雍星星

摘要在科學研究中，有一類研究叫作“解暗箱”。從本質上來講，“暗箱”是一種難以打開，也不能從外部直接觀察內部狀態(tài)的系統(tǒng)，我們只能通過外部信息推測里面的情況。而由表及里的思維過程，其實就是基于證據、現象和經驗的推理、批判性思考的論證過程。由證據出發(fā)，經由每一步嚴密的邏輯分析和論證，實現“解暗箱”的目的。筆者以《暗箱里的秘密》一課的教學闡述在教學中如何引導學生“解暗箱”，發(fā)展學生的高階思維。

關鍵詞 解暗箱 高階思維 邏輯分析 論證

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.24.013

Demonstrative Teaching Based on"Solving the Dark Box"

——Take the lesson "secrets in the dark box" as an example

YONG Xingxing

（Dingshan Experimental Primary School of Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing， Jiangsu 210031）

Abstract： In scientific research， there is a kind of research called "solving the dark box". In essence， the"black box" is a system that is difficult to open and cannot directly observe the internal state from the outside. We can only speculate about the situation inside through external information. The thinking process from the out？ side to the inside is actually an argumentation process of reasoning and critical thinking based on evidence， phe？ nomenon and experience. Starting from the evidence， through each step of rigorous logical analysis and demon？ stration， the purpose of "solving the black box" is realized. Based on the teaching of the secret in the dark box， the author expounds how to guide students to "solve the dark box" and develop students’ high-order think？ ing.

Keywords： solving the dark box； higher order thinking； logic analysis； demonstration

在科學研究中，有一類研究叫作“解暗箱”。從本質上來講，“暗箱”是一種難以打開，也不能從外部直接觀察內部狀態(tài)的系統(tǒng)，只能通過現象來對比、分析、推測真實的內部情況。在小學科學教學中，也有類似的教學活動，比如研究火山、地震、身體、神經、大腦等主題時，我們只能通過外部信息推測里面的情況。而由表及里的思維過程，其實就是基于證據、現象和經驗的推理、批判性思考的論證過程。由證據出發(fā)，經由每一步嚴密的邏輯分析和論證，實現“解暗箱”的目的。筆者以《暗箱里的秘密》一課的教學闡述在教學中如何引導學生“解暗箱”，發(fā)展學生的高階思維。

教學分析

《暗箱里的秘密》一課側重針對事物內部進行猜測。教師首先出示“狡兔三窟”的故事，讓學生通過猜測、畫兔子逃跑的路線，來認識什么是暗箱——不能隨意打開或者不易打開。其次，開展判斷暗箱中障礙物的位置活動，通過收集到的信息和生活經驗，思考、推斷障礙物的位置。最后，將學習延伸到生活，列舉生活中解暗箱的事例，讓學生認識到人們就是通過各種方法解決生活中的暗箱。

“狡兔三窟”和“猜測暗箱中障礙物位置”兩個活動，實際上都是學生在進行解暗箱。學生要根據眼睛看到的、耳朵聽見的、手上感覺到的等感知信息以及生活、知識經驗來合理、科學地判斷“暗箱”里的情況，接受、思考他人的質疑并進行再推理，共同商討、交流，形成最終的觀點。教師在教學過程中，不斷引導學生基于證據進行推理，讓學生對自己的觀點負責任，表達要做到有理有據。

本課教學設計分為四個環(huán)節(jié)：情境啟動，明確暗箱；利用信息，分析暗箱；類比建模，揭秘暗箱；聯(lián)系實際，延伸暗箱。每一個環(huán)節(jié)都有各自的側重點，每一個學習過程都需要思維參與——質疑、批判、分析、類比、解釋、推理，論證思維始終貫徹其中，本課的教學流程如下圖。

情境啟動，明確暗箱

對于一年級學生來說，經驗尤為重要，它是學習的起點，而這些經驗就隱藏在他們的生活中。創(chuàng)設貼近學生生活經驗和符合認知發(fā)展階段的情境，有利于學生順利進入學習狀態(tài)，激發(fā)學習興趣。本教學選取的情境中包含小兔子、大灰狼、山洞等要素，這些都是學生知識儲備中的信息，而且這種童話般的事物更符合一年級學生的認知特點。另外，這些要素組成的情境正是指向本課重點——“暗箱”概念。這一概念的獲得絕不是教師直接呈現的，而是學生根據情境中的事物關系和觀察分析，推理獲得的。

學生觀看“狡兔三窟”動畫，發(fā)現小兔子能從左邊的洞進去，右邊的洞出來，聯(lián)系“火車過山洞”的生活經驗，學生得出“山坡中有通道”的結論。學生根據“兩只小兔子都從左邊一個洞進去，分別從右邊兩個洞出來”的現象，分析得出“山坡中的通道可能有兩條”的結論，并畫出自己認為的山坡里面的路線情況，同時根據自己畫的路線，重新推演情境，驗證小兔子根據自己畫的路線是否能夠成功逃脫。雖然這一系列的結論都是學生根據現象和經驗推理出來的，不需要過多的思維加工，但真正體現了從證據到結論的論證過程。教師在教學中不斷地進行語言引導，培養(yǎng)學生講證據、重推理的思考習慣，讓學生在整個活動中經歷“解暗箱”的思維過程。

利用信息，分析暗箱

論證式教學強調學習過程的思維參與和邏輯推理，是基于證據的推理和論證，因此證據是論證的前提條件。證據的來源可以是直接感官獲得的信息、借助工具獲得的信息、資料素材、知識儲備、生活經驗等。這些材料中體現的“蛛絲馬跡”和研究主題密切相關，就是關鍵、有力的證據。學生可以組成研究小組，針對研究問題，依據外部感知信息和生活經驗進行預測、作出假設性解釋。這種假設和解釋不再是單一的自我對話，而是一種交互式的思維“博弈”。學生個體要和他人主動對話，在推理、表達、質疑、論證的反復循環(huán)中，達成共識。

教師出示暗箱。學生通過觀察暗箱，發(fā)現暗箱和之前的山坡很相似：密封的，不能打開，也不能直接看到里面的情況，而且是塑料做成的，表面呈現黑色。在“暗箱里面有什么”的問題刺激下，小組輪流玩暗箱，學生會得出不同的結論：里面有個小石頭、有個小鐵塊、有個小棋子、有個小鉛筆頭等，并能說出理由：在晃動暗箱的時候，里面的東西也在動，而且有聲音。教師進一步提出問題：里面的東西可能是什么形狀的？學生會得出不同的結論：正方形的、長方形的、像球一樣的、像石頭一樣的等，此時的結論并沒有經過深度思考，因此教師利用“能不能仔細聽聽聲音，來說說可能是什么形狀的”這一問題進行引導。學生再次慢慢傾斜暗箱，根據物體滾動的聲音和速度判斷可能是小球，因為其他形狀的物體不會滾動，只會滑來滑去，而且速度沒有小球那么快。學生通過聽聲音和對比生活經驗，以及相互交流、商討，分析里面的物體可能是小球。為了進一步促進思維推進，教師要求學生讓小球慢慢地沿著暗箱的四邊滾動，發(fā)現“有一個地方的聲音和其他地方不一樣”，從而判斷此處可能有一個東西。根據“小球撞上去聲音變小，而且小球有一種被反彈起來的感覺”判斷這個物體的材料可能是有彈性的，比如海綿。此環(huán)節(jié)中的活動探討的是“暗箱里面是什么”，但卻經過了層層活動的推進，這是基于一年級學生認知發(fā)展特點的考慮，也是科學論證過程的體現——每一個科學結論的確定都不是一蹴而就的，需要經過一步步嚴密的推理。

類比建模，揭秘暗箱

根據經驗、信息、材料來分析、假設、解釋、推理所得到的結論也并非完全正確。要想獲得真理，只有創(chuàng)造真理得以為之真理的生存環(huán)境。建模活動使學生抽象的心智結構表征化、形象化。學生可以觀測模型來窺視暗箱系統(tǒng)的內部。所以，通過分析暗箱系統(tǒng)中的各個要素，模擬一個仿真暗箱系統(tǒng)，盡可能地來探索暗箱里的秘密，這也是科學研究的重要方法——科學家們無法真實研究宇宙，但可以通過觀測到的信息來建立宇宙模型，研究宇宙。同樣，在科學教學中，我們可以采用建模的方式來研究暗箱。通過模擬暗箱系統(tǒng)，推演現象，來分析真實狀況，以窺真理。另外，建模的另一個重要作用就是驗證基于經驗的推理的科學性，使得原先的論證更加可信、普適。

在玩暗箱的活動中，學生已經得出了幾個可能的結論：里面有個可以滾動的小球、有一個東西固定在暗箱的一個拐角處，而且這個東西可能是海綿，依據是“滾動、聲音變小、反彈的感覺”等感知信息以及生活經驗。在這一環(huán)節(jié)中，學生得到的結論是經過思考和推理的猜想，那么要想確定以上結論的正確性，可以進行模擬驗證。教師提供一套材料：暗箱、小球、小方塊、小三角、海綿塊、木塊等，學生通過動手模擬，驗證結論的科學性。學生分別把小球、小方塊、小三角放在暗箱里面，慢慢傾斜暗箱，通過聲音來感受小球、小方塊、小三角三種形狀的物體在暗箱里面運動的狀況。通過打開盒子來觀察，能夠明確小球是在“滾動”，以及小方塊和小三角則是在“滑動”。再將海綿塊和木塊分別固定在暗箱的一角，再次玩暗箱，通過聲音和是否有“彈”的感覺來判斷兩種物質，并打開來驗證是否正確。

筆者通過提供一套新的實驗模型——可以打開的盒子以及涉及的材料，用建模的方式讓學生動手操作，觀察、驗證自己的結論，既激發(fā)學生的學習興趣，也讓他們經歷了科學建模的過程。

聯(lián)系實際，延伸暗箱

科學研究重視理論和實踐的結合，從實踐中獲得理論，也要用理論更好地指導實踐?？茖W學習絕不僅僅局限于課本知識，而是要將知識、技能、思維運用到實踐中，讓學生能夠利用所學知識解釋現象，解決問題。

教師出示“醫(yī)生借助聽診器了解身體狀況”的例子，讓學生討論“身體是不是暗箱？為什么”“醫(yī)生是怎樣了解身體器官是否健康的”等問題。學生經過討論得出結論：身體的確是暗箱，醫(yī)生也是通過各種方法來了解病人身體狀況的。醫(yī)生要想確定判斷是否準確，會觀察病人的臉色、眼睛、喉嚨等，并通過聽診器、核磁共振、驗血等技術手段進一步確定病人的身體狀況。教師進一步引導學生尋找生活中的“暗箱”以及“解暗箱”的方法，實現學習遷移，加深理解。