中圖分類號：G632 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2025）21-0094-03

科學(xué)推理是科學(xué)思維的重要表現(xiàn)形式，在高中物理實驗中，其以物理實驗為載體，引領(lǐng)學(xué)生參與物理問題探究過程，體驗科學(xué)推理過程，促進科學(xué)推理能力逐步提升.

明晰科學(xué)推理步驟，搭建實驗探究框架

從概念來看，科學(xué)推理是基于多變量系統(tǒng)，從問題條件出發(fā)，通過一系列推演、評估、論證、反思來得出結(jié)論的過程.通過借鑒論證驅(qū)動教學(xué)步驟，將科學(xué)推理過程歸納為發(fā)現(xiàn)、推演、評估分析三部分.如圖1所示.

1. 1 問題發(fā)現(xiàn)過程

科學(xué)推理始于問題，而問題需要觀察來獲得[1].在發(fā)現(xiàn)階段，教師著重要求學(xué)生能夠結(jié)合實驗任務(wù)，去觀察相關(guān)變量，了解不同變量之間的邏輯關(guān)系

圖1科學(xué)推理教學(xué)框架

比如，在“安培力的方向”實驗探究中，教師通過為學(xué)生搭建實驗情境，展示通電導(dǎo)線在磁場中的不同放置方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察通電導(dǎo)線所受安培力方向的變化.實驗現(xiàn)象為：（1）導(dǎo)線通電后，受磁場力的作用；（2）保持磁場方向不變，改變電流方向，通電導(dǎo)線所受安培力的方向發(fā)生變化；（3）改變磁場方向，保持電流方向不變，通電導(dǎo)線所受安培力的方向也發(fā)生變化；（4）同時改變通電導(dǎo)線的電流方向和磁場方向，通電導(dǎo)線所受安培力的方向并未發(fā)生變化.教師指導(dǎo)學(xué)生明確實驗中的主要變量，如電流方向、磁場方向和安培力的方向，引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)實驗條件進行觀察、記錄，并思考針對上述實驗現(xiàn)象有何發(fā)現(xiàn).學(xué)生將實驗中的發(fā)現(xiàn)集中起來，為后續(xù)的實驗推斷或結(jié)論提供數(shù)據(jù)參考.

1.2 實驗推演過程

所謂推演過程，即圍繞實驗主題做出實驗假設(shè)、參與實驗設(shè)計、優(yōu)化實驗方案、記錄實驗變量，從中獲得“確定的”實驗結(jié)果比如，在“安培力的方向”實驗探究中，該實驗?zāi)繕?biāo)是探究影響安培力方向的主要因素，或者說，哪些變量會導(dǎo)致安培力的方向發(fā)生改變.根據(jù)實驗情境，不同小組在架構(gòu)實驗場景時，對實驗器材、實驗思路及實驗變量的觀察先后次序存在差異性.對于每次實驗變量的改變，都需要做好詳細(xì)記錄.在實驗中，學(xué)生著重聚焦電流、磁場、安培力三個變量的方向，并推測三者在空間上的位置關(guān)系，以此來找出判定安培力方向的有效方法

1.3 論證評估分析過程

評估和分析是判斷實驗假設(shè)是否與實驗結(jié)論相一致或相悖，分析實驗方案及實驗過程中是否存在缺陷或失誤，確保所推斷的結(jié)論具有真實性、科學(xué)性.在物理實驗教學(xué)中，教師要鼓勵學(xué)生能夠通過實驗數(shù)據(jù)來佐證實驗結(jié)論，以此培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識

比如，在“安培力的方向”實驗探究中，甲組學(xué)生通過對影響安培力方向的相關(guān)因素進行觀察、分析后認(rèn)為，安培力的方向只與磁場方向有關(guān)，并查閱相關(guān)資料，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，來論證自己的觀點；乙組學(xué)生在對安培力的方向進行實驗探究后認(rèn)為，安培力的方向與磁場、電流的方向都有關(guān)，并通過查閱資料、分析實驗數(shù)據(jù)，對甲組的實驗結(jié)論提出疑問，甲組未能測得電流方向與安培力方向之間的關(guān)系，或許是通過導(dǎo)線的電流太小，使得導(dǎo)體棒在磁場中的受力變化不明顯.通過評估分析過程可知，乙組學(xué)生的實驗假設(shè)是正確的；甲組學(xué)生的實驗假設(shè)是錯誤的，實驗方案存在缺陷或?qū)嶒灢僮鞔嬖谑д`，需要重新優(yōu)化實驗方案，糾正不當(dāng)實驗操作方法，重新進行實驗.

2優(yōu)化實驗教學(xué)過程，落實科學(xué)推理能力

教師在組織、推進實驗的過程中，要強調(diào)學(xué)生的主體性，指導(dǎo)學(xué)生親歷實驗，發(fā)現(xiàn)問題并優(yōu)化實驗方案，全面、正確地記錄實驗數(shù)據(jù)，辨析各個物理變量之間的關(guān)系，促進學(xué)生科學(xué)推理能力逐步提升.

2.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，引出實驗假設(shè)

對安培力方向的判定與推理中，教師通過搭建電動機模型演示場景，組織學(xué)生觀察、思考電動機工作原理.在電動機演示實驗中，線圈通電后，在磁鐵周圍的磁場中受到力的作用，使輪子旋轉(zhuǎn)，由此引出“安培力”概念.接著，圍繞電動機工作過程，引導(dǎo)學(xué)生思考：安培力的方向與哪些因素有關(guān)？如何通過實驗來識別、推斷安培力的方向？結(jié)合對已有知識的回顧，磁場對通電導(dǎo)線有作用力，與磁場相關(guān)的物理量是磁感應(yīng)強度，與通電導(dǎo)線相關(guān)的物理量是電流大小及方向.最后，從電流、磁場變換中，讓學(xué)生觀察電動機的轉(zhuǎn)向，據(jù)此引出猜想：安培力的方向可能與電流、磁場方向有關(guān).顯然，科學(xué)推理需要觀察實驗現(xiàn)象，從現(xiàn)象對比中來識別物理量變化，再借助猜想，推測不同物理量之間存在關(guān)系.這些物理量間的關(guān)系，需要通過具體實驗方案來檢驗或驗證

2.2 設(shè)計實驗方案，貫穿科學(xué)推理過程

學(xué)生小組根據(jù)實驗假設(shè)，對實驗方案進行設(shè)計，通過觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，獲得驗證實驗假設(shè)所需的證據(jù).再對比這些證據(jù)，對實驗假設(shè)與實驗?zāi)繕?biāo)進行一致性分析，驗證推斷是否科學(xué)、正確

比如，在“安培力的方向”實驗探究中，主要分為六個步驟.

第一步，圍繞實驗假設(shè)，設(shè)定需要觀察、收集的物理變量，并思考如何獲取相關(guān)證據(jù)的方法.在本實驗中，學(xué)生著重猜想安培力的方向、電流方向、磁場方向等變量.

第二步，對比不同實驗方法，確保所收集的變量數(shù)據(jù)科學(xué)、可靠、準(zhǔn)確.組織學(xué)生回顧類比法、控制變量法、轉(zhuǎn)換法等，結(jié)合本實驗，設(shè)定可操作性的實驗方法，最終確定使用控制變量法.

第三步，收集變量數(shù)據(jù)，利用列表法，對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計.本實驗?zāi)繕?biāo)是判定安培力的方向與哪些因素有關(guān)，實驗數(shù)據(jù)為“方向”，故采用如表1所示的記錄表.

表1安培力的方向?qū)嶒炗涗洷?/p>

第四步，觀察每次實驗現(xiàn)象，記錄各個物理量的方向，并填入表格，嘗試推測影響安培力方向的物理規(guī)律.

第五步，引入“左手定則”，通過左手定則，指導(dǎo)學(xué)生嘗試運用左手定則來判定安培力的方向，建構(gòu)物理模型.

第六步，圍繞“左手定則”模型，以逆向方式，推測并判定電流、磁場與安培力三個物理量的方向關(guān)系：拇指與四個手指保持垂直，磁感線與掌心垂直，四根手指與電流方向一致，由此得到拇指所指方向即為安培力的方向.

2.3 引入論證與反思，驗證推理結(jié)果

并非所有的實驗結(jié)果都是正確的，科學(xué)推理能力的提升還需要學(xué)生對實驗結(jié)果進行科學(xué)論證[2].當(dāng)實驗結(jié)果無法由實驗證據(jù)推導(dǎo)出來時，則需要反思實驗過程，查找原因，對于實驗操作中的錯誤或失誤，需要糾正并重新實驗，完成推理過程.當(dāng)實驗方案不合理或存在局限性時，需要修改實驗方案，重新進行實驗，以驗證實驗假設(shè).當(dāng)實驗假設(shè)有問題時，則需要重新設(shè)定假設(shè)，再重新設(shè)計實驗方案，進行推理、分析，以逐步達成實驗?zāi)繕?biāo).由此，在本實驗中，對安培力的方向判定，各組學(xué)生提出各自觀點，將這些觀點進行展示，教師組織學(xué)生討論，鼓勵學(xué)生對不同觀點尋找實驗證據(jù).如果證據(jù)不足，則要對實驗結(jié)論進行反思，并組織學(xué)生展開質(zhì)疑，查找原因.經(jīng)過實驗論證與反思過程后，對實驗結(jié)果能否驗證實驗?zāi)康淖鞒雠卸?

3 教學(xué)反思與啟示

物理實驗是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，通過實驗教學(xué)，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)推理能力，增強學(xué)生問題意識質(zhì)疑品質(zhì)，端正學(xué)生科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣

3.1將學(xué)生置于科學(xué)探究活動中，體認(rèn)科學(xué)精神

科學(xué)知識與現(xiàn)實世界緊密相連，從實驗教學(xué)中，既要讓學(xué)生認(rèn)識概念、了解物理規(guī)律，更要引導(dǎo)他們參與科學(xué)探究，體認(rèn)科學(xué)精神的內(nèi)涵，發(fā)展科學(xué)推理與辨析能力.在“安培力的方向”實驗中，學(xué)生是實驗主體，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生觀察實驗并發(fā)現(xiàn)問題，組織學(xué)生記錄實驗數(shù)據(jù)，親歷實驗推演過程，在動手操作、評估分析中內(nèi)化科學(xué)思維，從細(xì)致觀察、猜想、驗證中感受科學(xué)方法，體認(rèn)科學(xué)精神.

3.2 借鑒論證驅(qū)動方法，剖析知識點內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)

事實上，論證與推理是相互融合的，由論證驅(qū)動科學(xué)探究，以證據(jù)來突顯科學(xué)推理過程，讓學(xué)生結(jié)合物理實驗，厘清實驗條件、實驗假設(shè)與實驗?zāi)康牡年P(guān)系，借助科學(xué)推理來完成實驗探究任務(wù).物理實驗要讓學(xué)生動手完成，囿于實驗條件，對實驗結(jié)果而言具有不確定性.也就是說，實驗推理過程可能是錯誤的，誘發(fā)錯誤結(jié)論的原因也是多樣的.教師要做好臨場指導(dǎo)，從學(xué)生實驗中的問題入手，啟發(fā)學(xué)生分析問題，探究原因，從而找出解決問題的方法，讓學(xué)生從實驗中發(fā)展科學(xué)推理與探究能力.另外，教師還要反思實驗教學(xué)流程，增強實驗任務(wù)與科學(xué)推理的關(guān)聯(lián)，搭建富有科學(xué)探究特色的實驗情境，讓學(xué)生擁有更多科學(xué)推理機會.

3.3 將科學(xué)推理作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)

教師作為課程設(shè)計者，要深刻認(rèn)識科學(xué)推理在物理學(xué)科素養(yǎng)中的地位，充分發(fā)揮物理實驗在學(xué)生科學(xué)推理能力養(yǎng)成中的作用，切實解決學(xué)生科學(xué)推理能力欠缺問題.新課標(biāo)背景下，物理實驗教學(xué)不僅要關(guān)注實驗方法、技能的訓(xùn)練，更要關(guān)注物理知識的形成過程，引導(dǎo)學(xué)生參與實驗的觀察、驗證與探究，明晰物理的概念和規(guī)律如何產(chǎn)生，通過邏輯推理過程，感知科學(xué)推理方法的重要性

4結(jié)束語

科學(xué)推理能力需要不斷訓(xùn)練，要從問題解決中提升科學(xué)思維能力.科學(xué)推理應(yīng)遵循問題發(fā)現(xiàn)、問題解決這一規(guī)律，教師要重視論證驅(qū)動，引發(fā)學(xué)生主動思考，從實驗現(xiàn)象中抽象出物理量，通過因果關(guān)系分析來揭示物理邏輯，提高學(xué)生科學(xué)推理能力，

參考文獻：

[1]凌慧怡.以物理實驗與科學(xué)推理相結(jié)合提升學(xué)生科學(xué)思維的案例探究[J].上海教育，2021（S1） ：66 -67.

[2]陸丁，張利國，馮爽.創(chuàng)新實驗教學(xué)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維[J].中學(xué)物理，2021，39（22）：55-58.

[責(zé)任編輯：李 璟]