初中科学课堂学生说理能力的培养

陈建姣

说理能力的培养既是科学课程标准的要求，也是社会的要求；既是科学课程的教学任务，也是需要发展的核心素养.只有充分认识到说理能力的重要性，突破说理运用的知识细胞——概念，并放手让学生进行说理能力的锻炼，才能有效地培养学生的说理能力并在说理能力的培养中，注意示范性、全体性、全程性和阶段性.

1问题的提出

初中科学课程标准（2011年版）指出：初中科学课程是体现科学本质的课程，科学是以多样统一的自然界为研究对象的探究活动，是建立在证据和理性思维基础上的.科学探究是创造性思维活动、实验活动和逻辑推理相互作用的过程.课标中也指出：通过科学课程的学习，应使学生养成科学的思维习惯，逐步形成用科学的知识、方法和态度去看待和解决个人与社会问题的意识.初中科学课堂学生说理能力的培养，也就是培养学生在一定证据基础上进行的逻辑思维过程.因此，说理能力的培养也是科学课程的教学任务之一.

说理能力是一种逻辑思维能力，这一能力可以通过初中科学教学得以提高，这一能力在公务员考试中得到了充分的体现，在一些单位的招考面试中也有相应的测试题.因此，说理能力也是核心素养之一.2015年，浙江省的初中毕业学业考试说明中，将原来的“分析计算题”题型改为“解答题”，在“解答题”中设置了一定分值的文字描述说理题.从中也不难看出对学生说理能力的重视.

2培养说理能力的策略

2.1认识说理重要性

无论是教师还是学生，只有充分认识到说理的重要性，才能着力践行说理能力的提高.说理的重要性不仅可从科学的发展史中得以充分体现，也在实际要求中得到了充分的体现.

2.1.1科学史中的说理

科学发展史中很多例子都可见说理的重要性，说理也是科学的本质.如伽利略对落体运动的研究.伽利略首先认识到，物体实际下落的快慢是受到许多因素影响的.把一张小纸片和一枚硬币从同一高度同时释放，硬币先落到地面.把纸片揉成一团再重新做一次实验，两者几乎同时落地.前一个实验似乎表明物体下落的快慢与物体的轻重有关，但纸片揉成团后下落会变快，这表明物体下落的快慢还跟它的形状有关.而形状的变化实质是物体下落时受到空气阻力发生了变化.——运用实验进行说理.

面对复杂的现实，伽利略的思想方法是：认识自然应当从最简单之处入手.从最简单的状态去研究，获得结果后再推进到复杂的状态，这是一种“以退为进”的思想方法.于是他建立了一种理想化的落体运动：自由落体运动.这种落体的初速度为零，而且在运动过程中没有受到空气阻力.——建立思想方法中的说理.

建立了自由落体运动概念之后，伽利略只用一个巧妙的思想实验，就否定了亚里士多德的观点.在他的代表作《关于两种新科学的数学证明》一书中，他这样写道（大意）：如果重的物体比轻的物体下落得快，那么，现在，我将一轻一重的两个物体拴在一起让它们下落.这样，下落较快的物体由于被下落较慢的物体向上拖着而变慢，而下落较慢的物体则由于被下落较快的物体向下拖而变快.因此，整体的下落将比原来快的慢，而比原来慢的快.但是，两个物体拴在一起显然比原来重的物体更重，它的下落应当比原来快的更快.由同一前提竟然会推出两个不同的结果.伽利略从这个佯谬中得出结论说：只有假定物体下落的快慢与物体的轻重无关，才能消除这个矛盾.——运用严密的逻辑推理进行说理.

伽利略在理想实验之后，据说当年伽利略登上了位于比萨城奇迹广场的一个斜塔上，在塔顶向下同时掉下轻重不同的球体，结果发现它们都同时落到地面.——再次运用实验进行说理.

2.1.2实际问题中的说理

物理学家劳厄说过：教育无非是将一切已学过的东西都遗忘时所剩下的东西.学生获得科学知识的过程，就是学生说理能力培养的过程，成年后，学生会忘记很多具体的科学知识，但培养起来的说理能力却还在，而且对其工作、生活具有无比重要的意义.当我们面临具体问题的时候，要试图解决任何一个实际问题，不可能是凭空产生解决问题的方法，而是会根据掌握的实际情况，经过一系列的逻辑分析，形成的具有一定可行性的解决方法，也就是应经过充分的说理.正因为如此，目前在公务员考试中，对逻辑说理能力的考察给予了充分的重视.而且在一些企事业单位的面试中也会非常重视.如在面试中就出现了诸如以下的测试题：请问在这间面试房间内可堆放多少个乒乓球？请问面试的这幢楼可堆放多少一元硬币？这些面试题不是要求被面试者给出具体的答案，而是要考察被面试者具有的逻辑说理能力有多强.

2.2重视概念教学

物理学家劳厄说过：重要的不是获得知识，而是发展思维能力.而理性思维就是运用概念进行思维，运用公式进行计算.科学中的说理也即运用概念、公式进行思维的过程，而公式是建立在概念基础上的，概念是科学知识的细胞.因此，科学教学中要充分重视概念教学，并且应使“正确建立概念”的重要性在学生头脑中扎根.而在概念教学中，并不是所有概念都一样重要，有的概念是尤其重要的.以“质量”概念的教学为例，按找准重要概念、解构迷思概念、建构科学概念、反思概念掌握四个步骤进行概念教学.

2.2.1找准重要概念

在科学教学中涉及了体积、质量和密度这三个概念，让我们先理一理其中最为重要的概念.学生易把质量与体积混为一谈，误认为“体积大的物体就是质量大的意思”，问题就出在未能建立质量的正确概念.质量和体积都分不清，密度概念的正确建立就无从谈起了.而且在今后的学习中，还会经常涉及到质量：Q=cmΔt，G=mg，溶解度和溶质的质量分数等都是与质量有关的.鉴于以上分析，不难看出“质量”概念的重要性.

2.2.2解构迷思概念

在质量教学中，教师往往会从“由同种物质构成的大小不同的物体所含物质的多少不同”引入质量概念.学生头脑中本来就误认为质量与体积没什么区别，老师这样的教学可能会给学生留下错误的认识——体积大的物体，质量就大.为了解构学生的迷思概念，在教学中我们应引起重视，并设法引起学生的认知冲突.教学中可展示一大块泡沫和一个体积为10 cm3的铜圆柱体，先让学生判断哪个质量大，并让可能答错的学生来回答，这时一般会有学生作纠正——泡沫比圆柱体占有的空间大，只表明它的体积大，而它们质量的大小并不能用眼睛看出来.为了让学生留下深刻的印象，教学中可用实验室电子秤称一下它们的质量，发现小块铜圆柱体的质量要比大块泡沫的质量大，也即这一铜圆柱体所含的铜的质量比这一大块泡沫所含的泡沫质量要大.

2.2.3建构科学概念

要完全建构质量概念，还需学生能理解“质量是物质的一种属性，它不随物体的位置、形状、状态和温度的改变而改变”.质量这一内容是安排在分子之后学习的，我们可以引导学生从微观层面进行理解.学生已经知道水是由水分子构成的，在此基础上，学生不难判断“一密闭容器内的水分子多少及质量是否会随位置、形状、温度而改变”.但对于状态变化的微观本质学生还不了解，我们不妨通过实验来突破：将用电子秤称过质量的大半瓶水放入冰箱冷冻，结冰后取出观察，并用电子秤称其质量.发现其体积变大，质量却仍未改变.教师此时可作一定的补充：水结冰时，只是水分子间的空隙发生了变化，而水分子的多少并没有改变，因此导致了体积的变化而变化，而质量并不改变而变化.

这样的教学，不仅让学生理解了质量是物质的一种属性，而且也理解了体积并不是物质的一种属性，体积会随温度、状态等的改变而改变，这在今后学生学习Q=cmΔt和G=mg等时，就不难理解我们研究的Q和G并不是它们随体积的变化，而是随质量的变化而变化.

2.2.4反思概念掌握

对于概念的重要性还应引起学生的足够关注.在学生发现迷思概念时和建立科学概念后，都可适时提醒学生，概念是不能张冠李戴的，概念有明确的界定，概念有其本质的内涵.在学生运用概念时，可能还会出错.如在学习密度时，有的学生可能还会混淆质量与体积而导致密度学习的障碍.因此，学生在错题反思时可引导学生从概念是否准确掌握角度进行反思，而且这样的反思也可作为全体学生反思的一个样板，引导全体学生今后要多关注一个反思方向——概念.这样，学生以后再学习、运用概念时，会特别关注概念的重要性和准确性.

2.3放手说理锻炼

学生说理能力体现在说理意识的强弱和说理水平的高低.在教学中要善于培养说理意识，通过多种手段培养学生根据充分证据、进行严密逻辑、运用简洁准确的语言进行说理.

2.3.1触发说理意识

很多学生喜欢科学，是因为科学中有实验，是因为爱上了实验才爱上了科学.但我们不能让学生仅停留在实验现象上，仅停留在从现象得出的结论上，还应启发学生去思考，培养学生的说理意识.如在《大气压强》一课中，很多实验都可说明大气压强的存在，

“杯中取袋”就是其中一个趣味性很强的实验.教学中可让学生先玩一玩“杯中取袋”： 将保鲜袋紧贴杯内壁，并用橡皮筋按如图1所示方法扎紧.然后，慢慢用力拉保鲜袋，保鲜袋能被拉出吗？

然后，让学生思考三个问题：（1）保鲜袋很难从杯中拉出，是什么力阻碍我们将袋子拉出？ 这说明了什么？（2）为什么保鲜袋未紧贴杯内壁、未用橡皮筋扎紧时却很容易被拉出来？（3）我们用了什么方法将大气压体现了出来？通过实验活动，并思考解决以上三个问题，学生便清楚地知道了，为什么该实验可以说明大气压的存在，而且在说理的基础上还提炼出了方法：减小物体内侧的气压，从而将大气压体现出来.其中的（2）就是培养学生说理能力的一个典范，在教学中我们要看到这样的增长点存在的可能性，并挖掘出来充分运用，让学生去思考为什么这样是可以的，而不仅仅停留在这样做是可以的层面上，从而触发学生的说理意识，引领学生经常要问为什么，并努力说明其中的道理.

2.3.2放手科学探究

科学探究过程是动手和动脑相结合的过程，教师要重视学生科学思维的培养，关注他们的思维方式和行为方式，主动思考问题，自己设计实验，思考事实证据和科学结论之间的关系，逐步养成质疑、反思的科学思维习惯.在科学探究的各个要素中都可以放手让学生说理，特别是在实验设计、得出结论和反思分析等过程中.

（1）放手设计实验.在电功率大小与哪些因素有关的探究中，直接让学生理解正确的实验设计并不难，但此实验设计还能体现其他价值吗？在教学中，不妨让学生自己设计实验方案，学生的设计方案如下：方案一是通过改变电源电压以改变灯泡两端的电压（图2）；方案二是通过滑动变阻器改变通过灯泡的电流，而电源电压保持不变（图3）.

以上两个方案能用来研究电功率与电压、电流的关系吗？让学生在设计后进行说理，通过说理，学生发现了并未控制好变量，即在两个方案中对灯泡而言，电压与电流是同时变化的.那么如何控制变量呢？学生若设计不出正确的方案，可直接参考教材中的方案，将两个规格不同的灯泡串联来控制电流相同，将两个规格不同的灯泡并联来控制电压相同，这样一来，学生就能深刻理解控制变量的意义及如何实现变量的控制了.

（2）放手得出结论.在研究动能与哪些因素有关的探究中，不仅要在实验设计时放手，还需要在得出结论时放手.在学生得出的结论中，会出现一些不正确的结论：在物质的质量相同时，物体被举得越高，动能越大；在高度相同时，物体的质量越大，动能越大；在物体的速度相同时，质量越大的物体把物体B撞得越远；在物体的质量越大时，速度越大的物体将物体B撞得越远.若犯以上错误的学生是对变量的控制不理解，对现象与结论不能进行区分.放手让学生自己得出结论，则会发现学生中存在的问题，此时再让学生来说一说以上说法为什么是错误的，这样对实验的思路则会更清晰，也理清了结论与现象的关系.

（3）放手反思分析.在测定空气中氧气的体积分数这一探究活动中，学生测出来的值可能与理论值会不一样，为提高说理能力，可让学生分析说明测量结果偏大或偏小的原因.像这样的误差分析，是很容易出现错误的，因为测量结果偏大或偏小也就是两个不同的方向，不过，只要有严密的逻辑思维过程也就不容易错了.所以，在教学中要经常给学生这样的机会锻炼.

（4）放手学生说题.在习题教学中，我们习惯于教师为主导，往往忽略了学生的主体性.放手让学生说题，特别是说“为什么这个答案是正确的？”“为什么会想到这样做？”这样的分析说理，不仅能充分体现以学生为主体，更是突出了思维能力的培养，特别是逻辑思维能力的培养.

3培养说理能力的注意点

3.1示范性

教学中要做好如何说理的示范，特别注意说理时要有充分的证据，说理要有严密的逻辑思维过程，说理的语言要简洁、规范.

3.2全体性

教学要面向全体，说理能力的培养也要面向全体，不过，学生的思维能力的基础不同，所以对不同层次学生的要求也应不同，在教学中要关注到全体，对各个层次的学生要区别对待.

3.3全程性

在科学教学的全程中，都可对学生进行说理能力的培养，要不断改进教学，以更好地培养说理能力.

3.4阶段性

在不同阶段，学生的说理能力发展水平是不同，因此，在教学中，不能操之过急，要循序渐进.