以情境化試題為引導談學生科學推理能力的教學模式分析

摘 要：受升學壓力影響，當前物理教學通常只關注陳述性知識以及應用型知識講授，過于注重應試下的考試成績，學生在學習過程中很少經歷完整科學推理，忽視對學生科學思維能力的培養.本文以情境化試題為引導在談學生科學推理能力培養的基礎上，提出科學推理能力的六大要素“觀念性問題推理、探究活動式推理、質疑評價式推理、解釋細化式推理、應用方法性推理、科技前沿性推理”，寄希望于為教師在物理教學中對學生科學推理能力的培養提供一些參考.

關鍵詞：情境化;科學推理;教學模式

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，中學高級教師，研究方向：初中物理教學研究.

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

1 問題提出

科學思維是核心素養的重要組成部分，科學推理能力又是科學思維的關鍵部分之一，雖然科學推理能力不會直接與物質觀念相關聯，但是卻為人們認識物質世界提供方法、途徑及手段，科學推理能力為學生認識物質世界架起一座橋梁.在認識物質世界，學習知識與技能方面，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學生科學推理能力，有利于為物理教學指引方向，將教學重點回歸到以學生為中心，加深學生對物理內涵的理解，杜絕題海戰術式畸形教學.

物理概念、規律的教學中普遍需要融入情境并通過科學推理得出，在知識建構過程中滲透科學推理有助于培養學生核心素養，落實物理教學的育人功能.為此，本文以情境化試題為基礎，以情境化試題中陳述性知識為原型，結合平時在日常教學中總結出的科學推理方法，進行培養學生科學推理能力的教學模式分析，為初中生科學推理能力培養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現，現階段關于科學推理能力的研究成果絕大部分來源于美國教育科學研究所與大學，基礎教育階段研究較少.教師將陳述性知識放在特定情境化試題中，讓學生身處情境中，與物理情境互動，主動認識并理解設定的情境化試題，通過科學分析、科學推理等生成新的知識，體會知識的科學建構過程.

對于用情境化試題培養學生科學推理能力教學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推理的核心步驟，學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推理的本質，由此形成一種基于情境化試題的適合初中物理教學的培養學生科學推理能力的教學模式，進而使學生學習知識更系統化、方法更顯性化，培養學生科學推理能力，提升學生核心素養.

3 情境化試題對學生科學推理能力的教學模式分析

情境化試題是指將程序化知識融入生產過程、實際生活及時代發展之中，并以具體材料為背景構成情境，需要學生在統一情境下分析并解決的問題，它是考查學生對物理概念、規律的掌握與理解程度，以及應用物理知識解決實際問題本領的試題.在情境化試題中培養學生科學推理能力，有助于學生理解物理概念、規律、方法及研究過程，強化科學推理能力培養過程，實現對物理知識舉一反三、融會貫通，更有助于學生科學思維的全面發展，提升學生核心素養.

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生科學推理能力的教學模式”應包括以下六大要素：觀念性問題推理、探究活動式推理、質疑評價式推理、解釋細化式推理、應用方法性推理、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的重要組成部分之一，是教師課堂教學最基本的任務，物理學中大多數概念、規律的建立都離不開科學推理過程，需要從科學推理中尋找這些事物的共同特征及本質特點，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設的情境中，學生通過問題引領、推理、評價等方式，提升推理分析能力，助推生成新知識，實現知識科學建構，這就正確回答“為什么學習這節課”“為什么要學習這個概念、規律”“學習一節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，在學習“力”的概念時，學生對力的理解往往是心里清楚卻不會科學表達，這時教師可以設置多個情境化試題場景，如圖3所示，讓學生身處情境進行科學推理，歸納出力的產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觀念性問題.

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

3.2 探究活動式推理

科學探究建立在事實證據與理性思維的基礎上，科學推理能力發展帶給學生不僅僅是程序化知識，更重要的是在培養科學探究能力的基礎上發展學生的理性思維.為此，在探究活動中促進科學推理能力培養的每一步都要有理有據，思路清晰，可以按照“創設情境、提出假設、觀察現象、認知沖突、得出結論”的基本操作流程進行，從而使得探究活動式推理教學順利進行.

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關于“探究阻力對物體運動的影響”探究活動，這是考查學生對牛頓第一定律的理解，如圖4所示是針對學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（創設情境），去掉棉布，重復實驗，觀察小車將怎樣運動（提出假設），可以發現小車在水平面上滑行距離變長（觀察現象），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（得出結論），即小車做勻速直線運動.

設計意圖：在探究活動中培養學生科學推理能力需要教師在平時的科學探究中就不斷滲透，在探究活動中教師要善于回答學生的問題，不斷發現學生原有錯誤認知以及科學推理過程中出現的困難，為學生指引鋪路，進而在培養科學探究能力基礎上發展學生理性思維.

3.3 質疑評價式推理

質疑評價式推理是培養學生科學推理能力的一種有效方法，在物理教學中不僅要重視對物理問題的質疑，而且更重要的是對質疑問題進行科學評價，既要對觀念性知識評價，又要對探究過程進行評價，在質疑評價過程中進行科學推理，這里的科學推理過程需要立足于科學證據、科學原理，即證據、原理、結論.

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生向下的摩擦力.為了進一步鞏固學生對摩擦力概念的理解，以及摩擦力在生活與社會中的應用，教師可以通過實驗“團結就是力量”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，

按照“5+5”人數進行拔河比賽，居然不能將兩本物理書拉開，由此讓學生體驗到兩本物理書產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（對生活中物理現象進行質疑并評價）.

摩擦力在生活中有需要增大的地方，也有需要減小的地方（在質疑評價基礎上進行科學推理），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，會出現打橫現象，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，需要繼續旋轉鉆頭，鉆頭就會很快拔出，同樣因為鉆頭轉動時沿鉆頭方向摩擦力很小.

設計意圖：在質疑評價基礎上進行科學推理能力培養，是培養學生科學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，可實現對抽象思維的逐步培養，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，再結合所學摩擦力知識，回到生活之中，通過科學推理，實現摩擦力概念建構.

3.4 解釋細化式推理

解釋細化式推理是對學習的基本概念、基本規律進行再歸納，找出不同概念、規律之間的異同點，同時更是對所學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，應關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，這時學生往往對公式選擇產生混亂而不知所措，導致部分電熱計算復雜且計算錯誤，這時教師可以借助串聯電路與并聯電路特點向學生解釋細化，如串聯電路由于電流相等，可以采用Q=I2Rt計算電熱，并聯電路由于電壓相等，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，利用電磁繼電器設計模擬汽車后風擋玻璃加熱電路，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新.

設計意圖：在初中物理教學過程中，情境化幾乎貫穿教學的始終，沒有情境化支撐物理教學，學生學習只能死記硬背物理概念本身及規律，不會應用，更不利于創新能力的培養，但是物理教學也不能僅停留在概念、規律上，需要對知識進一步解釋細化并進行科學推理，這里的解釋細化式推理是指一種學習程度對另一種學習結果的影響，或者學習獲得的經驗對完成其它學習活動的影響，通過科學推理，在實現物理現象建構的基礎上再向前邁出一步.

3.5 應用方法性推理

學習知識是為了應用，應用是檢驗學生學習效果的有效方法，這里的應用不僅指知識與技能的應用，更重要的是方法的應用，運用科學方法解決問題是實現科學推理，進而培養科學思維，提升核心素養的重要途徑之一.綜合實踐活動是應用方法性的典型案例之一，更是培養學生科學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，綜合實踐活動是應用方法性的典型案例之一，更是培養學生科學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）設計一個可自動控制溫度的裝置，最大特點是將電路設計（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，學生在進行電路設計過程中發現問題，積極主動地認識與理解電路設計情境，通過科學分析，科學推理，生成新問題、新見解、新思路并對電路進行改進，最終實現科學推理下知識建構.

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

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推理過程，在物理教學中，教師將所學知識融入科技前沿性成果之中，有助于讓學生經歷科技成果的發展過程，將質疑、思辨、科學推理過程呈現在學生面前，讓學生學會在科技前沿成果中推理，在推理中總結歸納，這將進一步推動科學推理，培養學生科學思維，提升核心素養.

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

設計意圖：物理教學的目的是將物理知識應用于生活、社會之中，因此，關注科技前沿性推理是物理教學的重要版塊之一，一方面有助于了解學生學習效果，另一方面可以幫助教師了解學生在課堂內外學習效果及教學不足之處，為今后教學指引方向.

4 結束語

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

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（收稿日期：2021-08-14）