全息交互协作学习终端助力科学推理

路虹剑 王澎

摘要科学推理是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法。在科学探究过程中，学生对数据进行深入分析，提取数据中蕴含的有用信息，形成结论。这是一种重要的探究技能，我们应当重视培养学生分析和解释数据的能力。全息交互协作学习终端以三维立体优势创设虚拟仿真探究情境，培养学生的证据意识，培养学生的逻辑思维，培养学生的分析能力，对学生科学思维有推动促进的作用。

关键词 科学推理 科学思维 获取证据

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.18.040

Holographic Interactive Cooperative Learning Terminal Helps Scientific Reasoning

LU Hongjian[1]， WANG Peng[2]

（[1] Beijing Dongcheng District Institute of Educational Sciences， Beijing 100009；[2] Beijing Dongcheng District Hepingli No.9 Primary School， Beijing 100013）

Abstract： Scientific reasoning is a method to study the law of reasoning through generalization， abstraction and reasoning on the basis of experiments. In the process of scientific inquiry， students analyze the data deeply， extract useful information contained in the data and form a conclusion. This is an important inquiry skill， we should pay attention to the cultivation of students’ ability to analyze and interpret data. The holographic interac？ tive cooperative learning terminal creates virtual simulation inquiry situation with three-dimensional advantages， trains the students’ evidence consciousness， trains students’ logical thinking， and trains their analytical ability， which promotes the scientific thinking of students.

Keywords： scientific reasoning； scientific thinking； obtaining evidence

科學推理是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法。科学推理形成并运用于科学认识活动，是一个从具体到抽象，再从抽象到具体的过程，通过概念、判断、推理，在思维中再现客观事物的本质，并真实反映客观事物的运动规律。在科学活动中，科学推理必须严格合乎逻辑。

全息交互协作学习终端以三维立体优势创设虚拟仿真探究情境，对学生科学思维有推动促进的作用。同时激发学生学习科学的兴趣和积极性，使学生积极参与联想、推理等学习活动，促进学生的科学思维向深度发展，提升学生的解决问题的能力，落实学生的核心素养发展。

培养学生的证据意识

科学推理要讲究实证，运用证据来发展和修正科学解释。证据可以是实验中获得的数据，也可以是自然现象、生活经验，还可以是科学事实、科学史。学生作出推理时，教师要引导他们依据已有的知识或经验进行符合逻辑的推断，并说出猜测的理由，强化他们的证据意识。

在《化石带给我们的信息》一课中，学生模拟化石专家挖化石，挖到了不完整生物的化石。学生提问：“化石上的生物是什么？”由于化石中的生物离现在比较久远，我们只能根据化石中生物的形态和同时期化石中的其他生物形态进行想象，推理出化石中生物的完整形态。当然这个过程是非常困难的。

本课中学生根据古生物的生活环境，推测古生物各部分身体结构的特征，如头部长有尖喙、翅上有爪、有粗壮有力的足等。如何帮助学生将他们头脑中想象出来的古生物的各部分组合在一起，建立古生物的模型呢？全息交互协作终端解决了这个难题，利用它的交互性和虚拟性，让学生在虚拟的环境中充分展开想象，使学生获取证据，为后面的推理提供了依据。

学生仔细观察化石中的生物的身体结构，会发现：化石中的生物有躯干和颈、身体表面长有羽毛、身长15厘米、头部和腿模糊不清……学生通过这些信息猜测化石中的生物可能是鸟，要想进一步证明推测，需要寻找更充分的证据。

这时教师引导学生分析现实中鸟的身体结构，进而推测古鸟的身体结构。我们假想古鸟生活在森林环境中，就要综合分析森林环境中鸟的喙、胸骨、翅、足、爪的特点，分析时就可以参考iPad中呈现的现实中鸟的各部分结构，从而初步推测假想的古鸟的样子。

接下来学生利用全息设备对初步推测的古鸟的样子进行验证。一台全息交互协作终端支持四个小组使用，分别是小猫组、考拉组、斑马组、大象组，点击全息交互协作学习终端上的古鸟的结构按钮进行选择。有的组学生选择的古鸟头部有个尖的喙、胸骨是鼓起的，翅上有爪、长有纤细轻盈的足、爪是无蹼的。有的组学生选择的古鸟头部有个带钩的喙、胸骨是鼓起的，翅上无爪、长有粗壮有力的足、爪是无蹼的。学生根据分析，利用全息交互协作学习终端构建了一个假想的古鸟的样子。这是学生借助全息交互协作学习终端获取证据进行推理的第一步。

学生提出问题：“推想出的古鸟是否能在环境中获取食物和躲避天敌呢？”这时全息交互协作学习终端的屏幕上以动画的形式呈现四个小组假想的古鸟在环境中是否能生存，结果有的小组的古鸟能生存，有的小组的古鸟被天敌吃了。学生开始思考为什么自己小组假想的古鸟会被天敌吃掉。他们通过全息交互协作学习终端对模拟场景中的古鸟进行分析，发现古鸟的飞行能力不是太好，如果翅膀上没有爪子，很容易从树上掉到地上，被守在树下的热河龙吃掉。于是学生修正之前的假想，认为古鸟的翅膀上应该有爪子。这是学生借助全息交互协作学习终端获取证据进行推理的第二步。

接下来，学生运用上述方法，根据全息交互协作学习终端上呈现对古鸟身体结构的假想结果和在环境中是否能躲避天敌和获取食物，不断地分析和推理，完善自己對古鸟各部分身体结构的分析。

全息交互终端以它的交互性，使学生沉浸在虚拟的古生物环境中，引导学生运用已有的知识和已掌握的资料推测未知的知识，培养和发展学生的科学推理能力。

培养学生的逻辑思维

逻辑是指思维的规律，思维的逻辑性就是指思维过程有一定形式、方法，是按照一定规律进行的。推理是一个能动地反映客观现实的理性认识过程，逻辑是推理的重要特征。在学生的认知过程中，要遵循逻辑规律来引导学生推理，依据事物或现象的发展规律，用已经发生的事实交叉印证，经过大脑复杂的信号处理及过滤，找出正确的实践逻辑。

《化石带给我们的信息》一课的逻辑推理如右上图。在引导学生推理的过程中，如何帮助他们结合环境分析古鸟的身体结构呢？教师以始祖马的例子引导学生学习推理的方法。始祖马生活在森林环境中，学生推测它的身形可能不是太高大，以嫩叶为食。随着环境的变化，丛林退去，草原的面积不断增大，这时候始祖马的体形会有什么变化呢？学生推测：草原环境中，没有高大的树木和灌木丛，马就不能通过跳跃躲避敌人了，而需要靠快速奔跑躲避敌人，所以身形就应该变得高大，腿变得更长，蹄子也会更适合奔跑。学生通过始祖马的例子，认识到生物的身体结构要适应不断变化的生活环境，并类比推理古鸟的环境与身体结构的关系。

本课中，学生首先观察化石图片，认为古鸟的胸骨是扁平的。为了验证学生的推测是否准确，教师引导学生继续观察图片上古鸟的爪，发现古鸟的爪大而尖，能够抓住树干，判断古鸟可能生活在森林中。再结合iPad上的资源，发现森林中的现代鸟飞行胸骨是鼓的，从而修改了自己对古鸟的胸骨是扁平的认识。学生通过此方法推理出古鸟身体各部分结构特征，并利用全息交互协作学习终端将假想的古鸟的形态以360度立体结构展现在面前。学生细心观察，描述解释说明，给出例证，建立联系，最终展现学生假想古鸟在他们推测的环境中是否能获取食物、是否能躲避天敌，助力学生思维发展，验证假想结果。为进一步洞察教学推理内涵，有必要对其特征进行解析，从而使学生逐步理解环境与生物结构的关系，生物的结构要适应不断变化的环境，同时促进学生逻辑、思维、空间建构等素养发展。

培养学生的分析能力

课程标准明确指出，科学探究需要围绕已提出和聚焦的问题设计研究方案，通过收集和分析信息获取证据，经过推理得出结论，并通过有效表达与他人交流自己的探究结果和观点，能运用科学探究方法解决比较简单的日常生活问题。

本课中学生借助证据对古鸟的身体结构分析如下：

第一组学生主要分析古鸟喙的特点：我们小组首先从化石图片上观察古鸟喙是尖的，推断古鸟可能生活在森林中，再结合iPad中森林环境中现代鸟的照片和视频，把现代鸟的喙与古鸟喙的结构相比对。我们还在全息交互协作学习终端上看到古鸟用尖的喙捕食，进一步判断古鸟的喙应该是尖的，以此帮助古鸟在森林中生活。

第二组学生主要分析古鸟腿的特点：我们小组首先从化石图片上观察古鸟的爪是无蹼的，根据这个特点我们推断古鸟可能生活在森林中：其次我们在全息交互协作学习终端上看到古鸟飞行不是很好，进一步判断古鸟的腿纤细轻盈，这样才能使身体轻盈利于古鸟在森林中生活。

由上可知，在科学探究过程中，学生对数据进行深入分析，提取数据中蕴含的有用信息，形成结论。这是一种重要的探究技能，可以说分析和解释数据的能力是儿童重要的科学素养，我们应当重视培养学生分析和解释数据的能力。