全息交互協作學習終端助力科學推理

路虹劍 王澎

摘要科學推理是在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法。在科學探究過程中，學生對數據進行深入分析，提取數據中蘊含的有用信息，形成結論。這是一種重要的探究技能，我們應當重視培養學生分析和解釋數據的能力。全息交互協作學習終端以三維立體優勢創設虛擬仿真探究情境，培養學生的證據意識，培養學生的邏輯思維，培養學生的分析能力，對學生科學思維有推動促進的作用。

關鍵詞 科學推理 科學思維 獲取證據

中圖分類號：G424文獻標識碼：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

科學推理是在實驗基礎上經過概括、抽象、推理得出規律的一種研究問題的方法。科學推理形成并運用于科學認識活動，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，在思維中再現客觀事物的本質，并真實反映客觀事物的運動規律。在科學活動中，科學推理必須嚴格合乎邏輯。

全息交互協作學習終端以三維立體優勢創設虛擬仿真探究情境，對學生科學思維有推動促進的作用。同時激發學生學習科學的興趣和積極性，使學生積極參與聯想、推理等學習活動，促進學生的科學思維向深度發展，提升學生的解決問題的能力，落實學生的核心素養發展。

培養學生的證據意識

科學推理要講究實證，運用證據來發展和修正科學解釋。證據可以是實驗中獲得的數據，也可以是自然現象、生活經驗，還可以是科學事實、科學史。學生作出推理時，教師要引導他們依據已有的知識或經驗進行符合邏輯的推斷，并說出猜測的理由，強化他們的證據意識。

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

本課中學生根據古生物的生活環境，推測古生物各部分身體結構的特征，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？全息交互協作終端解決了這個難題，利用它的交互性和虛擬性，讓學生在虛擬的環境中充分展開想象，使學生獲取證據，為后面的推理提供了依據。

學生仔細觀察化石中的生物的身體結構，會發現：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……學生通過這些信息猜測化石中的生物可能是鳥，要想進一步證明推測，需要尋找更充分的證據。

這時教師引導學生分析現實中鳥的身體結構，進而推測古鳥的身體結構。我們假想古鳥生活在森林環境中，就要綜合分析森林環境中鳥的喙、胸骨、翅、足、爪的特點，分析時就可以參考iPad中呈現的現實中鳥的各部分結構，從而初步推測假想的古鳥的樣子。

接下來學生利用全息設備對初步推測的古鳥的樣子進行驗證。一臺全息交互協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，點擊全息交互協作學習終端上的古鳥的結構按鈕進行選擇。有的組學生選擇的古鳥頭部有個尖的喙、胸骨是鼓起的，翅上有爪、長有纖細輕盈的足、爪是無蹼的。有的組學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。學生根據分析，利用全息交互協作學習終端構建了一個假想的古鳥的樣子。這是學生借助全息交互協作學習終端獲取證據進行推理的第一步。

學生提出問題：“推想出的古鳥是否能在環境中獲取食物和躲避天敵呢？”這時全息交互協作學習終端的屏幕上以動畫的形式呈現四個小組假想的古鳥在環境中是否能生存，結果有的小組的古鳥能生存，有的小組的古鳥被天敵吃了。學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作學習終端對模擬場景中的古鳥進行分析，發現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。于是學生修正之前的假想，認為古鳥的翅膀上應該有爪子。這是學生借助全息交互協作學習終端獲取證據進行推理的第二步。

接下來，學生運用上述方法，根據全息交互協作學習終端上呈現對古鳥身體結構的假想結果和在環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構的分析。

全息交互終端以它的交互性，使學生沉浸在虛擬的古生物環境中，引導學生運用已有的知識和已掌握的資料推測未知的知識，培養和發展學生的科學推理能力。

培養學生的邏輯思維

邏輯是指思維的規律，思維的邏輯性就是指思維過程有一定形式、方法，是按照一定規律進行的。推理是一個能動地反映客觀現實的理性認識過程，邏輯是推理的重要特征。在學生的認知過程中，要遵循邏輯規律來引導學生推理，依據事物或現象的發展規律，用已經發生的事實交叉印證，經過大腦復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。在引導學生推理的過程中，如何幫助他們結合環境分析古鳥的身體結構呢？教師以始祖馬的例子引導學生學習推理的方法。始祖馬生活在森林環境中，學生推測它的身形可能不是太高大，以嫩葉為食。隨著環境的變化，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？學生推測：草原環境中，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，所以身形就應該變得高大，腿變得更長，蹄子也會更適合奔跑。學生通過始祖馬的例子，認識到生物的身體結構要適應不斷變化的生活環境，并類比推理古鳥的環境與身體結構的關系。

本課中，學生首先觀察化石圖片，認為古鳥的胸骨是扁平的。為了驗證學生的推測是否準確，教師引導學生繼續觀察圖片上古鳥的爪，發現古鳥的爪大而尖，能夠抓住樹干，判斷古鳥可能生活在森林中。再結合iPad上的資源，發現森林中的現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識。學生通過此方法推理出古鳥身體各部分結構特征，并利用全息交互協作學習終端將假想的古鳥的形態以360度立體結構展現在面前。學生細心觀察，描述解釋說明，給出例證，建立聯系，最終展現學生假想古鳥在他們推測的環境中是否能獲取食物、是否能躲避天敵，助力學生思維發展，驗證假想結果。為進一步洞察教學推理內涵，有必要對其特征進行解析，從而使學生逐步理解環境與生物結構的關系，生物的結構要適應不斷變化的環境，同時促進學生邏輯、思維、空間建構等素養發展。

培養學生的分析能力

課程標準明確指出，科學探究需要圍繞已提出和聚焦的問題設計研究方案，通過收集和分析信息獲取證據，經過推理得出結論，并通過有效表達與他人交流自己的探究結果和觀點，能運用科學探究方法解決比較簡單的日常生活問題。

本課中學生借助證據對古鳥的身體結構分析如下：

第一組學生主要分析古鳥喙的特點：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，再結合iPad中森林環境中現代鳥的照片和視頻，把現代鳥的喙與古鳥喙的結構相比對。我們還在全息交互協作學習終端上看到古鳥用尖的喙捕食，進一步判斷古鳥的喙應該是尖的，以此幫助古鳥在森林中生活。

第二組學生主要分析古鳥腿的特點：我們小組首先從化石圖片上觀察古鳥的爪是無蹼的，根據這個特點我們推斷古鳥可能生活在森林中：其次我們在全息交互協作學習終端上看到古鳥飛行不是很好，進一步判斷古鳥的腿纖細輕盈，這樣才能使身體輕盈利于古鳥在森林中生活。

由上可知，在科學探究過程中，學生對數據進行深入分析，提取數據中蘊含的有用信息，形成結論。這是一種重要的探究技能，可以說分析和解釋數據的能力是兒童重要的科學素養，我們應當重視培養學生分析和解釋數據的能力。