摘要：根據(jù)活動(dòng)目的和要求的不同，學(xué)生科學(xué)活動(dòng)可分為探究型活動(dòng)和非探究型活動(dòng)，辨析不同科學(xué)活動(dòng)的差異，可以找到其中的關(guān)聯(lián)?？茖W(xué)邏輯可以讓科學(xué)發(fā)現(xiàn)合理化、科學(xué)探究模式化?？茖W(xué)探究活動(dòng)又可分為概念型探究、原理型探究、驗(yàn)證型探究，科學(xué)邏輯與不同科學(xué)探究活動(dòng)的聯(lián)結(jié)樣態(tài)具有差異性。

關(guān)鍵詞：有效聯(lián)結(jié)；科學(xué)邏輯；科學(xué)探究

中圖分類(lèi)號(hào)：G623.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094（2024）09-0112-05

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)以探究和實(shí)踐為主的多樣化學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)，經(jīng)歷科學(xué)探究及技術(shù)工程實(shí)踐的過(guò)程[1]3?？茖W(xué)邏輯研究的對(duì)象是科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)，主要研究科學(xué)活動(dòng)的模式、程序、途徑、手段及其規(guī)則等，探討科學(xué)活動(dòng)的合理性及其標(biāo)準(zhǔn)。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，學(xué)生親身經(jīng)歷的活動(dòng)不一定是探究活動(dòng)，科學(xué)探究活動(dòng)與非探究活動(dòng)的本質(zhì)區(qū)別在于是否蘊(yùn)含科學(xué)邏輯。有效聯(lián)結(jié)科學(xué)邏輯和科學(xué)探究活動(dòng)，可以使科學(xué)發(fā)現(xiàn)合理化、科學(xué)探究模式化，從而優(yōu)化科學(xué)探究過(guò)程。

一、辨析：科學(xué)探究蘊(yùn)含科學(xué)邏輯

科學(xué)活動(dòng)范圍極廣，然而并不是所有的學(xué)生活動(dòng)都是探究活動(dòng)，科學(xué)活動(dòng)包括但不局限于科學(xué)探究活動(dòng)。

（一）探究型活動(dòng)的內(nèi)涵

“探”就是觀察和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)事物表象；“究”是比較、抽象思維，理解事物本質(zhì)[2]。科學(xué)探究是指人們通過(guò)一定的過(guò)程和方法，對(duì)客觀事物和現(xiàn)象進(jìn)行探索、質(zhì)疑和研究?？茖W(xué)探究活動(dòng)是為解決某一問(wèn)題，設(shè)計(jì)特定活動(dòng)或方案，從而探索客觀事物和現(xiàn)象間的規(guī)律，理解事物本質(zhì)。在探究型活動(dòng)中，學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題、思考并設(shè)計(jì)活動(dòng)，從而解決問(wèn)題、獲得新知、發(fā)展能力的過(guò)程。

例如，學(xué)生在觀察鐵釘生銹現(xiàn)象時(shí)，認(rèn)識(shí)到鐵生銹帶來(lái)的不良后果后，自然而然地想知道怎樣才能讓鐵不生銹，由此提出問(wèn)題：鐵生銹到底和什么因素有關(guān)系？為了解決這一問(wèn)題，學(xué)生先進(jìn)行假設(shè)，再設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證假設(shè)，在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中理解“鐵生銹”的本質(zhì)，從而尋找到使鐵不生銹的方法。在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)探究中探尋規(guī)律，在解決問(wèn)題過(guò)程中獲得新知并發(fā)展能力。

（二）科學(xué)探究蘊(yùn)含科學(xué)邏輯

科學(xué)的認(rèn)識(shí)活動(dòng)是依照怎樣的模式、程序、途徑、手段進(jìn)行的呢？如何從事科學(xué)活動(dòng)才是有效、正確、合理的呢？科學(xué)活動(dòng)的合理性標(biāo)準(zhǔn)是什么？對(duì)這些問(wèn)題作出回答就形成了經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的邏輯方法論，簡(jiǎn)稱(chēng)為“科學(xué)邏輯”[3]1-2，涉及發(fā)現(xiàn)的邏輯、檢驗(yàn)的邏輯、發(fā)展的邏輯三個(gè)方面。?科學(xué)邏輯的本質(zhì)是科學(xué)思維，即用科學(xué)思維方法開(kāi)展科學(xué)活動(dòng)。科學(xué)思維是從科學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)及內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)方式，包括比較與分類(lèi)、歸納與演繹、分析與綜合、抽象與概括、批判性思維[1]4-5，是形成概念、建構(gòu)模型的重要思維，亦可稱(chēng)之為科學(xué)邏輯方法。

探究型活動(dòng)是以解決實(shí)際問(wèn)題為目的，以理解事物本質(zhì)為要義的科學(xué)活動(dòng)。除探究型活動(dòng)外，科學(xué)活動(dòng)還包括觀測(cè)型活動(dòng)、體驗(yàn)型活動(dòng)、制作型活動(dòng)。在非探究型活動(dòng)中，活動(dòng)目的單一，學(xué)生思維僅停留在認(rèn)識(shí)事物表象上，未達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)屬性的深度。而探究型活動(dòng)需要學(xué)生在觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探究事物本質(zhì)及其內(nèi)在聯(lián)系。在探究活動(dòng)中，需要綜合運(yùn)用觀察分析、歸納、類(lèi)比、實(shí)驗(yàn)等邏輯方法，更注重獲得科學(xué)知識(shí)的過(guò)程與方法。學(xué)生經(jīng)歷了主動(dòng)獲取知識(shí)的過(guò)程，體現(xiàn)了科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、檢驗(yàn)、發(fā)展的過(guò)程，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，蘊(yùn)含科學(xué)邏輯。

二、溯因：科學(xué)邏輯對(duì)科學(xué)探究的意義

科學(xué)邏輯能夠反映人類(lèi)邏輯思維的普遍規(guī)律，探討科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的模式，能讓科學(xué)探究活動(dòng)更合理。

（一）科學(xué)邏輯讓科學(xué)發(fā)現(xiàn)合理化

科學(xué)探究活動(dòng)的內(nèi)涵是讓學(xué)生像科學(xué)家那樣工作，經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、檢驗(yàn)、發(fā)展的過(guò)程。然而學(xué)生的科學(xué)探究過(guò)程和科學(xué)家的科學(xué)探究過(guò)程卻又是不同的，科學(xué)家的科學(xué)探究活動(dòng)的對(duì)象是人類(lèi)未知的，方法既規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)又有創(chuàng)新；學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)的對(duì)象通常是學(xué)生自己未知的，但在科學(xué)界卻是已經(jīng)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的知識(shí)。在探究過(guò)程中，教師需要把已知的知識(shí)當(dāng)作未知的知識(shí)，用合理的方式讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，這也是科學(xué)邏輯在小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)中的意義。

例如，在“認(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)”的過(guò)程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察螞蟻、蝴蝶等小動(dòng)物，在觀察比較中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)它們身體結(jié)構(gòu)的特征，再尋找更多類(lèi)似的小動(dòng)物，歸納出它們的共同特征，從而認(rèn)識(shí)“昆蟲(chóng)”這類(lèi)動(dòng)物，最后用演繹法認(rèn)識(shí)特殊的昆蟲(chóng)——甲蟲(chóng)。學(xué)生經(jīng)歷的是一個(gè)從“未知”到“已知”的過(guò)程，這樣的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程是合理的。但是如果先告訴學(xué)生螞蟻就是昆蟲(chóng)，然后帶領(lǐng)學(xué)生觀察螞蟻的身體結(jié)構(gòu)，認(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)的共同特征，經(jīng)歷的是從“先知”到“辨知”的過(guò)程，在科學(xué)上不僅容易犯以偏概全的錯(cuò)誤，也不符合科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯。所以，科學(xué)邏輯其實(shí)是讓學(xué)生明白，要用科學(xué)的方法、合理的論證去認(rèn)識(shí)科學(xué)，合理使用科學(xué)邏輯進(jìn)行探究活動(dòng)。

（二）科學(xué)邏輯讓探究過(guò)程模式化

科學(xué)認(rèn)識(shí)的過(guò)程是從未知出發(fā)，在觀察中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)探究、論證，作出合理解釋?zhuān)茖W(xué)理論），并不斷發(fā)展理論的過(guò)程，是從感性的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)上升到理性的理論認(rèn)識(shí)，并用理論指導(dǎo)實(shí)踐的邏輯進(jìn)程。因此，科學(xué)理論的發(fā)展有一定的模式可遵循，對(duì)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)及深化過(guò)程可以遵循以下探究模式（如圖1）。

例如，在認(rèn)識(shí)“絕大多數(shù)液體會(huì)熱脹冷縮”這一科學(xué)知識(shí)時(shí)，可以在觀察生活現(xiàn)象后提出問(wèn)題：一杯熱水倒進(jìn)杯子中，蓋上杯蓋，當(dāng)水變冷后，體積會(huì)變少，這是為什么呢？經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，水在受熱后體積膨脹，受冷后體積縮小，同時(shí)，酒精、煤油、白醋均是如此。由此，可歸納出“液體會(huì)熱脹冷縮”。有沒(méi)有反例呢？有，4℃以下的水會(huì)熱縮冷脹。因此，修正后的表述是“絕大多數(shù)液體會(huì)熱脹冷縮”。在探究過(guò)程中涉及發(fā)現(xiàn)的邏輯、檢驗(yàn)的邏輯、發(fā)展的邏輯，綜合運(yùn)用比較、實(shí)驗(yàn)、歸納、演繹等科學(xué)邏輯方法，符合科學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)深化的一般模式。

當(dāng)然，在學(xué)生的實(shí)際科學(xué)探究中，根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)任務(wù)的需求，有時(shí)會(huì)省略修正和淘汰的環(huán)節(jié)，這是因?yàn)榭茖W(xué)知識(shí)都是經(jīng)過(guò)科學(xué)家們反復(fù)檢驗(yàn)的，無(wú)需學(xué)生修正。但科學(xué)家的探究活動(dòng)卻需要完整過(guò)程，在科學(xué)理論的發(fā)展過(guò)程中，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能找到反例，需要幾代科學(xué)家不停地努力。

三、聯(lián)結(jié)：科學(xué)邏輯優(yōu)化科學(xué)探究過(guò)程

科學(xué)探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生的邏輯思維有較高要求，體現(xiàn)了“具體—抽象—具體”的邏輯思維過(guò)程，科學(xué)邏輯能給學(xué)生科學(xué)探究提供合理化、模式化的支撐。根據(jù)探究目的和探究過(guò)程的不同，學(xué)生探究型活動(dòng)可分為：概念型探究活動(dòng)、原理型探究活動(dòng)、驗(yàn)證型探究活動(dòng)。合理聯(lián)結(jié)科學(xué)邏輯和各類(lèi)科學(xué)探究活動(dòng)，可以?xún)?yōu)化科學(xué)探究過(guò)程。

探究型活動(dòng)主要包括三類(lèi)：概念型探究的目的是整理事實(shí)，建構(gòu)科學(xué)概念，解決“是什么”的問(wèn)題，學(xué)生在探究的過(guò)程中掌握某些特定的科學(xué)知識(shí)，如“物體會(huì)熱脹冷縮”“認(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)”等。 原理型探究的目的是尋求因果、探索原理、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，解決“為什么”的問(wèn)題，如“地下水的成因”“仙人掌儲(chǔ)水的秘密”“溫度變化對(duì)巖石的影響”等。驗(yàn)證型探究的目的是辨別是非、檢驗(yàn)猜測(cè)、驗(yàn)證結(jié)果，解決“怎么樣”的問(wèn)題，如“鐵釘生銹與什么有關(guān)”“影響鹽在水中溶解快慢的因素”“種子萌發(fā)的條件”等。在梳理分類(lèi)這些探究活動(dòng)過(guò)程后，可以發(fā)現(xiàn)不同探究活動(dòng)適用的科學(xué)邏輯方法是不同的。在概念型探究活動(dòng)中，較多地運(yùn)用了“觀察”“歸納”“比較”等邏輯方法；在原理型探究活動(dòng)中，較多地運(yùn)用了“模擬”“類(lèi)比”等邏輯方法；在驗(yàn)證型探究活動(dòng)中，較多地運(yùn)用了“對(duì)比”“比較”等邏輯方法。

（一）“觀察—?dú)w納”邏輯方法與概念型探究活動(dòng)的聯(lián)結(jié)

觀察是人們有目的、有計(jì)劃地利用感官去認(rèn)識(shí)自然界各種現(xiàn)象的活動(dòng)，是一種感性的認(rèn)識(shí)活動(dòng)[3]135。和觀測(cè)型活動(dòng)中的觀察不同，探究型活動(dòng)中觀察的目的是收集信息，用于比較、歸納、演繹，觀察的對(duì)象是某類(lèi)事物中的個(gè)體。

歸納以觀察事實(shí)的陳述為前提，以理論的陳述為結(jié)論，是一種從個(gè)體到整體，從個(gè)別到一般的推理方法。如在“制造音調(diào)不同的聲音”活動(dòng)中，用耳朵聽(tīng)敲擊水量不等的瓶子的聲音、敲擊長(zhǎng)短不同的管的聲音、敲鋁片琴的聲音，這里的觀察活動(dòng)是“聽(tīng)”，比較這些聲音的不同，從而歸納出“長(zhǎng)、粗的物體發(fā)出的聲音音調(diào)低，短、細(xì)的物體發(fā)出的聲音音調(diào)高”這一科學(xué)概念。小學(xué)科學(xué)探究中的歸納一般為簡(jiǎn)單枚舉歸納、因果歸納，其一般探究過(guò)程如下：

1.簡(jiǎn)單枚舉歸納

先觀察個(gè)體事體具有的特征，再在小范圍內(nèi)尋找具有相同特征的其他個(gè)體，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)概括，將范圍擴(kuò)大。簡(jiǎn)單枚舉歸納是一種不完全歸納，其概括結(jié)論的正確性受個(gè)體數(shù)量的影響，因此還需要對(duì)概括的結(jié)論尋找反例。如果找到反例，說(shuō)明概括的結(jié)論是不正確的，則淘汰該理論；如果沒(méi)有找到反例，說(shuō)明概括的結(jié)論是正確的，可以確定理論。必要時(shí)，還可以檢驗(yàn)理論，再次確認(rèn)理論的正確性（如圖2）。

2.因果歸納

與簡(jiǎn)單枚舉歸納不一樣的是，因果歸納的概括是在尋找事物內(nèi)在規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，這就意味著，概括的結(jié)論必然是正確的，因此可以直接確定理論。如果有反例則修正理論，讓理論表述更嚴(yán)謹(jǐn)（如圖3）。

（二）“模擬—類(lèi)比”邏輯方法與原理型探究活動(dòng)的聯(lián)結(jié)

在科學(xué)探究過(guò)程中，有些問(wèn)題單憑觀察難以得出結(jié)論，有些研究對(duì)象不能或不允許進(jìn)行試驗(yàn)，為了取得對(duì)研究對(duì)象的認(rèn)識(shí)，根據(jù)已知的事實(shí)、經(jīng)驗(yàn)和一定的科學(xué)理論，設(shè)計(jì)和構(gòu)想出研究對(duì)象的替代物，通過(guò)對(duì)替代物的實(shí)驗(yàn)，獲取研究對(duì)象的信息和資料，這種實(shí)驗(yàn)方法就是模擬實(shí)驗(yàn)[4]。它對(duì)了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程，有非常重要的作用。

例如，在探究“耳朵是怎樣聽(tīng)到聲音的”，我們不能觀察到人耳聽(tīng)到聲音的過(guò)程，但可以制作一個(gè)與人耳類(lèi)似的結(jié)構(gòu)：紙屏上吊著小球。通過(guò)敲小鼓，觀察到小球的振動(dòng)現(xiàn)象，遷移到人耳結(jié)構(gòu)中，類(lèi)比推理人耳聽(tīng)到聲音的過(guò)程。這里紙屏類(lèi)比耳膜，小球類(lèi)比聽(tīng)小骨，小鼓和紙屏之間的距離類(lèi)比外耳道，因?qū)嶒?yàn)結(jié)構(gòu)與人耳結(jié)構(gòu)高度相似，推出聲音在人耳中的傳播過(guò)程也應(yīng)該高度相似。模擬實(shí)驗(yàn)的原理是相似性原理，用模型來(lái)代替研究對(duì)象，從科學(xué)邏輯的角度來(lái)看，模擬其實(shí)就是類(lèi)比。其一般探究過(guò)程為：先觀察生活現(xiàn)象提出研究問(wèn)題，再通過(guò)類(lèi)比找到研究對(duì)象的替代物，制作模型，最后通過(guò)模擬事物運(yùn)行的過(guò)程并遷移到現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，揭示事物運(yùn)行的規(guī)律（如圖4）。

（三）“比較—對(duì)比”邏輯方法與驗(yàn)證型探究活動(dòng)的聯(lián)結(jié)

比較，是認(rèn)識(shí)對(duì)象間的相同點(diǎn)或相異點(diǎn)的邏輯方法，能夠分析對(duì)錯(cuò)、發(fā)現(xiàn)差異、確證猜測(cè)?？梢越柚杏X(jué)器官觀察比較物體間性質(zhì)、特點(diǎn)的差異，也借助工具進(jìn)一步觀察比較，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深層次的比較。可以比較兩個(gè)不同物體的差異，也可以比較同一物體不同狀態(tài)的差異。例如，在“比較棉線和腈綸線的異同”活動(dòng)中，通過(guò)“看一看”發(fā)現(xiàn)兩種線在外觀上幾乎差不多，通過(guò)“摸一摸”發(fā)現(xiàn)它們光滑度上的不同，通過(guò)“浸一浸”發(fā)現(xiàn)吸水性上的差異，通過(guò)“燒一燒”發(fā)現(xiàn)它們?nèi)紵F(xiàn)象的不同，利用感官和實(shí)驗(yàn)來(lái)比較兩種不同物體，使學(xué)生感受天然材料與人造材料的區(qū)別。

對(duì)比，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)是一種實(shí)驗(yàn)探究方法，隸屬于科學(xué)實(shí)驗(yàn)邏輯方法。與比較不同的是，對(duì)比實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)變量，保證實(shí)驗(yàn)的公平性和結(jié)果的公正性。對(duì)比實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較符合科學(xué)探究的一般過(guò)程：提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及驗(yàn)證、得出結(jié)論。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，最重要的是保證實(shí)驗(yàn)的公平性，即控制實(shí)驗(yàn)變量。如在探究“影響電磁鐵磁力大小的因素”，需要把所有有可能影響電磁鐵磁力大小的因素都考慮周全，如線圈匝數(shù)、電池電量、鐵釘粗細(xì)，這些就是實(shí)驗(yàn)變量。每次實(shí)驗(yàn)只能研究其中一個(gè)變量（需要改變的條件）的影響，而其他變量都要保持不變（保持不變的條件）。其一般探究過(guò)程為：學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)（生活）現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出研究的問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題作出假設(shè)。為了驗(yàn)證假設(shè)是否合理，設(shè)計(jì)有效實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（現(xiàn)象），通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（現(xiàn)象）得出結(jié)論。最后，通過(guò)交流與討論，確定結(jié)論的正確性（如圖5）。

當(dāng)然，以上所談科學(xué)邏輯與探究模式所聯(lián)結(jié)的探究活動(dòng)，適用于大多數(shù)情況，并不是絕對(duì)的。例如在概念型探究活動(dòng)中，除“觀察、歸納”外，也可以采用“類(lèi)比、演繹”等邏輯方法，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需要，選擇合適的科學(xué)邏輯方法。

當(dāng)科學(xué)探究活動(dòng)在結(jié)論形成過(guò)程存在邏輯缺陷時(shí)，探究本身就失去了存在的意義，探究活動(dòng)就沒(méi)有“法理”基礎(chǔ)。沒(méi)有科學(xué)邏輯的科學(xué)探究活動(dòng)將毫無(wú)科學(xué)性，會(huì)使科學(xué)發(fā)展走入歧途。合理聯(lián)結(jié)科學(xué)邏輯和科學(xué)探究，能有效優(yōu)化科學(xué)探究過(guò)程，使科學(xué)發(fā)現(xiàn)合理化，更具邏輯性。

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責(zé)任編輯：趙赟

*本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十四期立項(xiàng)課題“基于科學(xué)邏輯優(yōu)化小學(xué)科學(xué)探究教學(xué)的實(shí)踐研究”（2021 JY14-L109）的研究成果。

收稿日期：2024-07-05

作者簡(jiǎn)介：王學(xué)秀，常州市武進(jìn)區(qū)星韻學(xué)校，高級(jí)教師，常州市骨干教師，主要研究方向?yàn)樾W(xué)科學(xué)教學(xué)。