以《空气的成分》课堂的推理论证助力学生科学思维进阶

〔摘" "要〕" 科学思维的发展聚焦于质疑、实证和逻辑，推理论证在学生科学思维进阶中起着至关重要的作用。本文以《空气的成分》一课为例，探讨推理论证在促进学生科学思维发展中的作用。通过对空气成分的探究，可以让学生初步了解空气的基本组成以及一些常见的实验方法。在这个过程中，推理论证可以引导学生从实验现象出发，通过观察实验现象、分析数据、提出假设、进行验证等过程，运用科学的方法探究空气的成分，提高学生的科学思维水平。

〔关键词〕" 科学思维；实验现象；推理论证；空气的成分

〔中图分类号〕" G424" " " " " " " " 〔文献标识码〕" A" " " " "〔文章编号〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 082-084

科学思维的发展聚焦于质疑、实证和逻辑，推理论证在学生科学思维进阶中起着至关重要的作用。推理论证主要体现在：基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。在科学实验教学中，通过推理论证可以帮助学生更好地理解科学知识，培养他们的批判性思维和解决问题能力。

本文以沪科教版自然五年级上册第五单元“我们周围的大气”中的第一课时《空气的成分》为例，探讨推理论证如何助力学生科学思维的发展。通过对空气成分的探究，可以让学生初步了解空气的基本组成以及一些常见的实验方法。在这一过程中，推理论证可以引导学生从现象出发，通过观察实验现象、分析数据、提出假设、进行验证等过程，运用推理论证的方法探究空气的成分。这个过程可以很好地帮助学生掌握分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，提高学生的科学思维水平。

一、基于探究实践的逻辑推理

（一）联系生活，引发思考

在教学中，创设真实教学情境可以激发学生内在的学习动机，学生在真实的情境中学习，可以更好地结合自己的知识经验，进行推理论证，进而产生认知冲突。例如，在《空气的成分》的教学中，教师以深呼吸的放松活动导入课堂，让学生切实感受周围的空气，结合生活体验，思考空气的成分并列举能证明空气含有这种成分的实例。学生在活动体验后能够结合生活体验，思考证明空气中有这些成分的一些例子：有的学生发现小时候玩的氢气球里面是氢气，由此猜测空气中有氢气；而有的学生联系之前所学的知识内容，发现我们呼吸需要吸入氧气，呼出的是二氧化碳，以此猜测空气中含有氧气和二氧化碳气体。学生在交流讨论中发生思维碰撞，产生思维冲突，进而激发学生对空气成分做进一步探索和思考。这个过程可以让学生感受到科学与我们的生活密切相关，进而激发他们主动探索空气成分的兴趣和欲望。

（二）实验现象，推理分析

1.对蜡烛燃烧现象的推理分析

交流讨论后，有的学生认为空气中是含有氧气和二氧化碳气体的，但是如何做实验证明，则不清楚。教师在这个过程中可以适时进行引导，以两个有趣的实验展开，并明确活动要求，让学生通过实验动手实践，分析实验现象，讨论实验结果。

例如，在验证空气中有氧气的活动中，学生观察到蜡烛在罩上玻璃杯后燃烧一段时间才熄灭这一现象（如图1），教师引导学生可以结合已学知识进行分析推理。有的学生根据氧气的一些性质，猜想氧气有助燃的作用。教师适时地进行氧气会使带火星的木条复燃的演示实验，引导学生发现燃烧需要氧气、氧气能够助燃的特点。接着，带领学生继续分析罩上玻璃杯后蜡烛熄灭的原因。

从蜡烛燃烧需要消耗氧气这个角度出发，学生逐步推理出杯中充满空气，空气中含有氧气，但是由于烧杯内的空间有限，蜡烛燃烧一会儿后烧杯中的氧气逐渐减少，最终导致蜡烛熄灭。据此，学生推理得出氧气能够助燃、空气中含有氧气的结论。在这个过程中，学生需要有依据地表达自己的观点，分清事实和观点。这种推理过程，不仅让学生深入理解了实验现象背后的科学原理，也培养了他们运用已有知识解决新问题的能力。

2.对石灰水变浑浊现象的推理分析

在开展验证空气中含有二氧化碳的实验前，学生对二氧化碳可以使澄清的石灰水变浑浊的现象并不清楚。教师准备丰富的实验材料，有澄清的石灰水、空气泵和护目镜。实验开始时，让学生向澄清的石灰水中泵入空气，3分钟后，学生观察到石灰水变浑浊的现象。为什么会出现这种现象呢？这引发学生思考。他们讨论发现，肯定是空气中的某种成分可以使澄清的石灰水变浑浊，但到底是哪种气体呢？接下来，教师用气泡水机演示向澄清的石灰水中打入二氧化碳气体的实验。学生发现，把二氧化碳气体打入澄清的石灰水中后，其变浑浊了。通过直观视觉体验，学生知道了二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊这个现象。由此推理得出，原来是空气中的二氧化碳气体使澄清的石灰水变浑浊了，从而验证了空气中含有二氧化碳。

接着，教师播放“将澄清的石灰水放置在室内24h”的视频，学生发现放置在空气中24h后，澄清的石灰水也会变浑浊，而且和空气接触的表面出现了一层膜。教师告诉学生，石灰水表面的这层膜是空气中的二氧化碳气体和澄清的石灰水产生化学反应后的实验现象。这样，学生可以更加确信自己推理的正确性。

二、基于DIS数据的实证分析

将传统实验和"DIS"实验结合是《空气的成分》教学的一大特色，DIS技术的使用可以使实验现象更加直观，丰富了学生的实践体验。在验证空气中有氧气的活动中，学生不仅进行了蜡烛燃烧实验等传统实验，还利用氧气传感器测量学校不同位置空气中的氧气含量，直观地得出不同位置空气中的氧含量差不多的结论，同时解决了蜡烛熄灭时氧气未耗尽的争议。

在验证空气中有二氧化碳的活动中，教师利用二氧化碳传感器测量空气中二氧化碳的含量，为学生的推理提供了直观的数据支持。传统实验和DIS传感器实验的结合，让学生能够将实验现象推理论证和DIS直观数据进行对比分析。例如，在验证空气中有二氧化碳的过程中，学生通过向澄清的石灰水中泵气的实验观察到石灰水变浑浊的现象，初步推理出空气中可能含有二氧化碳气体，而二氧化碳传感器测量空气中二氧化碳含量的演示活动，则用直观的数据进一步证实了学生的推理。这种结合丰富了学生的实践体验，同时使学生更加深入地理解了空气的成分，也提高了他们对科学实验的兴趣和参与度。

三、基于推理论证的思维进阶

（一）开展深度论证

教师在教学中应重视加强对学生思维方式的引导，给予学生广阔的思维空间，锻炼学生的分析、归纳、推理等科学思维能力。例如，在教学中，教师引导学生对现象、数据进行整体分析，引导学生回顾已学知识，尝试用已学知识解释实验现象，引导学生对结论形成的过程进行反思。在验证空气中有氧气的活动中，教师引导学生结合已学知识进行分析推理，从蜡烛燃烧需要消耗氧气这一角度出发，逐步推理出杯中充满空气，空气中含有氧气，蜡烛燃烧一会儿后烧杯中的氧气逐渐减少，最终导致蜡烛熄灭的结论。在验证空气中有二氧化碳的活动中，教师引导学生思考是什么气体导致澄清的石灰水变浑浊的现象，通过实验现象和教师的演示，他们确定这种使石灰水变浑浊的气体是二氧化碳，从而验证了空气中含有二氧化碳的结论。

（二）克服思维定式

在学习本节课之前，学生可能对空气的成分有一些前概念，认为空气就是一种简单的物质。然而，通过实验和推理论证，学生发现空气是一种混合物，含有氧气、二氧化碳、氮气等多种成分。这种大量新事实和新证据的出现，使学生克服了前概念的影响，转变了认知，克服了思维定式。例如，在验证空气中有二氧化碳的活动中，学生开展向澄清的石灰水中泵气的实验，观察到石灰水变浑浊的现象。这个现象与学生之前的认知有所不同，引发了他们的好奇心和探究欲望。通过教师的演示实验和讲解，学生了解到二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，从而推理得出空气中含有二氧化碳的结论。在这个过程中，学生不断接受新的信息和证据，逐渐打破了原有的思维定式，建立了更加科学的认知。

（三）提高思维连贯性

这节课有学生操作和教师演示等多个实验，需要学生长时间聚焦核心问题，减少思维跳跃，这提升了学生的注意力和连贯性思维。例如，在验证空气中有氧气的活动中，学生从蜡烛燃烧的现象出发，进行推理分析，然后通过教师的演示实验和氧气传感器的测量，进一步验证自己的结论。在这个过程中，学生需要始终围绕“空气中是否含有氧气”这个核心问题进行思考，不断收集证据，进行分析和推理。这种专注于一个问题的思考方式，能够让学生减少思维跳跃，提高思维的连贯性。同时，在实验过程中，学生需要按照一定的步骤进行操作，记录实验现象，分析数据，这也有助于培养学生的连贯性思维，使他们能够更有条理地进行思考和解决问题。

综上所述，推理论证在促进学生科学思维进阶中具有重要作用。本文初步探讨了推理论证如何助力学生科学思维进阶的过程，科学教师在教学中应注重推理论证的引导，创设真实教学情境，充分利用网络资源，指导学生开展深度论证，培养学生的结构性、批判性和创造性思维，促进学生科学思维的发展。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]宋雪纯.合作问题解决教学对小学生科学推理能力影响的实践研究[D].金华：浙江师范大学，2021