运用反证法培养学生的实证意识——以《空气有质量吗》为例

马基法

浙江省余姚市第二实验小学 浙江省 余姚市 315400

关于对空气认识的要求在2017 版小学科学课程标准中指出第一学段要让学生观察并描述空气的颜色、状态、气味等特征，对空气有一个浅显的认识；第二学段通过各种活动要让学生知道空气具有质量并占有一定的空间，空气总会充满各处。为此2019 年秋很多版本的科学教材在三年级中都涉及了对空气是否有质量的研究。青岛版通过天平称出排球的质量，再排出空气称出质量，观察前后数据引导学生发现问题。苏教版通过在小天平两端各挂一个充等量空气的气球使之平衡，再放掉其中一个气球的空气，观察小天平的前后变化。两者设计原理类似，都以“排气法”来测量或感受空气的质量。而教科版先让排球和绿豆分别在小天平两端平衡，再给排球打气，来观察发现空气的质量，这种“充气法”也是没有什么难度的认识过程。它们所具有的价值意义都是十分可疑的，承载不了单一知识性结果之外的其他有价值意义的内容目标。为此笔者运用反证法对该课的教学进行了大胆的尝试。

一、优化逻辑，培养实证意识

逻辑推理能力是一种非常重要的思维能力。对于一般的推理，小学生需要按照因果关系来进行，先明确假设，然后再推导出最后的结果。比如：教师拿一把旧锁和一把新锁到教室，先让学生观察这两把锁有什么不一样，同时又把这两把锁的钥匙放在同一个地方，让学生来猜哪把钥匙对应哪一把锁。他们通过观察后把钥匙的新旧和锁的新旧进行了一一对应，这就是一种推理能力的训练。新的锁对应新的钥匙，旧的锁对应旧的钥匙，这种推理能力需要学生通过充分地观察，留心细节，找出细节与细节之间的逻辑关系来判断。而反证法却又不同于一般的推理，其步骤为：先假设结论不成立→再通过推理找矛盾→最后根据矛盾得到原结论成立。这里合情的符合逻辑的推理是解决问题的关键。如《空气有质量吗》一课，可先出示两端分别挂有皮球和绿豆的简易天平。引导学生思考，此时天平保持水平说明什么问题?学生自然会想到天平两端的质量相同。教师继续追问，是什么的质量和绿豆的质量相同呢？以此来引出话题“皮球内的空气有质量吗”。以下是在教师引导下，学生进行逻辑推理的一个片段。

师：假设皮球内的空气没有质量，此时天平平衡可认为是谁的质量和绿豆的质量相同？

生：做皮球的橡胶。

师：那怎么利用这套装置来研究空气是否有质量呢？

生：给皮球打气呗。

师：打入多少筒空气？1 筒可以吗？

生：不行，如果质量很轻天平两端看不出变化的。我觉得应该打入8 到9 筒吧。

师：大家认同吧，好，那就凑个整打入10 筒空气吧！按照原先的假设现在皮球的质量和刚才皮球的质量应该……

生：不变。

师：如果天平仍然保持平衡，说明什么问题？

生：空气没有质量。

师：如果天平向充气皮球一端倾斜，说明什么问题？

生：说明空气是有质量的。

师：好，那我们做实验试试看……

经过这样的教师引导，学生的逻辑推理有序，实验后根据实验现象比较容易找到矛盾所在，继而推翻原先的假设，顺利的得出空气有质量的结论。至于天平倾斜后，需要放多少粒豆子才能让天平重新平衡的活动无非就是让打入的10 筒空气的质量显性化而已，目的就是让学生感受到空气的质量可以用其他物体的质量来衡量。

再者培养学生的实证意识，还应强调科学反证同样是经得起我们实验检验的。为此笔者根据教材要求引导学生继续给皮球打10 筒空气，重复了上面的实验。

师：现在我们能马上得出“空气有质量”这个结论吗？

生：（思考片刻）不行，我们只做了一次，有可能是凑巧呢！

师：那怎么办呢？

生：再继续给皮球打入10 筒空气吧，看看结果是否根刚才一样。

师：大家认同吗？好，那我们就按照他的方法再做一次实验吧……

这样的设计是很有必要的，通过重复实验来比较前后几次的实验结果，不仅避免了实验的偶然性，而且能让学生意识到在反证中多次实验寻找矛盾点是非常严谨的。

二、有效拓展，避免反证漏洞

使用反证法时应周密考察原命题结论的否定事项，防止否定不当或有所遗漏。本课的否定事项为：皮球内的空气没有质量。实验时，当皮球内充入空气后天平向皮球端倾斜，大部分学生会得出空气有质量的结论，但也不乏有思维缜密的学生提出该实验只能证明打入的空气有质量，不能证明皮球内原先的空气有质量。在未仔细研究反证法之前，我们往往会反问学生，“原先皮球中的空气是哪里来的”以此来规避反证的漏洞。其实学生的想法是正确的，因为教师准备的皮球是课前充好空气的，学生们并未看到准备的过程，其次在逻辑上也的确有点小问题。所以建议教师课前应当着学生的面给一个瘪皮球打足气，规范的演示能让学生明确打气“一筒”的标准，为后续学生自己给皮球充气埋下伏笔，同时也能让学生意识到皮球内外的空气其实是一样的。

当然我们也可以吸取其他版本的精华，采用“排气法”进行有效的拓展引导。

师：现在我们只能证明打入的空气有质量，那怎么证明皮球内原先的空气也有质量呢？能用课前的这套装置解决问题吗？

生：将皮球里的空气放出大部分，再将皮球放入小桶中，看天平会怎样。

师：看到什么现象能说明皮球内原先的空气有质量。

生：当小天平向放绿豆端倾斜能说明空气有质量。

师：好，请你上台来试一试……

这样的拓展避免了反证的漏洞，集“充气法”和“排气法”的优势于一体，能使学生认识到皮球内外的空气都是有质量的，继而达成空气有质量的共识。

总之，在小学科学个别课例中实施“以退为进，引出荒谬，以谬制谬，克敌制胜”的反证法是切实可行的。只要我们遵循创设情境，渗透反证思想；优化逻辑，培养实证意识；有效拓展，避免反证漏洞这几个原则，学生的逻辑思维推理能力和科学实证意识就能得到有效的提升。