示相關資料，說明冬奧會火炬的火焰具有安全可靠性，可抗風10級，可在極寒天氣中使用。然后設置問題，引導學生結(jié)合所學知識分析解決問題的方法。最終通過相關資料進行驗證，并拓展學習視野，了解化學知識在奧運火炬設計中的應用。此外，教師可融合藝術學科內(nèi)容，引導學生感受奧運會不僅是體育的盛會，同時還是科技的盛宴，感受化學與科技的緊密聯(lián)系，體會化學對于推動人類文明發(fā)展具有舉足輕重的作用。

在上述跨學科實踐活動中，教師引導學生自主探究，讓學生在親身體驗中獲得信息、證據(jù)，并以此推斷出可能的結(jié)果，并通過實驗加以驗證，從而內(nèi)化吸收各學科知識，促進學生綜合能力的提升。在聚焦科學推理能力的初中科學教學實踐中，跨學科實踐活動還應進一步優(yōu)化完善。教師在教學指導中應突出育人目標，注重開展實踐活動，結(jié)合項目化學習的方式開展教學。在實踐活動中，教師要以學生為中心，讓學生在真實的問題情境中分析推理、解決問題，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生推理探究的樂趣[7]。同時，教師設計的實踐活動要具有一定的挑戰(zhàn)性，能激發(fā)學生學習熱情，提高學生動手操作能力，培養(yǎng)學生發(fā)散思維[8]。

四、結(jié)語

綜上所述，實驗是科學探究的基礎，在實驗教學中發(fā)展學生的科學推理能力是初中科學教學的基本思路。要培養(yǎng)學生的科學推理能力，需要在以科學探究為主的課堂學習活動中加以踐行。在新課程改革背景下，聚焦科學推理能力展開科學教學實踐，對發(fā)展學生的核心素養(yǎng)具有重要意義。因此，在初中科學教學中，教師要重視科學實驗、采取啟發(fā)教學，創(chuàng)設問題情境、加強項目教學，加強跨學科指導、重視探究教學，以豐富學生實踐經(jīng)驗，引導學生建構(gòu)知識體系，培養(yǎng)學生科學推理能力。

參考文獻：

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Exploration of Junior Middle School Science Teaching Strategies Focusing on Cultivating Scientific Reasoning Ability

Xu Weiping

（Liangzhu No.1 Middle School， Yuhang District， Hangzhou City， Zhejiang Province， Hangzhou 311100， China）

Abstract： Experiments are the foundation of scientific exploration， and developing students scientific reasoning ability in experimental teaching is the basic idea of middle school science teaching. To cultivate students scientific reasoning ability， it is necessary to practice it in classroom learning activities that focus on scientific exploration. Under the background of the new curriculum reform， developing scientific thinking has become an important task in middle school science curriculum teaching， and scientific reasoning is an important component of scientific thinking. Based on teaching practice， this article explores the juniormiddle school science teaching strategy that focuses on cultivating scientific reasoning ability from three aspects： emphasizing scientific experiments， adopting inspiring teaching， creating problem scenarios， strengthening project-based teaching， strengthening interdisciplinary guidance， and emphasizing exploratory teaching.

Key words： junior middle school science； reasoning ability； teaching strategies； inspirational teaching； project based teaching；exploringteaching