小学科学类比推理教学策略

思维型教学理论下的课堂教学，强调动机激发、认知冲突、自主构建、自我监控、应用迁移等原理，其教学的核心是思维。科学课程标准指出，类比属于科学思维范畴，是推理论证中科学推理的一种方法，要求基于事物之间的功能相似性进行类比，善于用类比的方法认识事物的特征。

类比推理是根据两个或两类对象在某些属性上相同或相似，推断出它们在另外的属性上也相同或相似的一种原理，从一个特殊的判断得到一个特殊的判断，属于或然性推理，其结论具有可错性，因此还需要进一步实验证实。类比推理、归纳推理、演绎推理是重要的逻辑思维方法，在科学教学中培养学生的类比推理能力，是科学教育的重要目标之一。

一、天体自然现象的类比推理教学

小学科学课程中涉及的天体有地球、月球、太阳等，学习天体的科学概念的途径有查阅资料、制作手抄报、观看纪录片、建构模型、模拟实验等。其中，模拟实验的逻辑基础是类比推理。由于地球、月球、太阳等天体不易观察，考虑到学生以形象思维为主，需要借助实验探究理解自然现象与规律，因此教师通常采用模拟实验将抽象的天体科学概念具象化。

例如，教学“月球”相关内容时，教师提问：月球的环形山是怎么形成的？并告诉学生，目前公认的两种假说，分别是陨石撞击假说、火山喷发假说。课堂教学中，教师引导学生运用模拟实验的方法，为“月球上的环形山是由陨石撞击形成的”这一假说提供证据，具体教学过程如下。

1.情境导入

教师创设情境：“太空传来的月球地貌视频，呈现了月陆、月海、环形山等。环形山的形态各种各样，有大环套小环的，有中间出现中央峰的，有中间凹陷很深的。请同学们思考：月球的环形山是怎么形成的？”教师通过情境导入，启迪学生的思维，激发他们探究的动机，确定类比推理的本象为月球的环形山。

2.聚焦问题

教师引导学生分析地球上环形山的形成原因可能是火山喷发，如长白山天池，其形状就像月球环形山的形状；可能是陨石撞击形成的，如加拿大曼尼古根陨石坑，其形状也与月球环形山的形状相似，该陨石坑是小行星撞击地球形成的大洞。那么，月球的环形山究竟是怎么形成的呢？教师让各组选择其中一种情况进行研究，起初拟定类象为地球上的陨石坑，考虑课堂实验的可行性，最终将类象定为地球上的沙坑。

3.类比推理

其中，选择陨石撞击假说的小组，要先寻求本象与类象的相似属性，即环形山与沙坑外圈特征的相似点。开展模拟实验就是类比推理的过程，教师引导学生用石头、沙坑外圈分别模拟陨石、环形山；石头砸向沙坑的行为类比陨石撞击月球表面，陨石撞击假说是类比结果。

开展模拟实验，教师鼓励学生尝试从不同的角度、不同的力度分别将各种小石头砸向沙堆，从而形成不同形态的沙坑，将其外圈类比为陨石撞击月球表面形成的环形山。学生科学记录实验现象，准确记录沙坑的形状以及小石头的位置，可视化类比推理的思维过程。

用石头砸向沙堆导致的不同结果，类比月球上形成的不同形态的环形山，学生多次自主获取证据，以支持陨石撞击假说。用大石头砸向沙堆形成大的沙坑，将其外圈类比月球上大的环形山，第一次获取证据；用小石头继续砸向大沙坑，使得大沙坑里有小沙坑，将其外圈类比为月球上大环套小环的环形山，第二次获取证据；将小石头用力砸向沙堆形成很深的沙坑，类比月球上凹陷深的环形山，第三次获取证据；用小石头砸向沙坑，小石头陷在沙坑里，使得沙坑中有石头凸起，将其外圈类比为月球上有中央峰的环形山，第四次获取证据。接下来，教师引导学生对照月球上环形山的真实图片，发现环形山的形态确实有以上几种情况，这为陨石撞击假说提供了证据支撑。最后，小组内完成模拟实验证据的记录，组内交流、组间互评，达成证据支撑的共识。

4.应用迁移

教师引导学生将本课学习的思维方法以及证据应用到新的情境中：辽宁岫岩县苏子沟镇古龙村的地貌是一个环形的大坑，它是怎么形成的？学生根据类比推理的方法确定本象为古龙村的环形大坑地貌，类象为沙坑，结合上述月球环形山的模拟实验中不同形态沙坑的形成，对比古龙村的环形大坑，确定合适的类象，即大且深的环形沙坑。接着，教师引导学生开展模拟实验，用石头砸向沙堆形成环形沙坑，类比陨石撞击地球形成古龙村的环形大坑地貌。

本课通过模拟实验将类比推理的思维过程可视化，以环形山、沙坑外圈的相似属性为前提，用石头砸向沙坑的行为类比陨石撞击月球表面。虽然陨石撞击假说还需更多的证据支撑，但是这个过程能有效培养学生类比推理的逻辑思维能力。

二、人体内部结构的类比推理教学

在小学科学课堂中，人体的内部结构不易被直接观察，因此人体的器官如何工作对学生而言是抽象的、不易理解的。在课堂教学中教师可采用模拟实验的方法具象人体呼吸的过程、食道的工作、胃的工作等。基于类比推理教学模式，根据材料（类象）与人体器官（本象）的共通性，开展模拟实验，类比推理得出本象的工作过程。

例如，教师在教学“人体的呼吸器官”内容时，具体的类比推理教学过程如下。

1.辨别类比结构，确定物体共性

在吸气、呼气的过程中，学生能通过把手放在肋骨上感受胸的变化，而肺、膈肌的变化无法被感知。学生先认识呼吸器官的结构，确定类比的本象，再辨别实验材料与呼吸器官的共通性，确定类比的类象。

2.借助类比思想，设计模拟实验

基于实验材料与呼吸器官的分析，教师引导学生在类比的基础上进行模拟：用三通管模拟气管与支气管，气球模拟肺，橡皮膜模拟膈肌，无底塑料容器模拟胸廓。学生根据呼吸经验，将向上推橡皮膜，无底塑料容器体和变小类比呼气时胸廓收缩，反之亦然。学生设计模拟实验，组装实验材料，分别向上推、向下拉橡皮膜，观察与比较向上、向下拉橡皮膜时气球的变化情况，以图文并茂的形式真实记录气球、橡皮膜、无底塑料容器容积的相应变化。

3.运用类比推理，建构系统模型

学生根据模拟实验的现象，得出实验结论：向上推橡皮膜，容器容积变小，两个气球变小；向下拉橡皮膜，容器容积变大，两个气球变大。结合之前的类比思维过程，用向上推橡皮膜类比呼气和膈肌舒张，容器容积变小类比胸廓收缩，气球变小类比肺缩小，反之亦然。从而推理出：呼气时膈肌舒张、胸廓收缩、肺缩小；吸气时膈肌收缩、胸廓扩张、肺扩张。由此，学生分别抽象出膈肌、胸廓、肺的变化，概括三者之间相互变化的关系，自主建构呼吸的系统模型。

以类比推理的思维方法贯穿整个模拟实验，此处的模拟实验相当于人体呼吸的模型，先抽象人体呼吸的特征，然后辨别呼吸器官与实验材料的共性，最后具象到模型建构中。在模拟实验中，学生观察气球、橡皮膜、无底塑料容器容积的变化，从而类比推理肺、膈肌、胸廓之间的变化，提升了类比推理能力。

三、结构与功能内容的类比推理教学

在小学科学教学中，为了把无形的、抽象的、陌生的事物说得清楚明白，通常用有形的、具体的、熟悉的事物进行类比。类比推理是一种重要的科学解释方法。如研究电流时，用水流类比电流，具象电流的流动规律，突破概念理解的难点。

例如，教学“点亮小灯泡”时，教师引导学生通过电池、导线、灯泡连接成完整的闭合回路，探索灯泡被点亮的秘密，想象电路中有电流动，具体的类比推理教学过程如下。

1.形成认知冲突

为了点亮小灯泡，教师提供实验材料：小灯泡1个、电池1节、导线1根。首先，教师引导学生观察小灯泡由灯丝、金属架、螺纹、底部、灯泡组成。然后，小组合作实验，尝试用电池、导线连接小灯泡，记录小灯泡点亮时的电路连接图。最后，学生互相交流，产生认知冲突：为什么会有不同的连接方式让小灯泡亮起来呢？

2.开展类比推理

教师以水流类比电流，用水流有方向类比推理电流也有方向，引导学生分析小灯泡被点亮时的几种情况，并借助导线、小灯泡底部、侧面螺纹分别连接电池的正极与负极，初步概括能使小灯泡点亮的有效结构为小灯泡底部与螺纹，玻璃泡不能使小灯泡亮起来。

教师引导学生通过将水流类比为电流，画出上述电路中电流经过的路径，初步总结小灯泡底部、电池、导线、螺纹形成了闭合回路。接着，教师让学生猜测电流是如何经过小灯泡的，以其中一种电路图为例，猜测电流从电池正极出发到达小灯泡底部，再经过小灯泡内部的金属架与灯丝到达螺纹，经过导线最终到达电池负极。继而作出假设：电流经过小灯泡底部、金属架、灯丝、螺纹。

3.建构概念模型

为验证上述类比推理的假设，教师引导学生拆解小灯泡，观察小灯泡内金属架尾部的两端，发现一端连着灯泡底部，一端连着侧面螺纹，形成两处连接点；小灯泡的底部、螺纹均为金属，有导电性，因此电流是从小灯泡的金属部件经过，由一处连接点途径金属架、灯丝至另一处连接点，从而证实了假设。

在点亮小灯泡的过程中，学生科学记录小灯泡被点亮的电路实物图，由于形成了不同的连接方式，从而产生认知冲突，启迪思维；以水流类比电流，初步建模；再对电流经过小灯泡的内部结构作出假设，第二次建构小灯泡通电结构的模型；最后拆解小灯泡，第三次建构小灯泡通电结构的模型。学生通过三次模型建构，有效建构小灯泡通电的概念模型，解释了电流通过小灯泡使其亮起来的科学原理。

结语

在小学科学教学中，运用思维型教学理论培养学生的类比推理能力，是一种有效而简洁的训练方法，运用好类比推理教学策略，能使学生的逻辑思维能力得到培养，使科学核心素养在课堂教学中得到落实，切实服务拔尖创新人才的早期培养。

（作者单位：北京市朝阳外国语学校）

参考文献

[1]林崇德，胡卫平.思维型课堂教学的理论与实践[J].北京师范大学学报（社会科学版），2010（01）.

[2]叶宝生.小学生科学学习心理学[M].长沙：湖南科学技术出版社，2022.

[3]胡卫平.科学思维的理论与培养[M].石家庄：河北人民出版社，2023.