在概念建构中培养学生推理论证能力——以《导体和绝缘体》一课为例

□余京华 周雪芳

《义务教育科学课程标准（2022 年版）》突出了课程育人宗旨，着力发展学生的核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。“概念是思维的基本单元，思维的结果是形成概念和做出判断。”科学思维的发展与科学概念的建构是相辅相成、相互促进的关系。作为科学思维的重要组成部分，推理论证能力应该在概念建构的过程中得到发展。然而，综观当前的科学课堂，可以发现，许多教师只着眼于知识概念的落实，忽视了学生推理论证能力的发展。如何在概念建构的过程中发展学生的推理论证能力？以教科版《科学》四年级下册第二单元第6课《导体和绝缘体》为例，教师应以学生为主体，设计层层递进的教学活动，在帮助学生建构概念的同时，发展学生的推理论证能力。

《导体和绝缘体》一课旨在引导学生探究常见材料的导电性，即利用简易电路检测器检测不同材料的导电情况，基于检测结果得出结论并建构导体和绝缘体两个主要概念。教学中，笔者首先带领学生运用演绎推理的方法明确检测材料导电性的步骤，再让学生经历“比较—分析—分类—抽象—概括”的过程，初步形成概念，最后引导学生运用归纳推理的方法巩固概念，并用所学知识服务生活（如图1）。这样的教学有利于学生推理论证能力的发展。

图1

一、精选实验材料，丰富学习体验

归纳推理和演绎推理是逻辑思维的两种方式。认识活动中，人们总是先接触个别事物，而后推及一般事物，又从一般事物推及个别事物，如此循环往复，使认识不断深化。归纳推理是从个别事物到一般事物，演绎推理则是从一般事物到个别事物。可见，要发展归纳推理和演绎推理两种思维能力，必须以大量的事实作为依据。教师应在教学中利用合适的材料，丰富学生的真实体验，帮助学生对事物的规律进行归纳推理和演绎推理。

（一）改进器材，拓宽认知范围

教材建议使用电路检测器来检测物体的导电性，但在实践中，电路检测器的灵敏度不够，无法检测出水、人体等的导电性。为了帮助学生获取证据，构建导体、绝缘体两个概念，笔者对实验器材进行了改进，在课堂上引入了灵敏度更高的人体导电球，并连上导线。人体导电球不仅可以检测人体的导电性，还可以检测水、油、泥土、醋、盐水等物质的导电性，能够拓宽学生的认知范围。实验中，笔者将待测液体装在透明瓶子中，在瓶子两头打孔，并在铁质小棒上涂上电容胶，解决了液体不方便检测、导线上容易留下残留物等问题，具体如表1。

表1 实验器材的改进过程及效果

（二）丰富材料，助力课堂探究

本课主要引导学生经历“比较—分析—分类—抽象—概括”的思维过程建构概念。为了帮助学生建构导体和绝缘体等概念，笔者选择了具有代表性、生活性的典型材料，帮助学生进行探究。

1.选择代表性材料，助力学生探究

代表性材料包括多种导体材料，如铁、铜、铝等，也包括多种绝缘体材料，如布、木头、塑料、纸等。这些材料能够帮助学生通过求同归纳，找到导体和绝缘体的特征。

2.选择生活性材料，激发认知冲突

在准备材料时，一方面，要选择学生熟悉的材料，让学生根据生活经验进行预测。另一方面，要考虑选取学生熟悉但容易预测错误的材料，如水、泥土、油、醋等，使学生的思维在认知冲突中不断攀升。经过这样的学习，学生能够突破自己的前概念，提高分析、归纳能力。

二、优化记录方式，展现思维路径

记录单就像一个指路牌，可以提供“做什么”“怎么做”“记什么”“交流什么”等方面的指导，是教师指导学生学习的工具，也是学生进行自主探究的阶梯。有效的记录单能发挥学习支架的作用，展现思维路径，帮助学习者提升学习效果。学生在实验过程中进行观察、比较、归纳、分析，在记录单上记下学习过程，并用记录单辅助思考和表达。

（一）优化记录方式，助力课堂表达

本课教材提供了记录单，笔者对此进行了修改。如表2所示：预测栏要求学生对物体接入电路后，能否使小灯泡亮起来作出预测，采用“√”或“×”的方式进行记录；检测栏由原来的两次变成现在的三次，凸显了严谨求实的科学态度；实验结果“是否容易导电”同样采用“√”或“×”的方式记录，更加直观明了。这样的记录单符合学生的认知水平，能够帮助学生在小组讨论中更有条理地进行表达。

表2 物质导电性实验记录单（举例）

续表

（二）有序呈现材料，助力推理分析

教师应精心安排材料呈现的先后顺序，为学生搭建推理的脚手架，让学生的思维可视化。记录单要求学生对物体接入电路后能否使小灯泡亮起来作出预测，体现了学生对物体是否导电的初始认知，为后续的概念建构打下了基础。通过实验，学生得出了“有些液体可以导电，有些液体不可以导电”的结论。在此过程中，学生不断突破思维定式。

如：大部分学生利用生活常识预测水能导电，通过实测发现水确实能导电；部分学生认为醋是不导电的，但通过实验发现醋也是能导电的。至此，学生经过归纳推理，得出了“液体都能导电”的结论，进而运用演绎推理，判断油的导电性。许多学生认为因为油是液体，所以油也是能导电的。但是实验证明，油不能导电。这又刷新了他们刚刚建立的认识：油虽然是液体，但油并不导电。由此，学生得出结论：不是所有的液体都能导电。其概念建构的过程如图2。

图2

三、改变教学方式，培养探究精神

为改变以往课堂教师一人唱独角戏的填鸭式教育模式，同时打破汇报交流环节“说者表意不清，听者似懂非懂”的尴尬局面，笔者在研讨环节利用信息技术为学生搭建生生互动平台，培养学生的探究精神，体现了以生为本的教学理念。

（一）呈现照片，展示思考痕迹

探究过程中，学生的思维活跃，独立思考能力不断增强。教师在巡视过程中要留心学生的操作和记录情况。本课活动中，学生经历了多次预测，思维能力不断提升，但他们对于预测的价值和意义的理解依然停留在浅层。在碰到事实与自己的预测出现冲突的情况时，学生往往会修改预测结果，导致预测失去意义。对此，教师可借助手机等设备的拍照功能，帮助学生回忆实验过程并及时引导学生。教学过程如下。

师：大家在实验过程中，是怎么预测的？为什么这么预测？

生：我先预测一种材料的导电性，然后用实验进行验证，接着继续预测，再用实验进行验证，这样结果更准确。

生：我是先预测所有材料的导电性，再用实验一一验证，这样速度更快。

师：你们说的都有道理。老师拍下了一份记录单（呈现在屏幕上），请记录单的主人来说说看。

生：我是先预测一两种材料的导电性，然后用实验验证，接着预测剩余所有材料的导电性，再用实验进行验证。我认为先验证一部分材料的导电性，再预测剩余材料的导电性，学习效果最好。比如，一开始我预测错了醋的导电性，后来经过推理，我知道像这样的液体可以导电。

生：我赞同他的观点，有了前面的经验，后面就预测得更准确了。

师：对醋的预测为什么划掉又重写？

生：因为开始预测错了醋的导电性。

师：预测错了能不能改？

生：不能改。改了就失去预测的意义了。

（二）研讨交流，培养探究精神

从学生汇报的记录单来看，学生检测的结果与预测的结果不尽相同，主要涉及油、醋、泥土等材料。这些材料有的是学生不太熟悉的，有的是成分相对复杂的。经过小组上台演示，台下学生可以清楚地观看整个实验过程。在质疑与求证的过程中，课堂研讨逐步深入，学生逐渐形成共识，他们的探究精神得到了培养。

“翻转课堂‘课前传授+课上内化’的教学形式与传统教学过程正好相反”[2]，学生课前观看视频完成知识传授，课堂上通过一系列互动促进学生知识内化。按照这样的推理逻辑，我们的翻转模式没有丝毫差错，问题在于：一样的模式，一样的实施流程与顺序，为什么在美国可以“翻”得“转”的课堂在中国却遭遇了各种问题？

四、巧用提问方式，助力思维发展

通过实验，学生获得了充足的证据。要利用这些证据建构概念，就要进入科学探究的原理解释阶段。这个阶段是学生思维活动最为活跃的阶段，是开展归纳推理和演绎推理的主要阶段，也是概念建构最为关键的阶段。教师应精心设计问题，让学生经历“比较—分析—分类—抽象—概括”的思维过程，提升学生的逻辑思维能力。

（一）问题引领，助力学生建构概念

笔者首先带领学生根据实验结果对物体进行分类——能使小灯泡亮的材料和不能使小灯泡亮的材料，再通过问题链不断揭示概念。笔者用板书呈现了学生的思维发展过程。

问题1：左侧这些物体接入电路后能使小灯泡亮起来，它们有什么相同点？

问题2：怎样的物体才能让灯泡亮起来？

不断的追问促使学生找到了这些物体的共同特征：能导电。学生初步形成概念：能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体。

问题3：如果往木头上浇水，湿掉的木头能导电吗？

（二）演绎推理，帮助学生巩固概念

教材中的拓展环节其实是一个巩固概念的环节，用到的思维方法是演绎推理。2022 年版课标在课程理念中提到：重视师生互动和生生互动，引导学生对所学知识和方法进行总结、反思、应用和迁移，促进学生自主学习和合作学习。在巩固概念的教学中，笔者设置了如下问题。

问题1：手机充电器的哪个部分由导体材料做成，哪个部分由绝缘体材料做成？你是怎么判断的？

大部分学生能够试着用“因为容易导电的物体叫导体，插头部分容易导电，所以插头部分是导体”这样的三段论推理句式来表达自己的想法。同时，学生也得出了“导体的作用是将电输送到人们需要的地方，而绝缘体恰恰相反”的结论。可见，这不仅是一个演绎推理的过程，也是一个通过语言将思维向外呈现的过程。

问题2：仔细观察这个充电器，你觉得使用者应该注意哪些方面？

笔者提供的是一根使用时间较久且已经出现明显破损的数据线。学生表示这样的数据线容易出现漏电情况，存在安全隐患，不宜使用。通过本环节的学习，学生不仅掌握了科学概念，还联系了生活，形成了安全用电的意识。

小学科学教学中，培养推理论证能力的重要性不言而喻。教师应基于学情和学生身心发展的规律，以层层递进的教学活动帮助学生建构科学概念，提升推理论证能力，由此发展学生的科学核心素养。