雍星星

摘要在科學(xué)研究中，有一類研究叫作“解暗箱”。從本質(zhì)上來講，“暗箱”是一種難以打開，也不能從外部直接觀察內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)，我們只能通過外部信息推測(cè)里面的情況。而由表及里的思維過程，其實(shí)就是基于證據(jù)、現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)的推理、批判性思考的論證過程。由證據(jù)出發(fā)，經(jīng)由每一步嚴(yán)密的邏輯分析和論證，實(shí)現(xiàn)“解暗箱”的目的。筆者以《暗箱里的秘密》一課的教學(xué)闡述在教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生“解暗箱”，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

關(guān)鍵詞 解暗箱 高階思維 邏輯分析 論證

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(xué)研究中，有一類研究叫作“解暗箱”。從本質(zhì)上來講，“暗箱”是一種難以打開，也不能從外部直接觀察內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)，只能通過現(xiàn)象來對(duì)比、分析、推測(cè)真實(shí)的內(nèi)部情況。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，也有類似的教學(xué)活動(dòng)，比如研究火山、地震、身體、神經(jīng)、大腦等主題時(shí)，我們只能通過外部信息推測(cè)里面的情況。而由表及里的思維過程，其實(shí)就是基于證據(jù)、現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)的推理、批判性思考的論證過程。由證據(jù)出發(fā)，經(jīng)由每一步嚴(yán)密的邏輯分析和論證，實(shí)現(xiàn)“解暗箱”的目的。筆者以《暗箱里的秘密》一課的教學(xué)闡述在教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生“解暗箱”，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

教學(xué)分析

《暗箱里的秘密》一課側(cè)重針對(duì)事物內(nèi)部進(jìn)行猜測(cè)。教師首先出示“狡兔三窟”的故事，讓學(xué)生通過猜測(cè)、畫兔子逃跑的路線，來認(rèn)識(shí)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(dòng)，通過收集到的信息和生活經(jīng)驗(yàn)，思考、推斷障礙物的位置。最后，將學(xué)習(xí)延伸到生活，列舉生活中解暗箱的事例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)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(cè)暗箱中障礙物位置”兩個(gè)活動(dòng)，實(shí)際上都是學(xué)生在進(jìn)行解暗箱。學(xué)生要根據(jù)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(shí)經(jīng)驗(yàn)來合理、科學(xué)地判斷“暗箱”里的情況，接受、思考他人的質(zhì)疑并進(jìn)行再推理，共同商討、交流，形成最終的觀點(diǎn)。教師在教學(xué)過程中，不斷引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行推理，讓學(xué)生對(duì)自己的觀點(diǎn)負(fù)責(zé)任，表達(dá)要做到有理有據(jù)。

本課教學(xué)設(shè)計(jì)分為四個(gè)環(huán)節(jié)：情境啟動(dòng)，明確暗箱；利用信息，分析暗箱；類比建模，揭秘暗箱；聯(lián)系實(shí)際，延伸暗箱。每一個(gè)環(huán)節(jié)都有各自的側(cè)重點(diǎn)，每一個(gè)學(xué)習(xí)過程都需要思維參與——質(zhì)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(xué)流程如下圖。

情境啟動(dòng)，明確暗箱

對(duì)于一年級(jí)學(xué)生來說，經(jīng)驗(yàn)尤為重要，它是學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，而這些經(jīng)驗(yàn)就隱藏在他們的生活中。創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和符合認(rèn)知發(fā)展階段的情境，有利于學(xué)生順利進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。本教學(xué)選取的情境中包含小兔子、大灰狼、山洞等要素，這些都是學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備中的信息，而且這種童話般的事物更符合一年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。另外，這些要素組成的情境正是指向本課重點(diǎn)——“暗箱”概念。這一概念的獲得絕不是教師直接呈現(xiàn)的，而是學(xué)生根據(jù)情境中的事物關(guān)系和觀察分析，推理獲得的。

學(xué)生觀看“狡兔三窟”動(dòng)畫，發(fā)現(xiàn)小兔子能從左邊的洞進(jìn)去，右邊的洞出來，聯(lián)系“火車過山洞”的生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生得出“山坡中有通道”的結(jié)論。學(xué)生根據(jù)“兩只小兔子都從左邊一個(gè)洞進(jìn)去，分別從右邊兩個(gè)洞出來”的現(xiàn)象，分析得出“山坡中的通道可能有兩條”的結(jié)論，并畫出自己認(rèn)為的山坡里面的路線情況，同時(shí)根據(jù)自己畫的路線，重新推演情境，驗(yàn)證小兔子根據(jù)自己畫的路線是否能夠成功逃脫。雖然這一系列的結(jié)論都是學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)推理出來的，不需要過多的思維加工，但真正體現(xiàn)了從證據(jù)到結(jié)論的論證過程。教師在教學(xué)中不斷地進(jìn)行語言引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生講證據(jù)、重推理的思考習(xí)慣，讓學(xué)生在整個(gè)活動(dòng)中經(jīng)歷“解暗箱”的思維過程。

利用信息，分析暗箱

論證式教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)過程的思維參與和邏輯推理，是基于證據(jù)的推理和論證，因此證據(jù)是論證的前提條件。證據(jù)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(shí)儲(chǔ)備、生活經(jīng)驗(yàn)等。這些材料中體現(xiàn)的“蛛絲馬跡”和研究主題密切相關(guān)，就是關(guān)鍵、有力的證據(jù)。學(xué)生可以組成研究小組，針對(duì)研究問題，依據(jù)外部感知信息和生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)、作出假設(shè)性解釋。這種假設(shè)和解釋不再是單一的自我對(duì)話，而是一種交互式的思維“博弈”。學(xué)生個(gè)體要和他人主動(dòng)對(duì)話，在推理、表達(dá)、質(zhì)疑、論證的反復(fù)循環(huán)中，達(dá)成共識(shí)。

教師出示暗箱。學(xué)生通過觀察暗箱，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)黑色。在“暗箱里面有什么”的問題刺激下，小組輪流玩暗箱，學(xué)生會(huì)得出不同的結(jié)論：里面有個(gè)小石頭、有個(gè)小鐵塊、有個(gè)小棋子、有個(gè)小鉛筆頭等，并能說出理由：在晃動(dòng)暗箱的時(shí)候，里面的東西也在動(dòng)，而且有聲音。教師進(jìn)一步提出問題：里面的東西可能是什么形狀的？學(xué)生會(huì)得出不同的結(jié)論：正方形的、長(zhǎng)方形的、像球一樣的、像石頭一樣的等，此時(shí)的結(jié)論并沒有經(jīng)過深度思考，因此教師利用“能不能仔細(xì)聽聽聲音，來說說可能是什么形狀的”這一問題進(jìn)行引導(dǎo)。學(xué)生再次慢慢傾斜暗箱，根據(jù)物體滾動(dòng)的聲音和速度判斷可能是小球，因?yàn)槠渌螤畹奈矬w不會(huì)滾動(dòng)，只會(huì)滑來滑去，而且速度沒有小球那么快。學(xué)生通過聽聲音和對(duì)比生活經(jīng)驗(yàn)，以及相互交流、商討，分析里面的物體可能是小球。為了進(jìn)一步促進(jìn)思維推進(jìn)，教師要求學(xué)生讓小球慢慢地沿著暗箱的四邊滾動(dòng)，發(fā)現(xiàn)“有一個(gè)地方的聲音和其他地方不一樣”，從而判斷此處可能有一個(gè)東西。根據(jù)“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(gè)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(dòng)探討的是“暗箱里面是什么”，但卻經(jīng)過了層層活動(dòng)的推進(jìn)，這是基于一年級(jí)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)的考慮，也是科學(xué)論證過程的體現(xiàn)——每一個(gè)科學(xué)結(jié)論的確定都不是一蹴而就的，需要經(jīng)過一步步嚴(yán)密的推理。

類比建模，揭秘暗箱

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、信息、材料來分析、假設(shè)、解釋、推理所得到的結(jié)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?；顒?dòng)使學(xué)生抽象的心智結(jié)構(gòu)表征化、形象化。學(xué)生可以觀測(cè)模型來窺視暗箱系統(tǒng)的內(nèi)部。所以，通過分析暗箱系統(tǒng)中的各個(gè)要素，模擬一個(gè)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(xué)研究的重要方法——科學(xué)家們無法真實(shí)研究宇宙，但可以通過觀測(cè)到的信息來建立宇宙模型，研究宇宙。同樣，在科學(xué)教學(xué)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(xiàn)象，來分析真實(shí)狀況，以窺真理。另外，建模的另一個(gè)重要作用就是驗(yàn)證基于經(jīng)驗(yàn)的推理的科學(xué)性，使得原先的論證更加可信、普適。

在玩暗箱的活動(dòng)中，學(xué)生已經(jīng)得出了幾個(gè)可能的結(jié)論：里面有個(gè)可以滾動(dòng)的小球、有一個(gè)東西固定在暗箱的一個(gè)拐角處，而且這個(gè)東西可能是海綿，依據(jù)是“滾動(dòng)、聲音變小、反彈的感覺”等感知信息以及生活經(jīng)驗(yàn)。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生得到的結(jié)論是經(jīng)過思考和推理的猜想，那么要想確定以上結(jié)論的正確性，可以進(jìn)行模擬驗(yàn)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(xué)生通過動(dòng)手模擬，驗(yàn)證結(jié)論的科學(xué)性。學(xué)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(yùn)動(dòng)的狀況。通過打開盒子來觀察，能夠明確小球是在“滾動(dòng)”，以及小方塊和小三角則是在“滑動(dòng)”。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(zhì)，并打開來驗(yàn)證是否正確。

筆者通過提供一套新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀梢源蜷_的盒子以及涉及的材料，用建模的方式讓學(xué)生動(dòng)手操作，觀察、驗(yàn)證自己的結(jié)論，既激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也讓他們經(jīng)歷了科學(xué)建模的過程。

聯(lián)系實(shí)際，延伸暗箱

科學(xué)研究重視理論和實(shí)踐的結(jié)合，從實(shí)踐中獲得理論，也要用理論更好地指導(dǎo)實(shí)踐?？茖W(xué)學(xué)習(xí)絕不僅僅局限于課本知識(shí)，而是要將知識(shí)、技能、思維運(yùn)用到實(shí)踐中，讓學(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)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(xué)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(xué)生經(jīng)過討論得出結(jié)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(zhǔn)確，會(huì)觀察病人的臉色、眼睛、喉嚨等，并通過聽診器、核磁共振、驗(yàn)血等技術(shù)手段進(jìn)一步確定病人的身體狀況。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生尋找生活中的“暗箱”以及“解暗箱”的方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)遷移，加深理解。