“现象—推测”：发展小学生科学逻辑推理能力——以“地球的形状”一课的教学为例

浙江省海宁市实验小学 顾建锋

逻辑推理能力是一种根据周围环境和活动找出其内在的逻辑关系，从而推理出符合逻辑关系的结论的能力。发展逻辑推理能力非常重要，因为它关系到人的分析、综合、推理、判断能力，而这些能力是人工作、学习、生活的重要能力。

因此，在科学课中教师要积极引导学生经历科学探索过程，通过自己的探究实践去认识世界，探索事物的规律，初步形成基本的科学观念，并能用于解释有关的自然现象，解决简单的实际问题。本文以“地球的形状”一课的教学为例，从“分析‘学习内容与学习者’，打开逻辑推理的视角”“设计‘现象—推测’主线活动，建立逻辑推理方式”“开展‘现象—推测’课堂诊断，夯实逻辑推理能力”三个维度谈一谈如何让学生通过模拟实验中的现象去推测，逐步形成对地球形状的认识，从而发展学生的逻辑推理能力。

一、分析“学习内容与学习者”，打开逻辑推理的视角

在教学时，教师要认真分析学习内容，理清教材在单元中的位置以及学科逻辑之间的联系，同时还要准确地了解学生的认知水平与学习逻辑的关系，这样才能更好地设计教学活动。

（一）学习内容视角

“地球的形状”是教科版科学三年级下册“太阳、地球和月球”单元的第6 课，主要引导学生了解人类认识地球形状的大概过程，让学生体会人类探索未知世界的历程，以及科技力量的发展给人类认识带来的影响。教师首先分析教材。教材一开始就聚焦本课的探究问题：“人们是如何认识地球形状的？又是怎样知道地球是一个球体的呢？”接着引领学生探索，探索活动第一步呈现的是古人猜测地球是“天圆地方”的；第二步是引起学生的认知冲突，虽然人们推测地球是“天是圆的，地是方的”，但有一些现象不支持这种推测；第三步是丰富证据，人们认为地球是球体，慢慢沿着一个方向一直走，绕球体一周后可以回到原点，麦哲伦环球航海旅行，就是一个实际测试。教材按照人类认识地球的发展史来安排学习内容，这样的安排是否符合学生的认知逻辑呢？这需要教师审视学生的认知水平与认知逻辑。

（二）学习者视角

“地球是球体”这一结论是人类经历了艰辛而又漫长的探索过程得到的。这个过程也是不断修正的认识过程，是人类探索自然、不断求真的过程。如何从人类认识事物的逻辑引导学生经历“地球是球体”这一认识过程，教师需要把握学情，分析学生的认知逻辑。学生的认知逻辑是怎样的呢？针对“地球是什么形状”这一问题，教师对授课班级进行了课前调查，班级的学生都认为地球是球体，但是他们不能用生活中的现象来解释，并不了解人类认识地球形状的过程。虽有部分学生知道“天圆地方”“麦哲伦环球航海”等事件，但是并不能通过现象做出推测。如何带领学生从认知逻辑入手亲历科学概念的建构过程呢？如在海边，人们用望远镜观察到远方驶来的船，总是先看到帆顶，然后才看到船身；月食时，地球投射到月球上的影子总是圆形的。只有地球是球体才可以解释这两个生活现象，虽然这两个现象是比较明显的，但是对于学生来说，依然比较难理解，因为这里面包含了一个逻辑推理的过程。

综合学习内容和学生的分析，教师形成了新的教学思路：教师能够从学生的认知逻辑入手，以“现象—推测”为主线设计学习活动，让学生根据模拟实验中观察到的现象去推测，逐步形成对地球是球体的认识，并发展学生的逻辑推理能力。

二、设计“现象—推测”主线活动，建立逻辑推理方式

根据新的思路，教师将其转化为操作策略，形成了新的教学方案。在整体设计过程中，教师紧紧抓住“现象—推测”这一主线，以人类认识地球的发展史为主轴，截取典型的事例，以培养学生的逻辑推理能力为出发点，从学生认知逻辑设计两个主线活动。

（一）主线活动一：影子实验

教师首先引导学生利用手电筒、3 个物体（1 号正方体、2 号圆柱体、3 号球体）来做一个影子实验，并引导学生在记录单（见表1）上画出影子，然后根据学生画出的影子让其他学生再反过来推测，图中产生的影子挡住它的物体是几号。

通过讨论，学生很快知道如果影子的边缘是直线时，挡住它的物体可能是1 号正方体或者2 号竖着放的圆柱体；如果影子的边缘是圆弧形时，挡住它的物体可能是2号横着放的圆柱体或者3 号球体。紧接着教师出示3 张月食照片（如图1），让学生推测挡住月球的物体可能是什么形状的，并很快做出了如圆柱、球体、椭圆形等的猜测。学生在这样的活动中很快明白了根据影子的形状可以推测出遮挡物的特点。

图1 月食照片

（二）主线活动二：帆船入港实验

在影子实验的基础上，教师出示小船、健身球、平木板等材料，让学生模拟船在平面上行驶和在圆球上行驶的活动并在记录单中记录观察到的现象。学生很快发现船在平面上行驶时，船帆A 和船身B 同时出现。船在球面上行驶时，先看到船帆再逐渐看到船身。

紧接着，教师出示一段人们在海边观察到远处开来船时的视频，学生再次印证了实验中出现的真实情景。至此，学生对于海面是弧形的有了更深的认识。最后再次聚焦本课核心问题：“人们是如何认识地球形状的？又是怎样知道地球是一个球体的呢？”教师结合人类对地球的探索史，不仅认识到地球是个球体，还让学生明白人类认识事物的规律是依据一些现象，然后进行合理的推测，最终获得足够充分的证据后形成的，同时也为学生今后对未知世界进行探索提供了一条学习路径。

三、开展“现象—推测”课堂诊断，夯实逻辑推理能力

结合教学设计，教师进行了课堂实践，从中我们也获得了一些新的启示。纵观教师整个教学过程，基于教材与学生的研究，形成了贴近学生认识逻辑的基于现象的推测的学习路径，同时基于“现象—推测”不仅可以发展学生的逻辑推理能力，也可以以这样的学习路径引领学生认识世界，认识浩瀚的宇宙，让学生学会仰望星空。

（一）基于“现象—推测”，发展逻辑推理能力

学生在本课的学习过程中始终以“现象—推测”为主线参与学习活动。上课伊始，教师就引导学生通过猜一猜的游戏活动，不仅激发了学生的学习兴趣，而且让学生明白了推测是要基于事物的一些特征来展开的。接着是两个主要探究活动。学生在影子实验过程中，根据观察到的影子反过来推测挡住手电筒光的物体的特征，由此推测挡住月球的物体可能是什么形状的。这里教师不提地球的形状，但是学生已经感受到挡住月球的物体可能是圆盘形、圆柱形或者球体，这一环节让学生质疑，体现了科学的严谨性。通过帆船入港这个实验，学生发现了一个规律，即如果船从远方驶来，在平的海面上行驶时是无法先看到船帆，再看到船身的。这也为地球可能是球体或圆形的理论奠定了基础，但是推理出地球是球体，还需要实证。因此，教师再辅以视频最终形成了正确的科学概念。从课堂观察来看，学生进行了从现象到事物本质特征的推测，学习路径清晰明朗。在这个过程中，学生能够抓住现象进行合理的推测，发展了学生的逻辑推理能力。

（二）基于“现象—推测”，引领学生仰望星空

从古至今，人类对神秘的宇宙一直保持着极强的好奇心。人们对于宇宙的认识是在实际观察过程中，基于一些自然现象做出的推测，然后在不断的认知冲突中发展，最终借助技术的发展形成了正确的认识过程。如在学习本课地球的形状时，学生从一开始的懵懂未知和猜测臆想到对生活现象的不断观察，并进行逻辑推理，再到后来麦哲伦船队的环球航海旅行收集的直接证据。这是一个伟大而又艰辛的过程，是符合自然规律发现的过程。同样对于浩瀚的宇宙来说，还有许许多多未知，教师通过今天的课，遵循学生的认知发展规律，让学生基于“现象—推测”去发现地球形状的一些有力证据，最终丰富人类探索地球的历史，同时也为今后进一步发现浩瀚宇宙中的未知提供了一条可以借鉴的学习路径，这是本课教学中最大的一个亮点。

当然，在本课的教学过程中，还有一些问题需要进一步探讨。本节课从教学内容的编排上来看，还有科学史的教学。教学过程中虽然重演了两个经典的实验，这些实验与科学家们曾经的研究思路相同，但是如何让学生体会科学家探索求真的精神，如何让学生深刻领会科学史与社会发展的联系，还需要教师进一步思考。

综上所述，教师可以从学生认知逻辑入手，重演人类认识事物的发展规律或本质的过程，基于现象去推测，然后借助人类认识事物过程中的实证最终形成对某一事物的认识。在这样的学习路径引领下，让学生认识世界，发现规律，寻找依据，同时可以培养学生的逻辑推理能力。