□黃鵬飛

（溫州市教育教學(xué)研究院，浙江溫州 325000）

理性思維是核心素養(yǎng)的重要組成部分，它要求學(xué)生崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法；尊重事實(shí)和證據(jù)，有實(shí)證意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度；邏輯清晰，能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等。[1]理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式。

義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的附錄中呈現(xiàn)了部分課例，它們對教學(xué)提供了重要的示范作用，現(xiàn)對其中的“探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)”這一課例進(jìn)行評析，以探討在初中科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生理性思維的策略。

一、引發(fā)觀點(diǎn)碰撞，發(fā)展實(shí)證意識

皮亞杰認(rèn)為，認(rèn)知沖突的產(chǎn)生是認(rèn)知發(fā)展的一個重要條件。產(chǎn)生認(rèn)知沖突會導(dǎo)致認(rèn)知結(jié)構(gòu)不平衡，從而激發(fā)學(xué)生去解決沖突、產(chǎn)生新的平衡。引發(fā)學(xué)生之間產(chǎn)生觀點(diǎn)碰撞是引發(fā)認(rèn)知沖突的重要途徑之一。有了觀點(diǎn)碰撞，學(xué)生勢必為證明自己觀點(diǎn)的合理性（或者他人觀點(diǎn)的不合理）而尋找證據(jù)支持，在證據(jù)的例舉與辨析中可以發(fā)展學(xué)生的實(shí)證意識。

而要引發(fā)觀點(diǎn)碰撞，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生運(yùn)用多種方式進(jìn)行開放性的討論交流，在這個過程中使學(xué)生學(xué)會理性、客觀地對待他人的看法和觀點(diǎn)。[2]58

（一）教學(xué)片段一

問題1：液體內(nèi)部有沒有壓強(qiáng)？

師：例如，把一個立方體放在水中（如圖1），水對立方體的各個面是否有壓強(qiáng)？

生1：水對立方體向下有壓強(qiáng)，向側(cè)面有壓強(qiáng)，向上沒有壓強(qiáng)。

生2：水對立方體各個面都有壓強(qiáng)。師：有什么經(jīng)驗(yàn)支持你們的猜想？生：潛入水中感受到水的壓力，耳膜感受到壓力，胸悶感等。

圖1

（二）設(shè)計(jì)意圖分析

片段一中通過把一個抽象的問題（液體內(nèi)部有沒有壓強(qiáng)）首先轉(zhuǎn)化成一個可視化的直觀問題（水對立方體的各個面是否有壓強(qiáng)），這樣有利于學(xué)生準(zhǔn)確理解和思考問題，因?yàn)闇?zhǔn)確接受刺激是引發(fā)認(rèn)知沖突的前提。而后，不同的學(xué)生提出了不同的觀點(diǎn)，這為觀點(diǎn)碰撞創(chuàng)設(shè)了條件。接著，通過追問要求學(xué)生提出支持猜想的經(jīng)驗(yàn)，這與科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中將提出猜想和假設(shè)這一探究要素設(shè)定的達(dá)成目標(biāo)相符，即能提出猜想和簡單的假設(shè)，并陳述理由。[2]14這種通過對相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的不斷例舉，不僅能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生去辨析觀點(diǎn)與證據(jù)的合理性，同時有利于提升學(xué)生對證據(jù)重要性的認(rèn)識，有利于發(fā)展其實(shí)證意識。

二、構(gòu)建證據(jù)鏈，發(fā)展得出結(jié)論的能力

PISA將“運(yùn)用科學(xué)知識以解釋科學(xué)現(xiàn)象，并對科學(xué)相關(guān)問題作出以證據(jù)為基礎(chǔ)的結(jié)論”作為科學(xué)素養(yǎng)的重要內(nèi)涵之一。[3]證據(jù)是結(jié)論的基礎(chǔ)，證據(jù)的科學(xué)性決定著結(jié)論的科學(xué)性，運(yùn)用證據(jù)是理性思維的重要基礎(chǔ)。

證據(jù)鏈指一系列客觀事實(shí)與物件所形成的證明鏈條。與單一的證據(jù)相比，由于證據(jù)鏈中的證據(jù)能夠相互印證，因此它可以提高證據(jù)本身的有效性，同時也提高了相關(guān)結(jié)論的科學(xué)性。

初中科學(xué)教學(xué)中，教師要提升學(xué)生對證據(jù)鏈重要性的認(rèn)識，促進(jìn)其養(yǎng)成構(gòu)建證據(jù)鏈的習(xí)慣，發(fā)展其得出科學(xué)結(jié)論的能力。

（一）教學(xué)片段二

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。師：怎樣用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你們的猜想？

例如，用圖2（a）的實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證液體對容器底部有壓強(qiáng)。那么，怎樣驗(yàn)證液體對立方體下表面有向上的壓強(qiáng)？

圖2

生1：把下端蒙有橡皮膜的玻璃管插入水中，可以看到橡皮膜向上凸出，如圖2（b）。

生2：把下端有卡片的玻璃筒插入水中，可以看到水把卡片托住。

生3：把底面鉆有小孔的透明塑料瓶插入水中，可以看到水從小孔向上噴涌。

（二）設(shè)計(jì)意圖分析

獲取證據(jù)以驗(yàn)證猜想從而得出結(jié)論，這是科學(xué)探究的過程要素之一。片段二結(jié)合給出的器材，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證“液體對立方體下表面有向上的壓強(qiáng)”這一具有爭論性的觀點(diǎn)。教學(xué)中，一位學(xué)生設(shè)計(jì)并獲取了橡皮膜向上凸起的證據(jù)，但是，教師并沒有就此引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論，而是繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生獲取其他證據(jù)（如生2、生3的證據(jù)）。由于對相同的現(xiàn)象（如把下端蒙有橡皮膜的玻璃管插入水中，看到橡皮膜向上凸出）可以有不同的解釋，因此需要用新的證據(jù)作出判斷和進(jìn)一步論證，這種系列化證據(jù)的獲得過程有利于學(xué)生理解科學(xué)探究中事實(shí)與解釋的關(guān)系。[2]81同時，由于這些證據(jù)真實(shí)可靠，每一個證據(jù)都支持了液體對容器底部具有向上的壓強(qiáng)這一猜想，且證據(jù)之間能夠相互印證。因此，基于獲得的證據(jù)鏈可以得出液體對容器底部產(chǎn)生向上壓強(qiáng)的科學(xué)結(jié)論，且這一結(jié)論具有高度的可靠性。

三、呈現(xiàn)思維過程，發(fā)展邏輯推理能力

心理學(xué)上把兩個判斷聯(lián)系起來，從而獲得一個新判斷的過程，稱為推理。而科學(xué)的推理必須符合邏輯。邏輯推理是科學(xué)思維的重要組成。

由于每個人的時間與精力都是有限的，所以不可能獲得無限的證據(jù)去檢驗(yàn)觀點(diǎn)或得出結(jié)論。所以，科學(xué)教學(xué)中應(yīng)重視發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力，即發(fā)展基于有限的證據(jù)，結(jié)合邏輯推理去預(yù)測和解釋現(xiàn)象、得出結(jié)論的能力。而要發(fā)展邏輯推理能力，教學(xué)中必須呈現(xiàn)學(xué)生的思維過程，以便及時發(fā)現(xiàn)其中的邏輯缺陷，幫助學(xué)生修補(bǔ)與完善。

（一）教學(xué)片段三

問題2：液體內(nèi)部壓強(qiáng)有什么特點(diǎn)？

師：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小可能與哪些因素有關(guān)？你是怎樣思考的？

生1：因?yàn)橐后w內(nèi)部向各方向都有壓強(qiáng)，所以我猜想壓強(qiáng)的大小與方向有關(guān)。

生2：在圖2（b）的實(shí)驗(yàn)中，我發(fā)現(xiàn)玻璃筒插入水中越深，橡皮膜向上凸出越明顯，因此我認(rèn)為液體壓強(qiáng)與所在液體內(nèi)部的深度有關(guān)。

生3：因?yàn)橐后w產(chǎn)生壓強(qiáng)與液體重力有關(guān)，而其重力與液體的密度有關(guān)，因此我認(rèn)為液體壓強(qiáng)與液體的密度有關(guān)。

要求學(xué)生利用壓強(qiáng)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并通過實(shí)驗(yàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)證猜想。

從數(shù)據(jù)分析可知：同一液體內(nèi)部的同一深度的各個方向上壓強(qiáng)大小相等，并隨深度的增加而增大。液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體的密度有關(guān)，在同一深度上，液體的密度越大，壓強(qiáng)越大。

（二）設(shè)計(jì)意圖分析

片段三中，首先通過創(chuàng)設(shè)“液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小可能與哪些因素有關(guān)？你是怎樣思考的？”這一問題，不僅呈現(xiàn)了學(xué)生對問題的思考結(jié)果，而且也呈現(xiàn)了學(xué)生的思維過程。這為后續(xù)的思維完善創(chuàng)設(shè)了條件。而后，不同的學(xué)生呈現(xiàn)了不同的結(jié)果。生2提出的猜想基于實(shí)驗(yàn)獲得的證據(jù)，比較合理。生1與生3的猜想雖然基于推理，但是由于這一過程存在邏輯缺陷，故而影響了結(jié)果的合理性。通過后續(xù)對生1、生3猜想的分析與驗(yàn)證，可以幫助學(xué)生確認(rèn)這些猜想是錯誤，同時促使其認(rèn)識到猜想之所以出錯，其關(guān)鍵是推理過程中存在缺陷。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生不斷彌補(bǔ)這些缺陷，促進(jìn)其邏輯推理能力的發(fā)展。

四、促進(jìn)問題解決，發(fā)展高階思維

高階思維，是指發(fā)生在較高認(rèn)知水平層次上的心智活動或認(rèn)知能力。在布魯姆教育目標(biāo)分類中表現(xiàn)為分析、評價和創(chuàng)造。[4]問題解決是學(xué)習(xí)者發(fā)現(xiàn)一個由先前習(xí)得的規(guī)則所組成的聯(lián)合，并計(jì)劃運(yùn)用這些規(guī)則去獲取一個新的問題情境的答案。其結(jié)果不僅僅“解決了這個問題”，而且也學(xué)會了某些新的東西。[5]在問題解決過程中，學(xué)習(xí)者必須要分析問題解決的條件，檢索并提取相關(guān)的規(guī)則、概念和原理，選擇合適的策略以決定何時及如何運(yùn)用這些規(guī)則、概念和原理以解決問題，同時還要學(xué)習(xí)評價問題的解決效果等。所以，問題的解決過程會涉及分析、綜合、評價與創(chuàng)造等，它是發(fā)展高階思維的重要途徑。

教學(xué)時，要基于學(xué)生的理解能力創(chuàng)設(shè)適切的問題，引導(dǎo)學(xué)生主動地思考和解決問題，同時，要預(yù)測學(xué)生在問題解決過程中遇到的挑戰(zhàn)，并設(shè)計(jì)好一定的“支架”幫助學(xué)生自己去解決問題，并以此發(fā)展高階思維。

（一）教學(xué)片段四

師：對此結(jié)論你有無疑惑？

生1：我認(rèn)為液體的壓強(qiáng)應(yīng)當(dāng)與液體重力有關(guān)，液體的重力越大，壓強(qiáng)越大，但在結(jié)論中卻沒有反映這一因素，難道與液體重力無關(guān)嗎？

師：這個問題提得非常好。我們怎樣來檢驗(yàn)液體壓強(qiáng)是否與液重有關(guān)呢？

師：如果用一端蒙有橡皮膜的玻璃筒加水來實(shí)驗(yàn)（圖3）。隨著注水深度的增加，可以顯示液體的壓強(qiáng)增大，但影響壓強(qiáng)增大的原因可以說是深度增加，也可以說是液重變大。怎樣才能作出正確的判斷呢？

生：將實(shí)驗(yàn)裝置改造一下，使得水量保持相同而深度不同，或者深度保持相同而水量不同，就可進(jìn)行檢驗(yàn)了。按圖3的裝置進(jìn)行演示，顯示了深度是決定液體內(nèi)部壓強(qiáng)的因素而不是液重。

（二）設(shè)計(jì)意圖分析

圖3

片段四教師創(chuàng)設(shè)了一個讓學(xué)生質(zhì)疑的機(jī)會，學(xué)生提出了“液體壓強(qiáng)難道與重力無關(guān)？”的問題。針對學(xué)生的問題，教師要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)方案以解決問題，同時提供了一個“支架”——實(shí)驗(yàn)器材及原理介紹。針對此，學(xué)生結(jié)合先前幾個實(shí)驗(yàn)的相關(guān)原理（如液體對容器底部有壓強(qiáng)且壓強(qiáng)越大則底部形變的程度越明顯等），并利用給定的實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出“保持兩容器中的水量相同，以觀察底部的形變程度”這一實(shí)驗(yàn)方案，從而有效地解決了問題。這一問題解決過程涉及科學(xué)原理的運(yùn)用、變量的控制、現(xiàn)象的觀測等，同時還要通過具體操作以評價方案實(shí)施效果。因此，這一問題的解決有利于發(fā)展學(xué)生的高階思維。

初中科學(xué)教學(xué)中，應(yīng)重視以問題解決為中心，促使學(xué)生準(zhǔn)確地理解科學(xué)知識，靈活運(yùn)用科學(xué)方法，充分使用科學(xué)證據(jù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以此發(fā)展學(xué)生的理性思維。同時，通過理性思維的發(fā)展可以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的進(jìn)一步提升?！酲?/p>