基于歸納思維的小學科學概念建構教學策略

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）提出“圍繞核心概念進行教學”的要求，提煉13個核心概念和4個跨學科概念，形成一個整體架構。學生在學習科學學科核心概念的過程中，可以借助有效的學習策略，提升學生的核心素養。為了幫助學生掌握核心概念，新課標在每個核心概念下根據學段下設不同的下位概念及學習內容。科學課程正是通過幫助學生完成一個又一個下位概念的建構，進而學習與建構核心概念，從而達到培養科學核心素養的課程目標。

科學課程培養的核心素養，主要是科學觀念、科學思維、探究實踐及態度責任。其中，科學思維是指從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。歸納思維與科學思維中的推理論證聯系緊密，學生在科學探究中經常用到歸納與演繹的思維方法。在科學思維的學段目標中，有許多需要基于歸納思維的發展目標，例如，分析并表達要素之間的關系，找到它們之間重要的、共同的特征；理解歸納推理和演繹推理的基本方法，抽象概括出常見事物的本質特征等。歸納思維作為科學思維中比較、分析、分類、抽象等思維方法中更加上位的一種，與科學概念的建構有著更加緊密的關系，對概念的建構具有重要作用。

在概念建構的過程中，科學思維作為科學課程最本質的特征、最重要的核心素養，既是概念建構的手段之一，又是概念建構的目的之一。學生利用各種科學思維能力，基于證據與邏輯進行推理論證，自主建構科學概念。同時，在利用科學思維進行概念建構的過程中，科學思維在一次又一次的探究實踐中得以應用，進而鍛煉得越來越嚴謹，從而促進科學核心素養的提升。

在新課標中，歸納是學生運用科學思維進行推理論證的一種思維方法。歸納可分為完全歸納法和不完全歸納法。完全歸納法是對某類對象的全體進行觀察和研究，從而對該類對象下一般性結論的方法。不完全歸納法又稱簡單枚舉歸納法，是通過觀察和研究，發現某類事物中固有的某種屬性，并且不斷重復而沒遇到相反的事例，從而判斷出所有該類對象都有這一屬性的推理方法。如果從概念建構的視角看待歸納思維，我們會發現其實科學、嚴謹的概念建構是無法離開歸納思維的。概念建構強調的嚴謹性、普適性、系統性，都需要歸納思維來驗證。

在概念建構的視角下，學生應具備的歸納思維能力不僅包括能夠正確地使用歸納這種思維方法來進行概念建構，還包括在概念建構前具有利用歸納這種思維方法的意識，以及在概念建構后具有不斷補充、修正和演繹的意識與能力。在蘇教版科學三年級上冊“固體和液體”單元中，學生需要依據證據，運用比較、推理等方法歸納固體、液體的共同特征。本文就此論述如何運用歸納思維方法進行概念構建的教學策略。

一、厘清歸納思維方法，分析概念建構所需

上文提到，歸納可分為完全歸納法和不完全歸納法，這是從歸納個體的角度來對歸納進行分類的。在小學科學教學中，大多數探究活動中所運用的歸納都屬于不完全歸納法，學生不可能在課堂這個有限的時空內研究完概念內的全部個體，從而得出一般性結論。在更多的情況下，學生是在教師創設好的情境中，利用教師準備好的材料進行科學探究活動。為了更好地培養學生的歸納思維能力，教師可以從另一個視角對歸納思維方法進行分類。英國哲學家約翰·穆勒曾在《邏輯學體系》一書中提出關于確定現象因果聯系的五種歸納方法，即求同法、求異法、求同求異并用法、共變法、剩余法，也稱“穆勒五法”。每一個科學概念、原理、定律都是對一類具象化證據的描述和歸納。“穆勒五法”指出，從具象化證據出發，使用科學歸納法建立概念需要有充分的事實依據，方能促進學生發現規律，將概念水平有效提升至可信任水平。在小學科學課程中，有一類概念建構是關于事物共同特征的概念建構，這通常需要用到歸納方法中的“求同法”，簡單來說就是觀察、比較、分析、歸納某類事物中不同個體之間的共同特征。比如，固體的共同特征、昆蟲的共同特征、生物的共同特征等。還有一類概念建構是關于事物影響因素的概念建構，這通常需要用到歸納方法中的“共變法”，即在其他條件不變的情況下，如果某一現象發生變化，另一現象也隨之發生相應變化，那么前一現象就是后一現象的原因。學生經常進行的對比實驗就是建立在“共變法”的歸納思維方法基礎上的。

在蘇教版科學三年級上冊“固體和液體”單元中，學生需要依據證據，運用比較、推理等方法歸納固體及液體的共同特征。很顯然，絕大多數教師會遵循“穆勒五法”中的“求同法”的邏輯，按照教材上的編排順序來依次執教“認識固體”與“認識液體”兩課。在課堂上，學生會從不同維度觀察若干種固體，并在教師的引導下通過比較、分析歸納出固體的共同特征。建構液體的概念也是一樣的。這樣的教學思路是可以的，但在實際實施的過程中，課堂可能會遇到兩種困境：一是學生可能很難主動意識到并歸納出“固體有確定的形狀”的概念；二是學生所歸納出來的共同特征要么“太多”，要么“太少”，很難精準地落在是否有確定的形狀、體積和質量上。

面對以上困境，教師可以創造性地使用教材，用一課時來讓學生觀察若干種固體與液體，通過觀察、比較、分析，分別歸納出固體和液體的共同特征。看上去學生在一節課中接觸的材料、建構的概念變多了，但是在固體與液體的概念建構背后有許多共通之處，他們通過觀察、比較、分析，反而更容易歸納出固體和液體的共同特征。在這種教學思路下，學生所需要運用的歸納思維方法從“穆勒五法”中的“求同法”轉變成“求同求異并用法”。這樣設計教學的優勢有以下三點：一是材料種類的增加可以促使學生從多個維度進行觀察。小學科學課堂上的探究是倡導開放的，如果教師的最終目的是讓學生歸納固體、液體的共同特征，那么，學生不僅會失去觀察固體、液體更多維度特征的機會，還會失去體驗像科學家一樣真實地進行歸納過程的機會。所以，教師可以在適當的、可探究的范圍內，讓學生盡可能多地提出觀察的維度，如顏色、透明度、氣味、味道、硬度、形狀、體積、質量等。學生從不同維度對不同材料進行觀察時，必定會獲得大量的、有效的證據。學生會發現：根據有的證據，無法歸納出固體或液體在某方面的共同特征，而根據另一些證據，則可以歸納出固體或液體在某方面的共同特征。學生需要對證據進行比較、分析，從而有效地判斷與歸納，這才是更加貼近真實的歸納過程，對學生的歸納思維能力也是一次鍛煉與提升。二是通過與液體的對比，學生可以感受并意識到“固體有確定的形狀”這個共同特征。有教學經驗的教師會發現，當教師單獨執教“認識固體”一課時，即使學生在低年級已經認識到水或空氣沒有確定的形狀，但在本課也很難主動意識到并歸納出“固體有確定的形狀”的概念。究其原因，主要是教師在課堂上設置的材料指向性不明確，從“木塊”“海綿”“鐵塊”“玻璃球”到建構“固體有確定的形狀”的概念，需要教師巧妙地搭橋。解決這個問題最好的方法就是引入液體材料，讓學生通過對液體的觀察，發現“液體的形狀會隨容器的形狀改變而改變”，從而主動地感受到、意識到并歸納出“液體沒有確定的形狀而固體有確定的形狀”這個概念。三是巧設沖突，讓學生關注“固體與液體都有確定的體積與質量”。學生雖然在生活中接觸到的各種固體和液體都有確定的體積、質量，也有類似的潛意識與經驗，但是很難在課堂上將其共同特征精準地歸納到確定的體積與質量上。教師可以通過引入液體，給學生搭座“橋”，從而讓學生關注到“固體與液體都有確定的體積與質量”這個概念。例如，學生很容易在觀察前提出“固體的質量（其實是密度）比液體的質量大”這個錯誤概念，教師可以提供稍大體積的固體材料與稍小體積的液體材料，讓學生觀察并收集相應的證據。但在分析數據時，教師要引導學生思考：剛才用于稱量物體質量并進行比較的方法真的科學嗎？從而讓學生關注到比較質量的前提是體積相同，意識到“相同體積下，固體的質量比液體的質量大”的概念是錯誤的。這時，學生可能會認為固體與液體在體積與質量方面沒有共同特征。因此，教師在糾正學生的錯誤概念之后，要再讓學生關注每一種固體材料或液體材料在剛才稱量、比較的過程中體積與質量是幾乎不變的，從而意識到“固體與液體都有確定的體積與質量”。

二、精選結構化觀察材料，提升歸納活動效率

學生在利用歸納思維建構概念的過程中，觀察某類事物中的不同個體是非常關鍵的環節。在學生觀察之前，教師必須為學生精心挑選結構化的材料，學生才能夠觀察到有效的證據，為其進行比較、分析并歸納出相關概念提供依據。就“歸納固體、液體的共同特征”這個活動來看，教師在精選觀察材料時要把握以下幾個原則：一是材料的科學性。學生觀察的材料，必須是其概念建構下的不同個體。比如：固體可以選擇各種金屬塊、木塊、玻璃球、塑料球等；液體可以選擇水、植物油、牛奶、白醋、蜂蜜等。這些材料在科學上毫無疑問屬于固體或液體，而且在學生的生活經驗中也已經形成正確的概念。學生通過觀察這些固體或液體，歸納的共同特征就能夠更有效地作為證據來支撐概念的建構。二是材料的典型性。這里的典型性不僅是指學生觀察的材料是典型的固體或液體，而且是指材料在學生觀察的維度中具有典型的特征。在“歸納固體、液體的共同特征”活動中，學生很可能會從顏色、透明度、氣味、味道、硬度、形狀、體積、質量等不同的維度進行觀察，教師準備的材料要有典型的特征，保證學生不會對某個個體的某個特征產生爭議，這樣學生的歸納活動才能更加高效且可信。三是材料的聚焦性與多樣性。“聚焦性”與“多樣性”。

表現出當下科學課堂上的一種矛盾。教師與學生都希望課堂上的科學探究可以開放一些，材料多一些，歸納出來的概念才能更加充分、可信。但材料越多，課堂越難把控，學生觀察所獲得的證據就越難直接地指向固體或液體的本質特征。這里就需要教師花費心思，提前了解材料的各種特征，精心設計材料的組成。如表1中呈現的一組用于“觀察固體、液體的共同特征”的材料，既可以保證學生觀察到較多種類的固體或液體，也能幫助他們在比較及分析時有指向性地歸納固體或液體在形狀、體積和質量上的特征。教師需要從觀察材料的科學性、典型性、聚焦性與多樣性等角度出發，精選結構化的觀察材料，幫助學生有效地進行比較、分析，從而歸納出概念的共同特征。

表1一組用于“觀察固體、液體的共同特征”材料

三、訓練正確觀察方法，助力科學實驗記錄

學生面對多樣而感性的觀察材料，能否正確地觀察到每個個體的各個特征，決定著接下來的比較、分析、歸納活動能否順利開展。觀察能力是學生在進行探究實踐過程中非常重要的一種能力，對此新課標在學業要求中也多次提到。從低年級的“能利用感官和觀察工具（放大鏡）進行觀察”，到中年級的“能使用簡單的儀器測量物體的長度、體積、溫度、質量等”，再到高年級的“能觀察常見材料的某些性能”，可以看出新課標對學生觀察能力培養要求的螺旋上升與進階。回到“歸納固體、液體的共同特征”活動中，學生此時處于利用感官觀察與利用測量儀器進行測量的過渡期。教師此時不僅要繼續強化學生對于自身感官的正確使用，還要讓學生從更加科學的探究角度出發，意識到可以借助測量儀器進行觀察。就“歸納固體、液體的共同特征”這個活動來看，學生需要在課堂上通過用眼看顏色、透明度與形狀，用鼻子聞氣味，用電子天平稱質量，用量杯或量筒測量體積等方式，歸納不同材料的各種特征。學生可以先分享所需要觀察材料的特征，從而聚焦于相應的觀察手段、方法；其次，借助討論、頭腦風暴、教師演示、觀看微視頻等多種方式進一步學習這些觀察方法；最后，通過對各種材料的實際觀察，親身實踐各種觀察方法，從而達到掌握正確的觀察方法、提升觀察能力的目的，并為接下來的比較、分析、歸納活動作好鋪墊。

四、優化小組活動方式，推動全體學生探究

新課標在課程理念中指出，科學課程要面向全體學生，立足素養發展。許多教師會發現，在課堂上的小組探究活動中，總會有一些“強勢”的學生帶著其他組員一起探究，他們主導著探究的方向與進程，影響著探究實驗最終證據的生成。雖然這些證據可能都是正確的，這種組織方式也可以提高探究的效率，但是它面向的不是全體學生。教師可以采取下面這種教學策略來優化小組活動方式，促進每個學生的探究實踐能力與水平的提升。教師可以將學生分為6人一組，再給每一組提供6種不同的固體或液體材料。學生拿到材料后，每個組員先獨立觀察每種材料的特征并記錄在個人的學習單上。在每個組員都完成觀察后，組員之間相互交流，將討論后相同的證據記錄在小組的學習單上；若組員有分歧，則對該材料的特征重新觀察，達成統一意見后方可記錄在小組的學習單上。這樣的小組活動方式，不僅保證了每個學生有獨立進行探究實踐的機會，還讓每個學生在小組交流、匯總時發言有理有據，更讓全體組員通過比較、研究分歧，聚焦到難以統一的證據上，從而促進有針對性、有深度的探究實踐的開展。

綜上所述，在進行基于歸納思維的小學科學概念建構的教學時，教師可以通過歸納思維方法、精選結構化觀察材料、訓練正確的觀察方法、優化小組活動方式等多種教學策略，幫助學生高效地開展觀察、比較、分析及歸納活動，從而提升歸納思維能力，有效進行概念建構，進而形成更加完整、系統的科學觀念，促進學生核心素養的進一步提升。

【參考文獻】

[1]鄒明灼.歸納在知識建構中的認知作用研究[D].重慶：西南大學，2011.

[2]單道華．從天性好奇到學好科學：以高品質的科學實踐為支點推進“做中學”深度發展[J].中國科技教育，2017（7）.