以科学探究为抓手 培养学生的推理论证能力

《义务教育科学课程标准（2022年版）》在课程总目标中强调：能合理分析与综合判断各种信息、事实和证据，运用证据与推理对研究的问题进行描述、解释和预测，具有初步的推理与论证能力。教学实践表明，在科学教学中以科学探究为抓手，可以全面培养学生的推理论证能力。本文以“简单机械”单元教学为例，介绍具体的做法。

一、将推理论证能力嵌入科学探究过程

推理论证能力可以理解为“提出主张的能力、获取证据的能力、推理证明主张的能力以及合理质疑的能力”，它是科学核心素养的重要组成部分。小学科学教学以探究式教学为主，在教学中可以尝试将推理论证中四种能力的培养内化于科学探究的要素之中（见图1）。通过依托科学现象引发学生的好奇心，继而提出科学问题，并针对科学问题作出猜想，提出自己的观点。在探究活动中获取证据，并对收集到的信息进行分析处理，通过逻辑推理将信息整理成证据，以证明观点。教学中，还可以引导学生对他人的探究过程和已经证明的观点进行检验，提出合理的质疑，使结论不断完善。这样，整个推理论证能力培养的实施过程都建立在科学探究的各个要素之上，实现推理论证能力与科学探究能力的协同发展。

“简单机械”这个单元设置了“撬重物的窍门”“拧螺丝的学问”“升旗的方法”和“斜坡的启示”等教学内容，分别引导学生认识和研究“杠杆”“轮轴”“滑轮”和“斜面”这四种简单机械的结构和作用。在学生认识四种简单机械结构特征的基础上，教师引导学生在活动的不同环节中运用分析、比较、推理、概括等方法得出探究结论，不断发展他们的推理论证能力。

二、培养提出观点的能力

（一）聚焦现象，提出科学问题

科学探究源于学生对科学现象的好奇心。教师要设计适宜的情境体验活动，如听故事、做游戏、观看图片、视频和演示实验等，使学生聚焦有趣的科学现象，提出可供探究的科学问题。适宜的情境体验活动，也能为学生接下来的合理猜想、提出科学观点作好铺垫。在“撬重物的窍门”一课伊始，教师将生活中的跷跷板带进课堂，引导学生说一说玩跷跷板时的一些感受，唤醒学生的已有经验。然后请两名学生玩一玩跷跷板，在玩的过程中观察跷跷板的结构、运动形式，从而引出杠杆的模型。最后再次请一名学生跟老师玩跷跷板，并提出问题：学生真的没有办法撬动老师吗？质量小的学生怎样才能撬动质量大的老师呢？

（二）引导猜想，提出科学观点

培养学生推理论证的能力，首要任务是要培养学生提出观点的能力。在科学探究活动中，可以基于提出的核心问题，借助“作出猜想”的环节发展学生提出观点的能力。此时教师不仅要创设一个开放的环境，更要引导学生进行合理的猜想。教学中，面对“质量小的学生怎样才能撬动质量大的老师”这个问题，教师鼓励学生大胆猜想，如“学生手捧重物，增加自身的质量”“学生坐的位置离支点更远一些”等。这些猜想是学生提出的观点，为了验证提出的观点是否正确，学生便有了设计实验进行推理论证的需求，进而为科学探究活动指明方向。

三、发展获取证据的能力

通过科学探究活动收集信息、获取证据的过程如图2所示。教学中，可以结合四种简单机械在生活中的应用实例，在认识它们的结构和功能之后构建简单机械的模型，并围绕提出的观点设计清晰、可操作的探究方案。以小组为单位合理分工，人人参与探究过程。活动中要创设有思维结构的记录单，以收集探究活动中的现象和数据等信息，为后续的推理论证作好铺垫。

（一）为获取证据搭建支架

1. 构建机械模型，建立探究平台

杠杆、滑轮、轮轴等都是机械模型。在进行科学探究活动之前，教师需要帮助学生认识并描述这些机械的结构和功能，设计出机械模型，再围绕机械模型进行科学探究。以“轮轴”为例，教学中可以提供螺丝刀、水龙头和阀门等器物，让学生观察它们转动的部位和方向，并要求学生画出简图，描述它们的结构和转动方向。在学生画出描述三个器物的结构和转动方向的简图之后，教师再引导学生对三幅简图进行比较，找出它们的共同点。最后尝试用一幅简图描述三个器物的结构和转动方向，从而得到轮轴的模型图。此时，教师再出示轮轴的实物模型，学生便能充分理解使用这个模型进行科学探究的合理性了。同时，帮助学生理解用两个大小不一样的圆就可以构建轮轴模型的道理为后续的探究活动搭建平台。

2. 围绕提出的观点，设计清晰的探究方案

探究活动是收集信息、获取证据以验证观点真伪的重要途径。教学中要紧密围绕提出的观点设计探究活动方案。探究活动方案要有明确的指向性，不能为了探究而探究。探究活动方案越清晰，探究活动得到的证据信息才会越可靠。

在探究“平衡尺在什么情况下能够保持平衡”之前，教师从玩跷跷板游戏入手，引发学生围绕“质量小的学生怎样才能撬动质量大的老师”这一问题提出自己的观点，紧接着让学生借助平衡尺来设计探究活动方案。例如，学生设计出用钩码代表学生或老师的方案，用“悬挂点距离支点远近”表示“人坐的距离远近”的方案。

（二）收集系统、全面的证据

以小组为单位进行探究活动时，教师要引导学生进行合理的分工，保证人人参与活动中来。有了明确的分工，才能保障探究活动的有序开展。使用活动记录单可以帮助学生将探究活动中获取的信息呈现出来。有思维结构的记录单不仅可以呈现实验操作中获取的信息，还有整理信息和引导分析的功能，引发学生的积极思维。这种记录单往往伴随着有思维结构的探究方案，可以将获取的证据整理得更系统，更有利于分析、比较、归纳信息，为后续推理论证作好铺垫。在研究“轮轴在什么情况下更省力”的活动中，教师根据学生设计的活动方案，提供了轮轴模型材料，教师在学生不知情的情况下为每个小组提供了不同的轮轴模型（轴的大小相同，有些小组的轮大一些，有些小组的轮小一些）。每个小组中使用教师提供的材料进行实验操作，借助记录单分别记下轮轴平衡状态下轴和轮上的钩码数量。在全班交流时，学生发现小组间实验数据不一样，教师及时引导学生寻找原因。此时教师再要求小组间互换轮轴模型，并在活动记录单的右侧增加“改后轮上挂钩码的数量”一栏（见表1）。这样的记录单不仅能将实验中的信息完整地记录下来，还能引发学生进行比较分析，从而发现科学规律。

四、提升证明观点的能力

（一）分析处理信息

加强分析处理信息能力的培养是提升学生证明观点能力的重要途径之一。实验探究后获取的证据信息往往是碎片化的，或者不能直接指向学生提出的观点。因此，要留给学生一定的时间对信息进行分析处理，并给予具体的方法指导。要让小组内的交流讨论不流于形式，教师应提供分析处理信息的“支架”（见表2）。学生围绕这个“支架”进行分析处理，不仅可以使小组内收集到的信息条理化，而且可以使收集的信息直指小组提出的观点，有利于学生提升证明观点的能力。

（二）逻辑推理观点

归纳推理是从特殊到一般的过程，有利于发现规律、建构概念。在探究“平衡尺在什么情况下能够保持平衡”的过程中，教师首先提出挑战性任务：“在支点左边10 cm处挂2个钩码，在右边哪个位置、挂几个钩码才能平衡？如果在支点左边10 cm处挂3个钩码呢？”然后，学生进行实验探究，将能够让平衡尺保持平衡的挂法记录下来，并且结合记录的实验数据，借助“支架”对信息进行分析处理。虽然在小学阶段不要求学生归纳杠杆原理的数学模型，但通过对收集的信息进行归纳总结，学生往往自己就能得到杠杆平衡的规律。

演绎推理是从一般到特殊的过程。当学生归纳出科学规律或概念之后，可以借助实验对科学规律或概念实施验证，加深理解。在学生已经发现杠杆平衡的规律之后，教师还可以借助学生的发现提出一个挑战性的问题：“如果在平衡尺支点左边15 cm处挂两个钩码，那支点右边该怎样挂钩码才能使平衡尺平衡呢？此时学生借助探究活动中发现的规律画出自己认为可以保持平衡的挂法，并说明如此挂法的理由，最后再用实际操作去验证提出的挂法是否可行。在这个过程中，学生通过验证活动再次检验了探究活动中发现的规律，对杠杆平衡规律的理解也就更加深刻。

五、完善合理质疑的能力

当下科学课堂中的推理论证活动往往以师生间简单的问答互动形式呈现，这种单一的问答形式使学生失去了质疑他人观点的热情，对他人提出的证据和推理也漠不关心，只对教师给出的权威性的结论感兴趣。在教学中教师要尽可能地让每个学生在小组中进行充分的表达，并在大组交流的过程中反思评价，以发展学生的批判性思维能力。学生通过展示收集到的证据、展示逻辑推理的过程，使自己的观点能够被同伴所接受。通过对不同观点的质疑和补充，完善学生合理质疑的能力。

能够质疑他人的观点是推理论证水平高的一种表现，然而教学中往往会出现学生不支持他人的观点却说不清理由的情况。导致这种情况的出现主要有两个原因，其一是学生对他人的观点不够理解，其二是学生缺乏质疑表达方式的训练。为此，可以采用“质疑+证据”的表达方式，即当你不支持同伴的观点时，要同时提出自己的证据，如“我不同意你们小组的观点，因为……”“我对你们小组的观点进行补充，因为……”，等等。此外，当学生不能自主开展质疑时，教师适时地提出反例质疑反驳学生基于证据形成的主张，往往会使得学生的思维进一步被打开，从而开始自发地寻找反例进一步质疑主张，持续修订主张。这就需要教师课前准备一些可信度较强的反例，让学生在肯定反例真实存在的同时对原有的观点提出质疑反思，寻找更多的证据修订观点，从而完善学生合理质疑的能力。

总的来说，依托科学探究的几个要素，在活动中围绕“提出观点、获取证据、推理证明观点和合理质疑”四个关键能力进行教学设计，可以使学生的推理论证能力得到持续的发展。通过引导学生根据生活现象提出可探究的问题，以帮助学生养成良好的问题意识；鼓励学生展开有依据的推理，提出合理观点，再通过探究活动收集信息、获取可以证明观点的证据，以便强化严谨的证据意识。通过分析处理证据信息，再运用多种科学思维方法论证观点，以发展学生的论证能力。最后再与同伴交流，合理质疑并完善观点，从而得出科学结论。当然，为了有效培养学生的推理论证能力，教学中还需要持续不断地付出努力，设计丰富多彩的教学活动。