以情境化试题为引导谈学生科学推理能力的教学模式分析

摘 要：受升学压力影响，当前物理教学通常只关注陈述性知识以及应用型知识讲授，过于注重应试下的考试成绩，学生在学习过程中很少经历完整科学推理，忽视对学生科学思维能力的培养.本文以情境化试题为引导在谈学生科学推理能力培养的基础上，提出科学推理能力的六大要素“观念性问题推理、探究活动式推理、质疑评价式推理、解释细化式推理、应用方法性推理、科技前沿性推理”，寄希望于为教师在物理教学中对学生科学推理能力的培养提供一些参考.

关键词：情境化;科学推理;教学模式

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）24-0005-04

作者简介：杨焕英（1970-），女，山东嘉祥人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理教学研究.

长期以来，物理教学通常只关注陈述性知识以及应用型知识讲授，过于注重应试下的考试成绩，学生在学习过程中很少经历过完整的科学推理，忽视对学生科学思维能力的培养，这是物理教学的严重“短路”，这也是钱学森之问的根本原因，物理教学的最终目标是让学生在掌握知识与技能的同时发展科学思维能力、培养核心素养、促进身心全面发展.因此，将物理知识传授与科学思维能力培养相融合成为物理教学的重要趋势.

1 问题提出

科学思维是核心素养的重要组成部分，科学推理能力又是科学思维的关键部分之一，虽然科学推理能力不会直接与物质观念相关联，但是却为人们认识物质世界提供方法、途径及手段，科学推理能力为学生认识物质世界架起一座桥梁.在认识物质世界，学习知识与技能方面，将知识与技能融入情境化试题中，在公平的情境化试题中培养学生科学推理能力，有利于为物理教学指引方向，将教学重点回归到以学生为中心，加深学生对物理内涵的理解，杜绝题海战术式畸形教学.

物理概念、规律的教学中普遍需要融入情境并通过科学推理得出，在知识建构过程中渗透科学推理有助于培养学生核心素养，落实物理教学的育人功能.为此，本文以情境化试题为基础，以情境化试题中陈述性知识为原型，结合平时在日常教学中总结出的科学推理方法，进行培养学生科学推理能力的教学模式分析，为初中生科学推理能力培养的研究提供一些粗浅的实施意见.

2 研究思路及方法

通过查阅大量文献笔者发现，现阶段关于科学推理能力的研究成果绝大部分来源于美国教育科学研究所与大学，基础教育阶段研究较少.教师将陈述性知识放在特定情境化试题中，让学生身处情境中，与物理情境互动，主动认识并理解设定的情境化试题，通过科学分析、科学推理等生成新的知识，体会知识的科学建构过程.

对于用情境化试题培养学生科学推理能力教学模式的研究思路及方法，可以采用如图1所示的基本方法，其中教师将程序化知识融入情境化试题中是实施科学推理的核心步骤，学生将情境化试题中的物理知识提取出来，形成程序化知识是实施科学推理的本质，由此形成一种基于情境化试题的适合初中物理教学的培养学生科学推理能力的教学模式，进而使学生学习知识更系统化、方法更显性化，培养学生科学推理能力，提升学生核心素养.

3 情境化试题对学生科学推理能力的教学模式分析

情境化试题是指将程序化知识融入生产过程、实际生活及时代发展之中，并以具体材料为背景构成情境，需要学生在统一情境下分析并解决的问题，它是考查学生对物理概念、规律的掌握与理解程度，以及应用物理知识解决实际问题本领的试题.在情境化试题中培养学生科学推理能力，有助于学生理解物理概念、规律、方法及研究過程，强化科学推理能力培养过程，实现对物理知识举一反三、融会贯通，更有助于学生科学思维的全面发展，提升学生核心素养.

鉴于以上对情境化试题的理解，笔者提出“基于情境化试题谈学生科学推理能力的教学模式”应包括以下六大要素：观念性问题推理、探究活动式推理、质疑评价式推理、解释细化式推理、应用方法性推理、科技前沿性推理，如图2所示.

3.1 观念性问题推理

物理观念是核心素养的重要组成部分之一，是教师课堂教学最基本的任务，物理学中大多数概念、规律的建立都离不开科学推理过程，需要从科学推理中寻找这些事物的共同特征及本质特点，得出观念性知识.为此，要落实观念性问题推理的目标，教师需要将知识融入创设的情境中，学生通过问题引领、推理、评价等方式，提升推理分析能力，助推生成新知识，实现知识科学建构，这就正确回答“为什么学习这节课”“为什么要学习这个概念、规律”“学习一节物理课的收获及不足”等基本知识性问题.

如2020年山东省青岛市中考试题第11题B选项（B.当一个物体是施力物体时，就不能是受力物体），这是对力的概念的理解问题，为此，在学习“力”的概念时，学生对力的理解往往是心里清楚却不会科学表达，这时教师可以设置多个情境化试题场景，如图3所示，让学生身处情境进行科学推理，归纳出力的产生需要同时有施力物与受力物，其中哪个是施力物、哪个是受力物，以及力是物体对物体的作用等力的概念相关观念性问题.

设计意图：由于观念性问题与学生日常生活紧密联系，因此观念性问题推理对于学生而言通常较为熟悉，将观念性问题融入情境化试题中，能够为学生学习提供动力，更为学生由形象思维向抽象思维转变提供有力保障，促进科学推理能力的提升，更为科学探究活动的开展奠定基础.

3.2 探究活动式推理

科学探究建立在事实证据与理性思维的基础上，科学推理能力发展带给学生不仅仅是程序化知识，更重要的是在培养科学探究能力的基础上发展学生的理性思维.为此，在探究活动中促进科学推理能力培养的每一步都要有理有据，思路清晰，可以按照“创设情境、提出假设、观察现象、认知冲突、得出结论”的基本操作流程进行，从而使得探究活动式推理教学顺利进行.

如2020年云南省中考试题第21题、2020年山东省青岛市中考试题第18题等多地中考试题出现关于“探究阻力对物体运动的影响”探究活动，这是考查学生对牛顿第一定律的理解，如图4所示是针对学生存在的错误前认知进行分析，即错误地认为没有力的作用物体不会运动、力是物体运动的原因等.针对这一问题教师在课前准备好斜面、小车、棉布等器材，如图5所示，将棉布铺在水平木板上，让小车从斜面顶端自由滑下，可以观察小车在水平棉布上的滑行距离（创设情境），去掉棉布，重复实验，观察小车将怎样运动（提出假设），可以发现小车在水平面上滑行距离变长（观察现象），这时如果将运动物体受到的阻力进一步减小，小车将在水平面上滑行得更远，这与错误前认知相矛盾（认知冲突），由此进一步推测，在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，小车将不受阻力，这时小车将在水平面上永远运动下去（得出结论），即小车做匀速直线运动.

设计意图：在探究活动中培养学生科学推理能力需要教师在平时的科学探究中就不断渗透，在探究活动中教师要善于回答学生的问题，不断发现学生原有错误认知以及科学推理过程中出现的困难，为学生指引铺路，进而在培养科学探究能力基础上发展学生理性思维.

3.3 质疑评价式推理

质疑评价式推理是培养学生科学推理能力的一种有效方法，在物理教学中不仅要重视对物理问题的质疑，而且更重要的是对质疑问题进行科学评价，既要对观念性知识评价，又要对探究过程进行评价，在质疑评价过程中进行科学推理，这里的科学推理过程需要立足于科学证据、科学原理，即证据、原理、结论.

如2020年甘肃省天水市中考试题第5题B选项（B.图乙中筷子提米在空中静止时，筷子所受米给它的摩擦力方向向上），如图6所示，筷子提米在空中静止的原因是米对筷子产生向下的摩擦力.为了进一步巩固学生对摩擦力概念的理解，以及摩擦力在生活与社会中的应用，教师可以通过实验“团结就是力量”进行说明，将两本物理书每页交叉叠放到一起，在班级中选力气大的10名同学，

按照“5+5”人数进行拔河比赛，居然不能将两本物理书拉开，由此让学生体验到两本物理书产生的摩擦力居然这么大;再如钉纽扣时细线要多绕几圈，纽扣才不会掉;牛羊等大型动物被牵着时需要将绳子一端在木桩上多绕几圈;万吨巨轮靠岸时需要将粗绳在码头柱子上多绕几圈，这样巨轮就不会被巨浪刮走（对生活中物理现象进行质疑并评价）.

摩擦力在生活中有需要增大的地方，也有需要减小的地方（在质疑评价基础上进行科学推理），如卡车、汽车、电瓶车等交通工具在快速行驶情况下，如果紧急刹车，会出现打横现象，即这些交通工具不是立即停下来，而是车辆在地面上快速滑动一段时间，与滑动方向相垂直的方向摩擦力极小，整个车辆会横在马路上并翻倒，这是极为危险的驾驶行为，也是在高速公路上出现交通事故的主要原因;与此相似再如，用电钻在钻墙或木头时，如果钻头被卡在墙或木头里，这时几乎不可能拔出来，需要继续旋转钻头，钻头就会很快拔出，同样因为钻头转动时沿钻头方向摩擦力很小.

设计意图：在质疑评价基础上进行科学推理能力培养，是培养学生科学思维的一种有效途径，初中生主要以形象思维为主，通过评价迁移，可实现对抽象思维的逐步培养，如本题摩擦力大小到底如何，通过生活中常见事例进行分析，再结合所学摩擦力知识，回到生活之中，通过科学推理，实现摩擦力概念建构.

3.4 解释细化式推理

解释细化式推理是对学习的基本概念、基本规律进行再归纳，找出不同概念、规律之间的异同点，同时更是对所学新知识进行拓展与延伸的过程.教师在对新知识解释细化时，应关注易混知识点的辨析，不同公式适用条件等.如在讲解纯电阻电热时，涉及电热的计算公式很多，如Q=I2Rt、Q=U2t/R、Q=UIt、Q=Pt，这时学生往往对公式选择产生混乱而不知所措，导致部分电热计算复杂且计算错误，这时教师可以借助串联电路与并联电路特点向学生解释细化，如串联电路由于电流相等，可以采用Q=I2Rt计算电热，并联电路由于电压相等，可以采用Q=U2t/R计算电热，这时可以顺水推舟，一般情况下，电路产生总热量计算可以采用Q=UIt等.

如2020年江苏省无锡市中考试题第29题，利用电磁继电器设计模拟汽车后风挡玻璃加热电路，由控制电路和受控电路组成.这是一道典型的将电学知识融入情境化试题中的题型，题目中第（2）问涉及教师在授课时是否对公式进行解释细化，电路分析是否拓展与延伸，从而得出电功率公式的正确使用，第（3）问涉及对电阻影响因素的理解，根据电阻影响因素推理出在电压U2不变的情况下，增加银浆线的厚度，或增加银浆线的横截面积，可以提高电热丝R2的加热功率.如果教师平时不注意对知识点进行解释细化，学生无法完成这样的情境化试题，更无法对知识进行拓展与创新.

设计意图：在初中物理教学过程中，情境化几乎贯穿教学的始终，没有情境化支撑物理教学，学生学习只能死记硬背物理概念本身及规律，不会应用，更不利于创新能力的培养，但是物理教学也不能仅停留在概念、规律上，需要对知识进一步解釋细化并进行科学推理，这里的解释细化式推理是指一种学习程度对另一种学习结果的影响，或者学习获得的经验对完成其它学习活动的影响，通过科学推理，在实现物理现象建构的基础上再向前迈出一步.

3.5 应用方法性推理

学习知识是为了应用，应用是检验学生学习效果的有效方法，这里的应用不仅指知识与技能的应用，更重要的是方法的应用，运用科学方法解决问题是实现科学推理，进而培养科学思维，提升核心素养的重要途径之一.综合实践活动是应用方法性的典型案例之一，更是培养学生科学推理能力的重要方法.

如2020年江苏省南京市中考试题第28题是典型综合实践活动，综合实践活动是应用方法性的典型案例之一，更是培养学生科学推理能力的重要途径之一，本题科技小组为灯暖型浴霸（一种取暖用电器）设计一个可自动控制温度的装置，最大特点是将电路设计（可自动控制灯暖型浴霸温度的装置）知识融入特定情境之中，学生在进行电路设计过程中发现问题，积极主动地认识与理解电路设计情境，通过科学分析，科学推理，生成新问题、新见解、新思路并对电路进行改进，最终实现科学推理下知识建构.

设计意图：应用方法性推理最大的特点是将所学的知识及应用方法融入情境化试题中，利用物理知识对问题进行科学推理，如在本题综合实践活动中设计可自动控制温度的灯暖型浴霸，让学生通过综合实验活动进行自主探究学习并掌握基本知识，将其运用于实践.教师设置这种情境化试题符合学生认知特点，激发学生知识冲突及对探究物理问题的兴趣，提高学生解决现实问题的科学思维能力.

3.6 科技前沿性推理

几乎每一个科技前沿成果背后都蕴含思辨和科学推理过程，在物理教学中，教师将所学知识融入科技前沿性成果之中，有助于让学生经历科技成果的发展过程，将质疑、思辨、科学推理过程呈现在学生面前，让学生学会在科技前沿成果中推理，在推理中总结归纳，这将进一步推动科学推理，培养学生科学思维，提升核心素养.

如2021年北京市中考试题第18题，描述中国科技馆中“会发电的衣服”的情境，通过情境发现问题进行科学探究：当用脚踩动踏步机踏板，发电纤维抖动并切割磁感线，LED灯被点亮，由此情境可推理出发电纤维切割磁感线会产生感应電流;如果增加踩动踏板的速度，会发现LED灯被点亮的数目增多，这是在上述情境基础上延伸的探究问题，由此可以进一步推理出LED灯被点亮的数目可能与脚踩动踏板的速度大小有关，即得出感应电流大小与导体切割磁感线的速度有关，这是在“会发电的衣服”情境下进行科学推理得出感应电流大小的问题，是情境化试题在科技前沿性推理中的作用.

设计意图：物理教学的目的是将物理知识应用于生活、社会之中，因此，关注科技前沿性推理是物理教学的重要版块之一，一方面有助于了解学生学习效果，另一方面可以帮助教师了解学生在课堂内外学习效果及教学不足之处，为今后教学指引方向.

4 结束语

科学推理能力的培养是培育科学思维，提升核心素养的重要途径之一，将所学知识融入情境化试题中是实现科学推理能力的基本途径之一，这种教学模式的六大要素在培养科学推理能力方面具有不同教学功能，教师在教学过程中可以个别选择或综合起来使用，以期在促进科学推理能力的效果上达到最优化.

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（收稿日期：2021-08-14）