聚焦科学推理能力培养的初中科学教学策略探析

徐卫平

摘要：实验是科学探究的基础，在实验教学中发展学生的科学推理能力是初中科学教学的基本思路。培养学生的科学推理能力，需要在以科学探究为主的课堂学习活动中加以践行。新课程改革背景下，发展科学思维已成为初中科学课程教学的重要任务，而科学推理是科学思维的重要组成部分。文章结合教学实践，分别从重视科学实验、采取启发教学，创设问题情境、加强项目教学，加强跨学科指导、重视探究教学三方面，对聚焦科学推理能力培养的初中科学教学策略进行探析。

关键词：初中科学；推理能力；教学策略；启发教学；项目教学；探究教学

中图分类号：G633.98文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）06-0077-04

推理能力是《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出的学生关键素养之一，是个体根据自己掌握的科学事实进行逻辑推理的一种能力，这是人类高阶地位的一种体现，也是人类探索科学世界过程中不可或缺的核心能力[1]。在新课程改革背景下，发展科学思维是初中科学课程教学的重要任务，科学推理是科学思维的重要组成部分。例如，物理课程标准要求学生能够基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判；化学课程要求学生形成基于实验事实进行证据推理、建构模型并推测物质及其变化的思维能力。科学推理能力包括问题识别、问题提出、假设生成、实验设计与搭建、证据生成、证据评价、得出结论、沟通检查等多个维度，学生在科学课程学习中难以得到充分锻炼，科学推理能力的发展并不充分。因此，有必要聚焦科学推理能力的培养，立足学生的实际，设计实施科学教学的相关策略。

一、重视科学实验，采取启发教学

实验是科学探究的基础，在实验教学中发展学生的科学推理能力是初中科学教学的基本思路，也是学生学习科学的重要方法和关键能力[2]。初中科学教学的重要目标之一就是培养学生的实验探究能力，这也是教学的重点。在实验教学中，教师应重视学生的自主探究能力培养，引导他们参与设计实验方案、实验验证、收集证据、分析推理、获得结论的全过程，让其形成科学推理的一般思路和方法。例如，在“生活中常见的盐”的教学中，教师可立足生活情境进行讲解，为学生的推理奠定基础，同时采取启发式教学引导学生鉴别厨房中的物质，如食盐和纯碱等，以强化学生的推理思维，提升学生的科学素养。在学生已经掌握食盐和纯碱的化学性质，形成物质组成结构决定物质性质的学科观念后，教师可引导学生利用物质的化学性质进行探究，学会设计简单的实验方案，通过实验进行推理验证，建立“观点-證据-结论”三者之间的逻辑关系，发展学生的科学思维。

在教学中，教师可提出问题：“如何鉴别厨房中食盐和纯碱？”有学生提出在盐水和碳酸钠溶液中加入硝酸银溶液，并根据其反应获取推理证据，作出判断。有学生认为这一方案不合理，并给出理由：碳酸钠溶液与硝酸银溶液反应会产生白色沉淀，氯化钠溶液与硝酸银溶液反应也会产生白色沉淀，两者都会产生白色沉淀，无法鉴别。教师趁机追问：“能否在这个实验基础上继续实验？”学生通过讨论认为：可分别往两种沉淀中继续加入酸，如果沉淀溶解，且有气泡，则为纯碱，若没有气泡，则为食盐。教师对学生的这一方案给予充分肯定，并提问：“在白色沉淀中加入酸，你会选择什么酸？”有学生认为稀盐酸、稀硫酸都可以。有学生对此提出异议：碳酸银与稀硫酸反应会生成微溶于水的硫酸银，它会覆盖在沉淀表面，现象不明显，所以不能用稀硫酸。为支持这种观点，学生进行实验验证：在盛有少量两种样品的试管中加入氯化钙溶液，有白色沉淀，则说明该物质是纯碱，没有沉淀，则该物质是食盐。也有学生大胆假设，在他人实验的基础上进行优化：取两种少量样品于试管中，再加入稀硝酸和硝酸银溶液，若有白色沉淀，则是氯化钠，若没有白色沉淀，则是碳酸钠。

在这一教学案例中，教师利用问题启发学生，引导学生循序渐进地进行探索，让学生的证据推理思维得到发展。在实验分享交流环节，有学生根据实验获取证据，往少量样品中加入硝酸银溶液，两支试管中都有白色沉淀，继续往试管中加入稀盐酸，有一支试管白色沉淀逐渐减少，还有气泡产生，说明是纯碱，而沉淀没有溶解，则是食盐。由此可见，学生已经能够通过实验获取证据，基于白色沉淀逐渐减少且有气泡产生这个证据进行分析推理：碳酸钠溶液和硝酸银溶液反应生成碳酸银，碳酸银和稀盐酸反应产生气泡，碳酸银逐渐减少，基于实验证据的分析，可鉴别厨房中的食盐和纯碱。在优化实验方案环节，有学生大胆创新，将稀硝酸和硝酸银溶液的混合液加入盛有少量两种样品的试管中，观察沉淀是否溶解。

在科学教学中，教师围绕学生的科学推理思维发展展开实验教学，并设计启发性问题，能引导学生深入思考，让学生将推理分析过程有效呈现出来。科学实验的开展与现实生活建立联系，能让学生获得科学知识，为学生奠定推理基础。因此，在科学教学中，教师应从生活实例出发，通过设置实验，让学生更为直观地理解科学知识，运用所学知识解决生活中的实际问题。

二、创设问题情境，加强项目教学

提出问题是科学推理能力形成的基础，是实施科学教学的必要环节。学生在科学探究活动中已经积累一定的经验，能够结合相应的证据对结论进行分析和推理，但在提出问题、解决问题方面还存在一些短板，导致其在科学探究中更多是进行封闭、简单的思考，难以实现深入探究、发展高阶思维。基于此，教师可结合教学内容创设问题情境，设计学习项目，引导学生参与项目探究，并通过实验现象和数据推出可靠的结论，不断提升科学推理能力。

情境创设可依据逐步递进问题、产生认知冲突、适度开放问题，对应开展模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新[3]。教师要对学生的质疑行为加以保护，培养其科学精神，促使其在真实的问题情境中积极探究[4]。同时，教师要遵循适切性原则，让学生结合所学知识和已有经验，探究蕴含的科学道理[5]。例如，在“杠杆”教学中，教师可让学生制作杆秤，通过动手操作和推理，掌握制作杆秤的方法。（1）结合杠杆的五要素，明确杆秤的构造并进行交流。（2）结合杠杆平衡条件推理零刻度位置，利用10克、20克等钩码，确定杆秤对应质量刻度，并通过称量物品进行验证。

在项目实施过程中，学生分组合作，利用自选材料制作杆秤。学生在制作过程中，往往会出现托盘不够稳定、秤砣不合适的情况。为此，教师要对学生进行启发和引导，让学生猜测出现这种情况的原因，并尝试解决。在教师的启发和引导下，学生积极思考，多角度猜测，并进行验证，重新选择秤砣，还用三根线穿起托盘，保证杆秤的稳定。在确定杆秤刻度线的过程中，教师要引导学生反复实验、记录数据、科学推理。一是托盘里不放重物，移动秤砣，使杆秤保持平衡，记录秤砣到提纽的距离，确定零度线；二是托盘里分别放10克、20克、50克等重量的重物，移动秤砣，使杆秤保持平衡，记录秤砣到提纽的距离，确定刻度线。这一过程对学生科学推理思维的发展十分重要，能够确保学生根据真实可靠的证据进行操作，从而得出科学结论。在确定杆秤的量程和刻度值的过程中，教师要为学生提供更多的自主空间，引导其深入探究。

再如，教师可以“探秘暖宝宝”为主题展开项目教学，引导学生通过实验获取证据，推理分析暖宝宝中的物质。在项目实施过程中，首先，教师展示样品，演示使用方法，让学生感受暖宝宝发热过程，激发学生探究兴趣。其次，教师剪开暖宝宝，展示内物，引导学生观察其性状，并提出问题：暖宝宝里的黑色物质是什么？有学生从物质的颜色判断，认为其中可能包含某些金属，并用磁铁靠近这些物质，发现有部分物质被“吸”到磁铁上，以此推断包含金属物质。在这一过程中，学生经历了猜测、验证、推理过程，锻炼了科学推理能力。教师继续提出问题：其中的金属可能是什么？有学生猜想是铁。教师追问：“有哪些方法可证明暖宝宝中的物质含有铁？”学生分组合作，展开实验探究。有的小组将吸起的黑色粉末撒在酒精灯火焰上，观察到火星四射的现象，以此推断其中包含铁；有的小组利用黑色粉末与硫酸铜进行实验，黑色粉末表面析出红色物质，溶液由蓝色变为浅绿色，最后变成棕色，根据Fe+CuSO4=FeSO4+Cu的方程式推断黑色物质包含铁；有的小组将黑色粉末与稀硫酸混合，观察到有气泡产生，且溶液由无色逐渐变成浅绿色，根据Fe+H2S04=FeSO4+H2↑，Fe+2H=Fe2++H2方程式推断黑色物质包含铁。在推断验证暖宝宝中的物质含铁之后，教师可布置学习任务，要求学生查找相关资料，解释暖宝宝发热的原理。

在项目教学过程中，教师引导学生思考，提出猜想，进行实验验证、推理论证，能让他们系统地学习和掌握科学知识，利用科学知识进行推理，从而建构新的知识体系。在项目教学中，教师要拓展有利于学生科学推理能力发展的空间，为学生科学推理能力发展创造条件。

三、加强跨学科指导，重视探究教学

科学推理，始于问题的提出，植根于观察、思考以及实验，问题、证据、解释以及交流是科学探究的要素。科学探究既是一种理念，又是一种方法，还是学习内容与目标中的核心概念之一[6]。因此，对于学生科学推理能力的培养需要在以科学探究为主的课堂学习活动中加以践行。在初中科学教学中，为培养学生的科学推理能力，教师可创设更加开放的学习环境，如开展跨学科实践、采取探究式教学等。科学教学与探究学习密不可分，学生在探究过程中可经历合作、交流、论证等一系列活动，获得更多科学思维发展的机会。探究学习融合多学科知识，能让学生的科学探究更加开放，迅速提高科学推理能力。

例如，在以“探秘造纸黑液”为主题的实践活动中，教师可将化学、物理等学科知识相融合，立足真实情境，让学生利用酸碱盐知识，对“黑液”的成分进行探究和处理。在活动中，学生扮演“造纸工程师”，通过实验探究、查阅资料和实地考察调研，推断黑液中包含木质素、纤维素、挥发性有机酸等物质，并结合物理、化学等学科知识，探究“黑液”处理的不同方法。比如，浮选废水处理法可回收“黑液”中的纤维性固体物质，燃烧废水处理法可回收“黑液”中的氢氧化钠、硫化钠、硫酸钠，以及其他钠盐，中和废水处理法可调节pH值。

跨科指导，实现了学科间的合作或同一学科内各分支的合作，促进了各学科间的交流。例如，“培育太空种子”这一调查研究类综合实践活动，以酸碱盐的性质和转化为研究对象，以光照影响、土壤酸碱性和溶液浓度对植物生长影响的探究为载体，承载学生必做实验“常见酸和碱的化学性质”，融合初中化学、物理、生物等课程内容。在探究活动中，学生记录植物生长过程中光照的时长，并结合所学知识推理光照的影响，即光照不足，光合作用减弱，植株较细或黄化，根系不发达；植物受光不良，花芽形成和发育不良，果实发育受阻，造成落花落果；光照过强，发生光抑制，出现叶片枯萎等情况。根据推理分析，学生通过查找资料，科学调整光照，完善培育方案。基于土壤酸碱度的测量数据，学生结合生物学知识，推断影响土壤生长状态的因素，即pH值小于6时，固氮菌活跃度降低，pH值小于6.5时，土壤中的活性铁、铝增加，易形成磷酸铁、磷酸铝沉淀；当pH值大于8时，钾在酸性土壤中容易流失。这些情况都会影响植物的正常生長，学生根据科学知识将土壤的酸碱性控制在大于pH值9.0小于2.5之间，并结合植物的具体情况进行调整，确保植物健康生长。此外，学生还对营养液的浓度进行调整，根据所掌握的知识以及查找的资料归纳推断出适宜植物生长的配置方案，并通过培育过程加以验证、优化，完善实验探究过程。学生通过一系列跨学科学习活动，能够经历实验探索、科学推理的全过程，体会实验探究与真实问题解决的关联性，从而实现科学思维的全面发展。

科学课程突出科学探究在学习过程中的重要性，其对学生推理能力有着重要的促进作用，有利于提升学生科学素养。例如，在跨学科综合实践活动“奥运火炬燃烧的秘密”的教学中，教师可以北京冬奥会火炬来创设情境，设计“探索火焰奥秘”“揭秘造型设计”以及“了解上色方法”三个学习环节，让学生开展实验探究，并利用实验数据来推理分析金属的化学性质，完成化学知识的建构。其中在“探索火焰奥秘”环节，教师可先展示相关资料，说明冬奥会火炬的火焰具有安全可靠性，可抗风10级，可在极寒天气中使用。然后设置问题，引导学生结合所学知识分析解决问题的方法。最终通过相关资料进行验证，并拓展学习视野，了解化学知识在奥运火炬设计中的应用。此外，教师可融合艺术学科内容，引导学生感受奥运会不仅是体育的盛会，同时还是科技的盛宴，感受化学与科技的紧密联系，体会化学对于推动人类文明发展具有举足轻重的作用。

在上述跨學科实践活动中，教师引导学生自主探究，让学生在亲身体验中获得信息、证据，并以此推断出可能的结果，并通过实验加以验证，从而内化吸收各学科知识，促进学生综合能力的提升。在聚焦科学推理能力的初中科学教学实践中，跨学科实践活动还应进一步优化完善。教师在教学指导中应突出育人目标，注重开展实践活动，结合项目化学习的方式开展教学。在实践活动中，教师要以学生为中心，让学生在真实的问题情境中分析推理、解决问题，激发学生学习兴趣，培养学生推理探究的乐趣[7]。同时，教师设计的实践活动要具有一定的挑战性，能激发学生学习热情，提高学生动手操作能力，培养学生发散思维[8]。

四、结语

综上所述，实验是科学探究的基础，在实验教学中发展学生的科学推理能力是初中科学教学的基本思路。要培养学生的科学推理能力，需要在以科学探究为主的课堂学习活动中加以践行。在新课程改革背景下，聚焦科学推理能力展开科学教学实践，对发展学生的核心素养具有重要意义。因此，在初中科学教学中，教师要重视科学实验、采取启发教学，创设问题情境、加强项目教学，加强跨学科指导、重视探究教学，以丰富学生实践经验，引导学生建构知识体系，培养学生科学推理能力。

参考文献：

[1]王晶莹，姜春明，田雪葳，阚惠泽，周丹华，张栩凡，杨洋.基于2022年版课标的初中物理科学推理能力测评研究与教学建议[J].福建基础教育研究，2023（05）：89-94.

[2]古愉，殷志忠，王伟群，基于类比推理能力发展的教学设计和实施———以初中“原子”的教学为例[J].化学教与学，2023（01）：31-37.

[3]潘国盛.基于科学思维能力提升的问题情境设计策略[J].物理教师，2022（12）：17-19+23.

[4]魏胜波.初中化学教学中培养学生“证据推理”能力的实践与思考———以“水的组成”为例[J].中小学实验与装备，2022（06）：26-28.

[5]王飞云.初中科学微项目化教学实施五维度探析[J].成才之路， 2023（09）：121-124.

[6]颜伟云.初中科学探究学习进阶的广度、精度与深度[J].化学教学， 2019（06）：33-38.

[7]梁美怡.初中物理学习与科学推理能力相关性分析与研究[J].物理教师，2014（05）：37-39.

[8]刘玉泉.初中生物学教学中类比推理能力的培养[J].生物学教学， 2017（04）：6-8.

Exploration of Junior Middle School Science Teaching Strategies Focusing on Cultivating Scientific Reasoning Ability

Xu Weiping

（Liangzhu No.1 Middle School， Yuhang District， Hangzhou City， Zhejiang Province， Hangzhou 311100， China）

Abstract： Experiments are the foundation of scientific exploration， and developing students scientific reasoning ability in experimental teaching is the basic idea of middle school science teaching. To cultivate students scientific reasoning ability， it is necessary to practice it in classroom learning activities that focus on scientific exploration. Under the background of the new curriculum reform， developing scientific thinking has become an important task in middle school science curriculum teaching， and scientific reasoning is an important component of scientific thinking. Based on teaching practice， this article explores the juniormiddle school science teaching strategy that focuses on cultivating scientific reasoning ability from three aspects： emphasizing scientific experiments， adopting inspiring teaching， creating problem scenarios， strengthening project-based teaching， strengthening interdisciplinary guidance， and emphasizing exploratory teaching.

Key words： junior middle school science； reasoning ability； teaching strategies； inspirational teaching； project based teaching；exploringteaching