小學(xué)科學(xué)類比推理教學(xué)策略

思維型教學(xué)理論下的課堂教學(xué)，強(qiáng)調(diào)動機(jī)激發(fā)、認(rèn)知沖突、自主構(gòu)建、自我監(jiān)控、應(yīng)用遷移等原理，其教學(xué)的核心是思維。科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，類比屬于科學(xué)思維范疇，是推理論證中科學(xué)推理的一種方法，要求基于事物之間的功能相似性進(jìn)行類比，善于用類比的方法認(rèn)識事物的特征。

類比推理是根據(jù)兩個或兩類對象在某些屬性上相同或相似，推斷出它們在另外的屬性上也相同或相似的一種原理，從一個特殊的判斷得到一個特殊的判斷，屬于或然性推理，其結(jié)論具有可錯性，因此還需要進(jìn)一步實驗證實。類比推理、歸納推理、演繹推理是重要的邏輯思維方法，在科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力，是科學(xué)教育的重要目標(biāo)之一。

一、天體自然現(xiàn)象的類比推理教學(xué)

小學(xué)科學(xué)課程中涉及的天體有地球、月球、太陽等，學(xué)習(xí)天體的科學(xué)概念的途徑有查閱資料、制作手抄報、觀看紀(jì)錄片、建構(gòu)模型、模擬實驗等。其中，模擬實驗的邏輯基礎(chǔ)是類比推理。由于地球、月球、太陽等天體不易觀察，考慮到學(xué)生以形象思維為主，需要借助實驗探究理解自然現(xiàn)象與規(guī)律，因此教師通常采用模擬實驗將抽象的天體科學(xué)概念具象化。

例如，教學(xué)“月球”相關(guān)內(nèi)容時，教師提問：月球的環(huán)形山是怎么形成的？并告訴學(xué)生，目前公認(rèn)的兩種假說，分別是隕石撞擊假說、火山噴發(fā)假說。課堂教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模擬實驗的方法，為“月球上的環(huán)形山是由隕石撞擊形成的”這一假說提供證據(jù)，具體教學(xué)過程如下。

1.情境導(dǎo)入

教師創(chuàng)設(shè)情境：“太空傳來的月球地貌視頻，呈現(xiàn)了月陸、月海、環(huán)形山等。環(huán)形山的形態(tài)各種各樣，有大環(huán)套小環(huán)的，有中間出現(xiàn)中央峰的，有中間凹陷很深的。請同學(xué)們思考：月球的環(huán)形山是怎么形成的？”教師通過情境導(dǎo)入，啟迪學(xué)生的思維，激發(fā)他們探究的動機(jī)，確定類比推理的本象為月球的環(huán)形山。

2.聚焦問題

教師引導(dǎo)學(xué)生分析地球上環(huán)形山的形成原因可能是火山噴發(fā)，如長白山天池，其形狀就像月球環(huán)形山的形狀；可能是隕石撞擊形成的，如加拿大曼尼古根隕石坑，其形狀也與月球環(huán)形山的形狀相似，該隕石坑是小行星撞擊地球形成的大洞。那么，月球的環(huán)形山究竟是怎么形成的呢？教師讓各組選擇其中一種情況進(jìn)行研究，起初擬定類象為地球上的隕石坑，考慮課堂實驗的可行性，最終將類象定為地球上的沙坑。

3.類比推理

其中，選擇隕石撞擊假說的小組，要先尋求本象與類象的相似屬性，即環(huán)形山與沙坑外圈特征的相似點(diǎn)。開展模擬實驗就是類比推理的過程，教師引導(dǎo)學(xué)生用石頭、沙坑外圈分別模擬隕石、環(huán)形山；石頭砸向沙坑的行為類比隕石撞擊月球表面，隕石撞擊假說是類比結(jié)果。

開展模擬實驗，教師鼓勵學(xué)生嘗試從不同的角度、不同的力度分別將各種小石頭砸向沙堆，從而形成不同形態(tài)的沙坑，將其外圈類比為隕石撞擊月球表面形成的環(huán)形山。學(xué)生科學(xué)記錄實驗現(xiàn)象，準(zhǔn)確記錄沙坑的形狀以及小石頭的位置，可視化類比推理的思維過程。

用石頭砸向沙堆導(dǎo)致的不同結(jié)果，類比月球上形成的不同形態(tài)的環(huán)形山，學(xué)生多次自主獲取證據(jù)，以支持隕石撞擊假說。用大石頭砸向沙堆形成大的沙坑，將其外圈類比月球上大的環(huán)形山，第一次獲取證據(jù)；用小石頭繼續(xù)砸向大沙坑，使得大沙坑里有小沙坑，將其外圈類比為月球上大環(huán)套小環(huán)的環(huán)形山，第二次獲取證據(jù)；將小石頭用力砸向沙堆形成很深的沙坑，類比月球上凹陷深的環(huán)形山，第三次獲取證據(jù)；用小石頭砸向沙坑，小石頭陷在沙坑里，使得沙坑中有石頭凸起，將其外圈類比為月球上有中央峰的環(huán)形山，第四次獲取證據(jù)。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生對照月球上環(huán)形山的真實圖片，發(fā)現(xiàn)環(huán)形山的形態(tài)確實有以上幾種情況，這為隕石撞擊假說提供了證據(jù)支撐。最后，小組內(nèi)完成模擬實驗證據(jù)的記錄，組內(nèi)交流、組間互評，達(dá)成證據(jù)支撐的共識。

4.應(yīng)用遷移

教師引導(dǎo)學(xué)生將本課學(xué)習(xí)的思維方法以及證據(jù)應(yīng)用到新的情境中：遼寧岫巖縣蘇子溝鎮(zhèn)古龍村的地貌是一個環(huán)形的大坑，它是怎么形成的？學(xué)生根據(jù)類比推理的方法確定本象為古龍村的環(huán)形大坑地貌，類象為沙坑，結(jié)合上述月球環(huán)形山的模擬實驗中不同形態(tài)沙坑的形成，對比古龍村的環(huán)形大坑，確定合適的類象，即大且深的環(huán)形沙坑。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生開展模擬實驗，用石頭砸向沙堆形成環(huán)形沙坑，類比隕石撞擊地球形成古龍村的環(huán)形大坑地貌。

本課通過模擬實驗將類比推理的思維過程可視化，以環(huán)形山、沙坑外圈的相似屬性為前提，用石頭砸向沙坑的行為類比隕石撞擊月球表面。雖然隕石撞擊假說還需更多的證據(jù)支撐，但是這個過程能有效培養(yǎng)學(xué)生類比推理的邏輯思維能力。

二、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的類比推理教學(xué)

在小學(xué)科學(xué)課堂中，人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易被直接觀察，因此人體的器官如何工作對學(xué)生而言是抽象的、不易理解的。在課堂教學(xué)中教師可采用模擬實驗的方法具象人體呼吸的過程、食道的工作、胃的工作等。基于類比推理教學(xué)模式，根據(jù)材料（類象）與人體器官（本象）的共通性，開展模擬實驗，類比推理得出本象的工作過程。

例如，教師在教學(xué)“人體的呼吸器官”內(nèi)容時，具體的類比推理教學(xué)過程如下。

1.辨別類比結(jié)構(gòu)，確定物體共性

在吸氣、呼氣的過程中，學(xué)生能通過把手放在肋骨上感受胸的變化，而肺、膈肌的變化無法被感知。學(xué)生先認(rèn)識呼吸器官的結(jié)構(gòu)，確定類比的本象，再辨別實驗材料與呼吸器官的共通性，確定類比的類象。

2.借助類比思想，設(shè)計模擬實驗

基于實驗材料與呼吸器官的分析，教師引導(dǎo)學(xué)生在類比的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬：用三通管模擬氣管與支氣管，氣球模擬肺，橡皮膜模擬膈肌，無底塑料容器模擬胸廓。學(xué)生根據(jù)呼吸經(jīng)驗，將向上推橡皮膜，無底塑料容器體和變小類比呼氣時胸廓收縮，反之亦然。學(xué)生設(shè)計模擬實驗，組裝實驗材料，分別向上推、向下拉橡皮膜，觀察與比較向上、向下拉橡皮膜時氣球的變化情況，以圖文并茂的形式真實記錄氣球、橡皮膜、無底塑料容器容積的相應(yīng)變化。

3.運(yùn)用類比推理，建構(gòu)系統(tǒng)模型

學(xué)生根據(jù)模擬實驗的現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論：向上推橡皮膜，容器容積變小，兩個氣球變小；向下拉橡皮膜，容器容積變大，兩個氣球變大。結(jié)合之前的類比思維過程，用向上推橡皮膜類比呼氣和膈肌舒張，容器容積變小類比胸廓收縮，氣球變小類比肺縮小，反之亦然。從而推理出：呼氣時膈肌舒張、胸廓收縮、肺縮小；吸氣時膈肌收縮、胸廓擴(kuò)張、肺擴(kuò)張。由此，學(xué)生分別抽象出膈肌、胸廓、肺的變化，概括三者之間相互變化的關(guān)系，自主建構(gòu)呼吸的系統(tǒng)模型。

以類比推理的思維方法貫穿整個模擬實驗，此處的模擬實驗相當(dāng)于人體呼吸的模型，先抽象人體呼吸的特征，然后辨別呼吸器官與實驗材料的共性，最后具象到模型建構(gòu)中。在模擬實驗中，學(xué)生觀察氣球、橡皮膜、無底塑料容器容積的變化，從而類比推理肺、膈肌、胸廓之間的變化，提升了類比推理能力。

三、結(jié)構(gòu)與功能內(nèi)容的類比推理教學(xué)

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，為了把無形的、抽象的、陌生的事物說得清楚明白，通常用有形的、具體的、熟悉的事物進(jìn)行類比。類比推理是一種重要的科學(xué)解釋方法。如研究電流時，用水流類比電流，具象電流的流動規(guī)律，突破概念理解的難點(diǎn)。

例如，教學(xué)“點(diǎn)亮小燈泡”時，教師引導(dǎo)學(xué)生通過電池、導(dǎo)線、燈泡連接成完整的閉合回路，探索燈泡被點(diǎn)亮的秘密，想象電路中有電流動，具體的類比推理教學(xué)過程如下。

1.形成認(rèn)知沖突

為了點(diǎn)亮小燈泡，教師提供實驗材料：小燈泡1個、電池1節(jié)、導(dǎo)線1根。首先，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察小燈泡由燈絲、金屬架、螺紋、底部、燈泡組成。然后，小組合作實驗，嘗試用電池、導(dǎo)線連接小燈泡，記錄小燈泡點(diǎn)亮?xí)r的電路連接圖。最后，學(xué)生互相交流，產(chǎn)生認(rèn)知沖突：為什么會有不同的連接方式讓小燈泡亮起來呢？

2.開展類比推理

教師以水流類比電流，用水流有方向類比推理電流也有方向，引導(dǎo)學(xué)生分析小燈泡被點(diǎn)亮?xí)r的幾種情況，并借助導(dǎo)線、小燈泡底部、側(cè)面螺紋分別連接電池的正極與負(fù)極，初步概括能使小燈泡點(diǎn)亮的有效結(jié)構(gòu)為小燈泡底部與螺紋，玻璃泡不能使小燈泡亮起來。

教師引導(dǎo)學(xué)生通過將水流類比為電流，畫出上述電路中電流經(jīng)過的路徑，初步總結(jié)小燈泡底部、電池、導(dǎo)線、螺紋形成了閉合回路。接著，教師讓學(xué)生猜測電流是如何經(jīng)過小燈泡的，以其中一種電路圖為例，猜測電流從電池正極出發(fā)到達(dá)小燈泡底部，再經(jīng)過小燈泡內(nèi)部的金屬架與燈絲到達(dá)螺紋，經(jīng)過導(dǎo)線最終到達(dá)電池負(fù)極。繼而作出假設(shè)：電流經(jīng)過小燈泡底部、金屬架、燈絲、螺紋。

3.建構(gòu)概念模型

為驗證上述類比推理的假設(shè)，教師引導(dǎo)學(xué)生拆解小燈泡，觀察小燈泡內(nèi)金屬架尾部的兩端，發(fā)現(xiàn)一端連著燈泡底部，一端連著側(cè)面螺紋，形成兩處連接點(diǎn)；小燈泡的底部、螺紋均為金屬，有導(dǎo)電性，因此電流是從小燈泡的金屬部件經(jīng)過，由一處連接點(diǎn)途徑金屬架、燈絲至另一處連接點(diǎn)，從而證實了假設(shè)。

在點(diǎn)亮小燈泡的過程中，學(xué)生科學(xué)記錄小燈泡被點(diǎn)亮的電路實物圖，由于形成了不同的連接方式，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，啟迪思維；以水流類比電流，初步建模；再對電流經(jīng)過小燈泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作出假設(shè)，第二次建構(gòu)小燈泡通電結(jié)構(gòu)的模型；最后拆解小燈泡，第三次建構(gòu)小燈泡通電結(jié)構(gòu)的模型。學(xué)生通過三次模型建構(gòu)，有效建構(gòu)小燈泡通電的概念模型，解釋了電流通過小燈泡使其亮起來的科學(xué)原理。

結(jié)語

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，運(yùn)用思維型教學(xué)理論培養(yǎng)學(xué)生的類比推理能力，是一種有效而簡潔的訓(xùn)練方法，運(yùn)用好類比推理教學(xué)策略，能使學(xué)生的邏輯思維能力得到培養(yǎng)，使科學(xué)核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中得到落實，切實服務(wù)拔尖創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)。

（作者單位：北京市朝陽外國語學(xué)校）

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