杨振，左文飞
（1.武进区实验小学，江苏常州 213161，2.武进区星河实验小学，江苏常州 213161）
推理论证作为科学思维的核心组成部分，是科学核心素养的关键内涵，旨在建立证据与解释之间的联系并提出合理见解
［1］。发展学生的科学推理能力，不仅有助于其思维进阶，更是提升其科学核心素养的重要途径。为此，笔者结合“运动的快慢”这节课的观摩体验，首先分析授课教师是如何在教学环节中培养学生的科学推理能力的，进而提炼出若干可供借鉴的教学策略。
1 基于经验推理，作出科学假设
推理是研究者根据一个或几个现象或事实得出另一个或几个判断的思维方法。假设是另一种思维方法，是研究者根据已知事实材料和科学知识对所研究的问题作出的一种猜测性陈述。假设往往以简单推理为基础，学生提出科学假设的能力直接体现其科学思维水平。
1.1 呈现问题，引发学生思考
“运动的快慢”一课教学从一个看似简单的问题开始：小弹珠从1 m的高处下落需0.5 s，那么从100 m的高处下落需要多久？据此引发学生思考：从高处落下的物体运动的快慢是怎样的？小学生在数学学习中经常遇到类似问题，这里研究的问题与平时遇到的数学问题一样吗？
1.2 自主推理，形成多元假设
课堂切入问题的设计很精巧，1 m左右的高度，大致是小学生的视线高度，也是其平时游戏和活动经常接触的高度，他们很容易根据已有经验进行推理、作出假设。
（1） 假设一：匀速运动。常见的一类推理是：1 m下落需要0.5 s，100 m就需要100个0.5 s，也就是50.0 s。这时候，学生推理的方法是将100 m平均分成100份，默认每份的运动快慢都是一样的，也就是匀速运动，所以得出的结论是50.0 s。学生为什么会默认是匀速的？因为小学生平时接触到的数学问题和生活现象多数是匀速的，这些经验使他们形成了推理的思维定式。
（2） 假设二：加速运动。一部分学生提出不同看法：小弹珠竖直下落100 m不需要50.0 s，也就是说小弹珠在下落的过程中速度会越来越快。原因是，他们刚才看出了小弹珠运动得越来越快，但是言语中充满了犹豫。这部分学生推理的依据可能是自己的视觉或者道听途说，不确定的原因是缺乏清晰的现象和生活中的实例支持。
在执教教师引导下，学生作出两类假设：其一，小弹珠从100 m下落需要50.0 s的时间，全程运动的速度是一样的，即匀速运动；其二，小弹珠从100 m下落的时间少于50.0 s，全程运动的速度是越来越快的，即加速运动。该教学环节是利用学生熟悉的数学经验和生活经验对陌生的运动情况作出预判，基于简单推理作出假设，易于激发学生对其进行验证，教学活动自然过渡到实验设计环节。
2 基于假设推理，制订实验方案
实验设计是学生自主探究的关键步骤，也是学生科学思维自然生长的重要环节。在此环节中，学生需要根据研究目标选择实验材料并完善验证思路，这一过程极具思维含量。在该堂课的教学中，学生会不断推测所用实验仪器、材料的作用和实验效果，再将预期的实验结果和心中的假设进行匹配，从而不断修正自己的假设。
2.1 聚焦假设，形成验证思路
根据不同假设，需要通过实验来获取相关数据，而选取合适的实验材料是关键的第一步。为了解决小弹珠下落是否需要50.0 s这一问题，教师展开了驱动性提问：小弹珠下落太快了，我们看不清，你有办法让它慢一点吗？可能还会用到哪些器材？经过讨论，学生选取了以下实验材料：①轨道板（长度已知）；②小弹珠；③秒表；④米尺。经集体讨论后，师生初步形成设计思路：首先将轨道板倾斜，再从一定高度释放小弹珠，同时用秒表计时、用米尺测量小弹珠通过的距离，以获得小弹珠运动的时间或者距离，进而比较其运动的快慢。
2.2 扶放结合，助力推理验证
有了初步思路还是不够的，还需要让学生说说具体方法。于是，执教教师适时地给学生的思维搭建了脚手架，顺势给出了两种原理的暗示，从生活中找方法。思路一：接力比赛的运动员，谁跑得最快？思路二：比赛的规定时间到了，运动员都没有到达终点，还有办法比较他们的快慢吗？这两种思路向学生传递怎样的实验设计导向？唤起学生什么样的已有经验？无非是：相同路程比时间和相同时间比路程。但是执教教师并没有直接说出这些高度凝练的概念，而是将它们转化为学生熟悉的生活例子，从学生的所见所闻中寻找设计实验的灵感和依据，激发学生基于这样的实例来主动推理与归纳，从而实现验证方案的“封顶”。所以，在实验设计过程中，教师不是完全放手不管，而是提供设计方向和原理的指引，扶放结合，助力学生的推理和思维进阶。综上可知，在制订实验方案阶段，围绕不同假设，学生的思维活动是积极活跃的。学生会不断地推理实验预期，即在实验过程中获得怎样的数据或者证据才能够支持自己的假设成立。同时，教师通过适时引导与原理启发，能够促进学生主动探究、深度思考。笔者认为，在假设的基础上进行推理，有针对性地设计实验，有助于将学生的思维聚焦于研究的核心问题上，有利于学生思维的进阶和课堂效率的提高。
3 基于数据推理，发现新的规律
根据以上实验方案，按不同思路进行实验验证，学生采集了多组实验数据，如
表1和
表2所示。
3.1 方案一：相同路程比时间
（1） 实验方法：将斜坡平均分成两部分，比较前半程和后半程所用的时间，相关实验数据如
表1所示。
（2） 数据分析与推理：对比前半程与后半程所用时间，从中不难发现，后半程所用时间都要明显少于前半程，也就说明了后半程小弹珠的运动速度要比前半程快。基于数据分析与推理，可以得出结论：物体在斜面上下落的速度是越来越快，而不是匀速的。
3.2 方案二：相同时间比路程
（1） 实验方法：研究小球下落的时间，比较前2 s与后2 s小弹珠通过的距离，相关实验数据如
表2所示。
（2） 数据分析与推理：由数据对比不难发现，后2 s通过的距离明显远于前2 s通过的距离，从中不难发现，物体在后2 s的运动速度变快了。同样，基于数据分析与推理，可得出结论：物体在斜面上下落的速度是越来越快，而不是匀速的。
3.3 总结规律
通过以上分类研究、集体交流环节，学生采集了一系列实验数据，并对其进行归纳推理，从中发现——对不同科学假设进行验证，却得出相同的结论，即结果都指向小弹珠在斜面上的运动快慢并非匀速，而是越来越快的，即小球在做加速运动。该环节的推理论证是基于不同视角的详细论证，是从少数现象到普遍规律的推理。在科学研究中，这样的“殊途同归”往往更具说服力。学生在整个活动中，小心论证、大胆推理，逐渐认识到运动的另一种形式：加速运动，并归纳出了新的运动规律。
4 基于发现推理，指导生活实践
4.1 在发现中推理，迁移规律
通过亲历探究活动和对实验数据的分析和推理，学生对物体运动的快慢有了新的认识，除了自己常接触到的匀速运动外，还有加速运动，这就为如何运用这一规律提供了知识基础。于是，执教教师接着提问：“如果不用轨道板，让物体直接从一定高度下落，运动快慢又是怎样的呢？”此时，学生都认为会越来越快。这里体现了类比推理的思维方式，从个别现象（科学发现）拓展到普遍现象。即通过研究小弹珠在轨道板上短距离的运动规律，进而大胆推测出：竖直下落更长距离时，小弹珠的运动速度会更快。这样的推理有理有据，具有较强说服力。在整个环节中，执教教师设置了合乎学生推理逻辑的认知过渡环节，充分运用实验数据说透现象的本质。学生现学现用，将物体在斜坡上的运动规律迁移运用到高空竖直下落时的情况，说明学生对该规律已有清晰认知，具备运用知识和迁移知识的能力。所以，再让学生说一说该课开始的问题：小弹珠从100 m高处下落需要多久。此时，学生的意见呈现一边倒的结论：少于50.0 s。通过对实验数据的分析，运用不同逻辑思维方法，学生很好地发现和掌握物体竖直下落运动快慢的规律，这就为解释高空抛物奠定了理论基础。
4.2 在模拟实验中推理，获得体验
了解了物体下落运动快慢的规律，执教教师顺势提出：“现在我们找一处100 m的高度去实测，怎么样？”面对这一问题，学生都不同意随意进行这样的测试，他们都担心（推测）从高处下落的小弹珠会带来危害。这是学生基于物体下落速度会越来越快的直接推理结论。此时，执教教师抛出问题：“真的像大家说的那样，会有破坏力吗？我们不妨用实验来试一试。”随后，有以下实验：把餐巾纸覆盖在小弹珠表面，学生手拿小弹珠从一定高度释放，看看从多高的地方释放，餐巾纸会被击破。经亲自尝试，学生发现餐巾纸真的被小弹珠砸破了。这里用简单的实验模拟高空抛物，让学生在探究实践中获得真实体验，学生自然对高空抛物的破坏力有了新的认识。此时，再追问：“将小弹珠从100 m高处下落会怎样？”根据模拟实验的结果，学生经推测后一致认为，这会产生更可怕的破坏力。在科学研究中，受实际情况和客观因素的制约，有些实验无法真实展开，此时模拟实验就是检验推测的有效方法，也是科学实践的重要环节。在模拟实验的过程中，学生能获得接近实际情况的震撼体验，促进其基于自身体验推理出有可能出现的状况，进而可以作出解析和预判。
4.3 在真实情境中推理，得出结论
每年各地都有高空坠落物体造成伤害的事故，甚至有的人还故意高空抛物。对此，让学生说一说可能的后果，再附上一些新闻报道，就坐实了高空抛物是“破坏王”。为何高空抛物是“破坏王”？究其原因是物体从高空下落以后，速度会越来越快，具有较大的能量，这就从本质上剖析了高空抛物破坏力巨大的原因。当然，执教教师巧妙地结合了该堂课所研究的内容，通过数据分析，科学推理得出：物体的下落速度越快，就越有破坏力。从足够高的地方落下，速度会足够快，就会成为“破坏王”。在实际生活中，学生往往无法理解其中的原理，而通过执教教师对该堂课的演绎，学生理解了高空抛物破坏力巨大的根本原因，自然会发自内心地想要避免高空抛物现象的发生。学生在认识现象本质、理解运动速度与破坏力之间关系的基础上，逐步形成科学认知并树立社会责任感。这正是该节课的价值所在——它避免了机械化的道德说教，引导学生在生活中做到知行合一，激发他们从自身做起，养成遵守规则、关爱他人的公共意识，成为有公德心与社会责任感的新时代少年。
4.4 在生活问题中应用，创新实践
我们该如何避免高空抛物这样的事故发生呢？这是学生在充分认识到高空抛物的危害以后需要解决的问题，也是需要全社会共同努力解决的问题。在共同探讨问题以后，执教教师引导大家进行创新创造：“能不能设计一款防止高空抛物的科技装置？课后去构思你的想法吧！”这一提问将工程技术的理念融入科学课堂，既是教学实践，也是学生科技创新大赛应该努力的方向；而执教教师的点拨，正是给了学生科技创新的可能和原动力。
5 结语
在该堂课中，执教教师通过提出假设、设计实验、验证假设、生活实践等教学环节，让学生在“玩中学，学中思，思中做”，有效地促进了学生科学推理能力的发展，提升了学生对高空抛物的认识，培养了他们的社会责任感。与此同时，教师还鼓励学生积极参与工程技术领域的实践，勇于进行科技创新发明。
江苏省中小学教研第十四期立项课题“基于科学逻辑优化小学科学探究教学的实践研究”(2021JY14-L109)
江苏省基础教育内涵重点建设项目“上善研究院：指向科学家思维启蒙的小学科学实验教学创新机制探索”，编号：苏教办基函〔2025〕6号
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