利用模拟实验 培养“类推”能力

潘伟锋

类比推理是科学研究中常用的方法之一。它是以关于两个事物某些属性相同的判断为前提，推出两个事物的其他属性相同的结论的推理。类比推理具有或然性，它是一种从特殊到特殊的推理，整个推理过程并不十分严密。这一特点使得人们能够进行广泛的联想，从而达到触类旁通、启迪思维的作用。因此在认识客观事物，在探索新的事物发展规律，建立事物之间联系的过程中，类比推理发挥着极其重要的作用，它的创造性是归纳、演绎等逻辑思维方法无法比拟的。

作为一种间接的实验方法，模拟实验是根据研究对象的本质特性，建立或选择一种与对象客体相似的模型，在模型上进行实验研究，然后将研究的结果推广到对象客体中去，从而达到解释对象、认识对象的目的。由此可见，模拟实验就其推理形式来说，就是一种类比推理。

小学科学课的教学以观察实验为基础，模拟实验在小学科学教材中占有相当大的比重，特别是进入中高年级以后，模拟实验数量明显增加。如五年级《做个生态瓶》《地球内部运动引起的地形变化》《岩石会改变摸样吗》《雨水对土地的侵蚀》等课，甚至像《地球运动》《宇宙》整个单元的实验都属于模拟实验。这是因为一方面这一类主题的内容属于宏观世界范畴，难以进行直接的观察；另一方面对于小学阶段的学生来说，空间想象能力不强，特别是针对涉及运动的内容，就更不知如何入手了。因此，教材安排了较多的模拟实验，通过模拟实验的直观手段帮助学生学习。

所以，有效构建模拟实验，突显模拟实验内涵，将有助于实现培养、提高学生类比思维能力的目的。

一、构建模拟实验，培养类推能力四途径

1.合理猜想，分析原型

猜想是科学探究中的一个重要环节。只有对科学问题的有效猜想，才会激发学生解决问题的兴趣，启迪学生的创造思维，从而发现问题、解决问题。科学家也是通过“提出问题—分析问题—做出猜想—检验证明”来开拓新领域、创立新理论的。

【片断1】《雨水对土地的侵蚀》教学片断

师：那么下雨的时候，土地是否发生跟我们想到的这样的变化呢？这节课，我们就一起来研究这个科学问题。在研究这个问题之前，我们先来做个模拟实验。

师：老师给你们准备的材料是这样的，上面拌着一块这样的泥土。你们说，这样可以模拟什么呢？

生：可以模拟山坡上的土地，山坡上的土地是凹凸不平的。

师：盒子的旁边还放着一个水槽，水槽里面装着一些水，我们今天可以用这些水模拟什么呢？

生：把它泼到土壤上，就像下雨一样。

师：将水泼过去就像下雨一样，是吧？那么，我们在做这个实验前首先来猜一猜：现在在这块土地上将这些充当雨水的水泼撒上去后，土地会发生怎么样的变化呢？雨水又会发生什么变化呢？请你们将观察到的现象和猜测的想法记录下来，老师给你们准备的一张科学记录单是这样的。（课件）

……

“猜想”是一种思维活动，是学生有方向的猜测与判断，包含了理性的思考和直觉的推断。在明确了模拟实验设计的原理及实验方法之后，还没有进行实验，还没有观察到实验现象之前，对可能观察到的现象和这些现象能说明什么进行合理的猜测，其实就是由模型到原型的类比推理的预演。如上述片断中，教师提出：雨水会不会对土地产生影响？土地会发生什么变化？雨水会发生什么变化？学生根据生活经验作出的这些猜想和推测，都将有助于帮助其建立起模型与原型两者间的联系。

2.类比探讨，简化原型

类比推理是思维过程中由特殊到特殊的推理，对于相互有联系的内容进行类比分析，有利于学生对问题的深层次的认识，更有利于学生对问题规律的探寻。模拟实验中要化繁为简、化难为易，把复杂的问题简单化。在尽可能周密、具体的分析的基础上，分清主次。通过科学的抽象，保留并突出决定事物本质属性的主要因素，排除次要因素的干扰，使复杂事物有可能通过比较简单的模型来进行研究。

【片断2】《昼夜交替现象》教学片断

在提出可能出现昼夜交替现象的假说这一过程中，学生提出了多种模型。但是有的学生容易把地球与太阳自转、公转的方向也考虑进去，如果再将两个天体的运动方式进行组合搭配，就会出现繁多而复杂的假说模型，这就需要引导学生忽略次要因素。再有，在建模的过程中，有学生对每种模型都考虑太阳的自转与不自转，这样的排列组合也会使模型复杂化，不利于学生抓住模型的关键和本质——地球与太阳的相对圆周运动，应该通过探讨活动向学生说明。

因此，在建立模型之前，对原型进行抽象和简化，分析概括出原型的重要因素是十分必要的。引导学生分清主次，舍弃次要的、无关大局的细节，舍末求本，抓住本质性和关键性的因素，才能有效构建具有科学性的模型。

3.细致观察，强化联系

观察是人们认识客观世界的重要手段。观察可以调动学生的各种感官，在已有知识的基础上产生联想，通过观察还可以减少猜想的盲目性。同时观察力也是人的一种重要能力。所以在教学中要给学生必要的时间和空间进行观察，培养良好的观察习惯，提高观察力，强化观察到的现象与已知的事实之间的联系。

【片断3】《岩石会改变模样吗》教学片断

师：在实验过程中你们有什么发现？实验的现象说明了什么？

生：岩石上有小颗粒掉在水里了。

生：第二次烧的时候石头发白了，放到水里后又恢复了原样。

生：加热后的岩石放入水里会发出声音。

……

模拟实验是通过研究模型并将从模型中获得的研究结果推广到原型中去，从而解释原型、认识原型。因此，模拟实验不同于一般的观察实验所见即所得，它需要有一个通过类比推理实现知识迁移的过程。如上述片断中， 只有通过学生对模拟实验现象的细致观察，发现了岩石的这些细微变化，才能用这种现象去解释、认识自然界中岩石变化的原因。由此可见，观察在这一知识迁移过程中所起的重要作用。

4.关注设计，逐步提高

学生用学习设计实验来验证自己的猜想，比展现实验现象的操作实验更重要，设计实验是学生高水平实验能力的体现，所以随着年级的升高，教师要把训练重点从一开始接触模拟实验重在理解实验意图和实验原理，慢慢地转移到学生设计实验能力上来。教师可以结合教学内容，选择适当的实验题目，让学生尝试运用所学知识，模仿着大胆设计实验方案，并按实验方案操作实验，在操作实验的过程中不断修改实验方案，不断完善实验方案，从而逐渐提高学生自主设计实验方案的能力。如《极昼和极夜的解释》一课教学时，教师可以先让学生利用所学知识谈谈自己对极昼极夜现象的解释，然后通过讨论实验方案使解释更明确，并在实施过程中加深对地轴倾斜角度影响的认识。

二、突显模拟实验内涵，做到两个“避免”

1. 避免片面追求实验效果的不规范操作，忽视实验科学性

类比推理作为一种非必然性推理，这是它的短处。在许多情况下类比物与目标之间如果是非对应关系，这样的结论就是错误的。如教学《岩石会改变模样吗》一课，在研究冷热对岩石的风化作用时，有的教师觉得普通的岩石用酒精灯加热用冷水冷却几次，实验现象不够明显，就用玻璃代替岩石进行实验，只需要一两次，玻璃就会由于热胀冷缩而崩裂，这样不仅可以节约实验时间，还可以提高实验效果。殊不知这种做法违背了模拟实验的科学性，玻璃和普通的岩石在物理属性上有很大的差异，由玻璃在冷热作用下碎裂推出岩石也会在冷热作用下碎裂，这样的结论可靠性不高，也不容易被学生真正从内心所接受。这个用玻璃代替岩石进行实验的教师正是缺乏对模拟实验和类比推理思维基础的认识，片面追求实验效果忽视其应有的科学性的结果。

2.避免以模型中的现象、结论直接作为结论，忽视推理过程

如在《地球内部运动引起的地形变化》一课教学中，教师用煮开的粥模拟地幔中滚烫的岩浆，用橘子皮模拟地球板块。实验中看到有的橘子皮之间会相互靠拢，有的会相互分开，教师就马上得出地球板块之间会相互碰撞和分离的结论。又如《垃圾的处理》一课教学中，模拟垃圾简单填埋的危害时，看到模拟实验中的水变脏，就得出简单填埋会污染地下水的结论。教学《月相变化》一课，看到一半涂成白色的皮球在绕我们转动时，看到皮球的白色部分呈现由缺到圆由圆到缺的变化过程，就直接得出月相的形成原因。这样的教学看上去合情合理，似乎得出结论已是水到渠成，实际上是以模型中的现象、结论代替了对原型的研究，缺少一个类比推理的思维过程，这种跳跃式的思维，不利于学生的模仿学习。

小学生的思维还处在如皮亚杰描述的“从直观的形象思维向抽象的逻辑思维过渡”的阶段。从模拟实验这种典型的、以类比推理为思维基础的科学实验开始，理解实验设计原理，经历类比推理的过程，由模仿到独立设计，从而真正掌握类比推理思维方法，达到有效培养学生类比推理思维能力的目的。

（浙江省余姚市实验小学 315400）