反证归纳让课堂探究更精彩——以“光的直线传播”教学为例

徐 勇

（连云港市新海实验中学 江苏 连云港 222000）

新一轮课改以来，探究式教学已成为教师们在课堂上广泛使用的核心教学方法，然而许多教师在实施探究式教学的有效性上却不尽人意，主要体现在缺乏创新意识，过分关注课前预设而忽视课堂生成，将探究教学程序化、模式化，不能因地因时制宜，达不到预期的教学目的.笔者通过多年的教学实践与研究发现，课堂有效实施探究教学的手段与方法是多种多样的，展开探究的角度也可各不相同，并先后总结出多种行之有效的实施探究教学的方法.于此以一位青年教师的公开课作为案例展开分析，将我们研讨总结出的“反证归纳”探究式教学方法写出与各位同仁交流.

1 课例

在2014年一次校际同课异构的课堂教学展示活动中，某青年教师A执教了苏科版八年级上册“光的直线传播”一课，学习任务是通过实验得出“光在同一种均匀透明介质中沿直线传播”这一规律，并学会利用此规律解释生活中的一些现象.A教师设计的主要教学环节如下.

（1）课前活动.播放《小兵张嘎》电影中的一个片段：胖墩玩皮影戏；邀请学生表演手影游戏，活跃课堂气氛，拉近师生间的距离.

（2）教师设疑.在皮影戏和手影游戏中都需要一个强光源发出光束，那么光束自光源发出后是怎样向前传播的呢？皮影和手影又是怎么形成的？

短暂讨论后一位学生站起来回答：光源发出的光是沿直线传播的，假如没有光，就不会出现影子，皮影和手影都是光向前传播时被物体挡住形成的.

教师设疑引导：如果在流动的水中插一竹竿，水能绕过竹竿而向前流动，那么光是否也能像水那样绕过物体向前传播呢？

（3）猜想：由于生活常识和小学科学类课程的学习，几乎所有学生都能一致认为光是沿直线传播的.

（4）实验：教师介绍桌子上的器材［有导向地介绍：有烟蚊香、1个空烧杯、1个装有水（滴有少量牛奶）的烧杯、玻璃砖1块、火柴、蜡烛、激光笔、3个开有小孔的硬纸板、3个大夹子、1根细线］，要求学生用桌上提供的器材寻找验证猜想的证据.

（5）学生进行实验，收集证据.

（6）总结得出结论：光在同一种均匀透明介质中是沿直线传播的.

2 案例分析

由于A教师的精心备课和课前准备，利用提供的许多合适的器材，并加以思路上的引导，学生都能顺利地通过实验分别验证光在玻璃中、水中、空气中沿直线传播的猜想，并顺理成章地得出结论.课堂波澜不惊，结论水到渠成.但在听课中笔者发现有一些非常好的细节，却被A教师忽略过去了：其中一组学生在做验证光在水中沿直线传播的实验时，惊讶地发现当光从水的上方斜射入水中时，光不是沿直线传播的.当该组学生对教师提出这个疑惑时教师却没有作出任何解释，而是一味地按照预设完成教学任务推进课堂教学，回避并放弃了一个利用良好的课堂生成引导学生深度探究的机会.如此课堂貌似实施了成功的探究教学，但缺乏新意，不利于激发学生的学习兴趣与探究欲望.

3 解决方案

在实施探究教学过程中，我们着力培养学生的探究能力和思维能力，但若总是以“提出问题—猜想与假设—制定计划与设计实验—进行实验与收集证据—分析与论证—评估—交流与合作”这样一个程序操作每一个课题，既没有新意，又容易让学生走进一个固化思维模式，让本来充满创新和活力的实验探究变得索然无味，变成了只是为论证而论证.研讨时笔者在想，如果A教师抓住学生这个提问，反戈一击，这堂课便会精彩纷呈，亮点多多.

研讨反思另设精彩个案如下.

（1）学生猜想到“光都是沿直线传播”时，教师演示一个实验：让激光从水面的上方斜射入水中，让学生看到光并不是在沿直线传播.由此开始让学生带着疑问开始新的课题，引导学生回顾生活中一些光的现象，利用手边器材，寻找光并非总是沿直线传播的证据.

（2）学生分组讨论、实验，找到一些日常现象：

1）隔着火堆观察对面人脸的时候总感觉人在晃动；

2）夏天在柏油马路上看到远方的路面变形了，而且感觉湿漉漉的；

3）光斜射到平面镜上改变传播方向；

4）一些学生在刚才教师实验的基础上发现，如果将激光灯略微远离玻璃砖，再从空气斜射入玻璃砖时，光束弯曲，甚至还有一部分又再次回到空气中.

……

（3）在上述实验及讨论的基础上，学生开始反思自己的猜想，并逐步修正：

由1）和2）反证归纳出光在均匀介质中沿直线传播，由3）和4）反证归纳出光在同一种介质中沿直线传播.

（4）通过修正，最后可以归纳得出：光在同一种均匀透明介质中沿直线传播.

这样的教学设计从科学的角度创新了研究思路，这种“猜想—反证—修正—归纳”的探究教学方法虽不常见，但也是在学生现有的“发展区”内有效剔除学生不正确的观点，修正完善生活经验，进而上升为理论高度的一种有效手段，我们将其称为“反证归纳式”物理探究教学.

4 “反证归纳式”物理探究教学

（1）“反证归纳式”物理探究教学的含义

“反证归纳式”物理教学，是以学生活动为中心，利用学生现有的生活经验，以原有的知识经验为基础，运用几何中常用的反证法为手段，激起学生认知上的矛盾冲突，用实验反证并归纳得到更加完善结论的教学方法［1］.这是一种思维方式的辩证利用，能让学生从表象的背面及时认知事物的本来特征.在上述“光的直线传播”这一教学设计中，笔者设计以学生固有的生活经验为基础，用实验的方式证明了光在有些情况下不是沿直线传播的，从而让学生知道了光沿直线传播也必须要有必要的条件才行.

（2）“反证归纳式”教学的主要流程

以“光的直线传播为例”，“反证归纳式”探究教学基本程序如下.

1）设置情境，引发思考.在教学中可以以学生生活中常见的实例为切入点，比如追影子游戏、皮影戏、手影等等，设置有生活情调的问题，激发学生的兴趣和思考.

2）提出问题.根据现象提出与学生“元认知”有矛盾的问题，激发出新的思考.

3）猜想与假设.对问题从多个角度进行试探性的假说，尽可能从问题的各个方面阐述.

4）反证.这是最为关键的一个步骤，是实验结论是否能正确完整给出的一个“节点”，力图通过日常生活和实验现象对每一个猜想进行反证.反证可以由提出的若干种假设得到一些推论，再通过寻找推论与实际实验中的矛盾之处.如果被证明该猜想的推论与实验不符合，就被“证伪”，可以推倒该假想，提出新的假说.比如在“能量守恒定律”教学中，学生往往都能构想出“永动机”这样的模型，但事实证明这是并不存在的，从而淘汰“永动机”的假说，提出新的理论.有时推论会部分符合，在“反证”的过程中可以不断通过实验来补充条件，使其成立.正如刚才“光的直线传播”结论的得出，完全是不断修正补充的结果.当然有时会出现猜想的“背面”也就是“反证”的推论完全能够被证实，这个“反证”的结果本身也就能成为理论.

（3）“反证归纳式”探究教学的优势

1）学生的“最近发展区”是基础.在维果茨基的认知发展理论中，可能发展区是介于儿童自己实力所能达到的水平（如学业成就），与经别人给予协助后所可能达到的水平，两种水平之间有一段差距，即为该儿童的可能发展区［2］.丰富的课外知识，多方位的信息储备能及时提供给自己所用，及时构成新的知识体系，从而利于学生在此基础上“反证归纳”踏上新的台阶.试想在本课中，如果学生对于“光是沿直线传播”的规律没有一个基本认识，如何才能突破这个“瓶颈”，让学生从这个规律的背面证明补充呢？

2）提高学生抽象逻辑思维能力的发展.思维的深刻性、思维活动的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的广度、深度和难度是一切思维品质的基础，是实现“反证归纳式”实验教学活动的关键因素.在物理教学中，需要从开始就加以培养.而类比推理、模型、控制变量法、反证归纳法、转换法等方法的教学都有助于培养学生的逻辑抽象思维能力，让学生主动构建知识体系.例如在“电阻”概念的形成教学时，我们用对比实验把铅笔芯换成铜线接入电路ab间，如图1所示，让学生通过观察灯泡的亮度和电流表的示数归纳得出，“在电压一定时，导体中电流的大小还与导体自身有关”，进而从反面分析得出导体在容易导电的同时对电流还有阻碍作用，且阻碍作用大小不同.

图1

3）教师适时适度的引导能激发学生的理解力和创造力.适时的引导是要教师把握住合适时机，不突兀，不强迫学生接受；适度是指教师指点出关键点，如切入某个学生实验时指出一些与众不同的现象或者结论，提醒学生关注最为重要的本质.

4）扩大了物理实验教学的作用范围和类型，将规律的建立与完善融为一体.在以往的规律性探究实验课的教学中，往往只是局限于概念或者规律的一般性验证，或者只是应过场式的规律探究性实验教学.而在“反证归纳式”课堂设计中，学生主动探究的“主动性”和物理“思维性”已经充分发挥，不仅有发现规律的实验性研究，还有生成性的理论思辨性活动，更主要的是将数学的“反证”和物理的“归纳”法使用得淋漓尽致.创设的探究情境更符合真实的“认知”活动，“仿真度”更高.如此设计，更能挖掘思维的深刻性、独创性和批判性，让思维活动更具有“独创性”的创新特点.

以上的教学随笔给我们一个启示：学科教学并不是独立的，行走在教学一线的教师可以通过更多的课堂细节发掘出更具“兼容性”的教学方法，从而不断提高科学教学的理论素养，让我们的课堂探究教学更加精彩！

1 孙玉清.反证法.上海：上海教育出版社，1986.12

2 张春兴.教育心理学.杭州：浙江教育出版社，2000.116