指向推理论证能力提升的项目化学习探究

摘    要：推理论证能力需要经历新颖情境中的迁移应用，在深度学习活动中习得和发展，而项目化学习可以提升学生的推理论证能力。教师可基于课标、聚焦核心概念等，建立指向推理论证能力提升的项目化学习学教范式，并关注核心素养、高阶思维、全程评价、科学管理等基本要素，拟制项目化学习的设计思路。具体教学中，教师可创设真实情境以提出驱动性问题，引导学生自制密度计以提升推理论证能力、改进自制密度计以加深对科学知识与原理的理解、综合拓展运用以促进深度学习，使学生由“解题”向“解决问题”转变，进而发展高阶思维能力，提升核心素养。

关键词：推理论证；科学思维；项目化学习；探究实践

科学思维是科学课堂的灵魂，而推理论证能力则是科学思维的重要组成部分。推理论证能力不是机械重复的练习所能培养的，而是需要经历新颖情境中的迁移应用，在深度学习活动中习得和发展。项目化学习是一种以学生为中心的教学方式，主张学生通过小组合作解决一个真实世界中复杂且具有挑战性的问题，或是完成一项源自真实世界经验且需要思考的任务，在解决问题或完成任务的过程中逐步习得知识、可迁移技能、高级思维能力、关键品格等在内的核心素养［1］。实践证明，运用项目化学习可以提升学生推理论证的科学思维、深度思维等核心能力［2］。下面，笔者以“自制密度计”为例，探讨在项目化学习中提升学生推理论证能力的路径。

一、指向推理论证能力提升的项目化学习的学教范式

指向推理论证能力提升的项目化学习，首先需要基于课标、聚焦核心概念，创建并优化项目，使优化后的项目与学习目标契合，并注重知识和能力的有效迁移。然后，要创设真实情境、提出复杂问题，引导学生积极参与、推理论证、综合分析、深度思考，进而在解决问题的过程中，提升学习积极性，发展科学思维和实践能力。在此过程中，教师给予学生的是学习情境、学习资源、学习方法，要引导、激发学生深度学习［3］。由此，笔者建构了指向推理论证能力提升的项目化学习学教范式（如图1所示），引导学生在动手、动脑、动口中解决真实问题，进而发展推理论证、迁移运用等高阶思维能力，提升核心素养。

二、指向推理论证能力提升的项目化学习的基本要素

在设计指向推理论证能力提升的项目化学习时，教师需要关注以下基本要素。

一是核心素养。项目化学习的目标要体现核心素养的综合性。教学时，教师要以学科核心概念的建构为基础，引导学生在概念的建构和应用过程中发展科学思维和问题解决能力。

二是高阶思维。高阶思维的发展以学生深度参与学习为基础，以真实复杂的生活情境为载体，以适切多样的教学方法为手段，并通过三者的有机整合得以实现。

三是全程评价。开展项目化学习时，教师需要对学生进行全程评价。教师可基于驱动性问题的解决过程和学习结果设计定性与定量相结合的评价量表，并设计好相关量表的使用方法，使之既能客观地评估项目化学习成果，又能发挥对学生学习进程的引导和改进作用。

四是科学管理。在进行项目化学习的过程中，由于分工不同、能力不同、态度不同，学生最终的学习结果也会有相当大的不同，因此教师必须对学生有足够的了解，引导学生合理配对、科学分工、适度合作，并科学管理项目实施过程，以保障项目活动的有效进行［4］。

指向推理论证能力提升的项目化学习的基本要素与驱动性问题等的关系如图2所示。

三、指向推理论证能力提升的项目化学习的教学分析和设计思路

（一）教学分析

“自制密度计”这一项目可以深化学生对力和运动、二力平衡等内容的理解，提升学生的推理论证能力。该项目有关推理论证的重点内容如下：（1）结合真实情境，能推理出适合选出优良稻种的盐水密度；（2）观察并推理论证密度计刻度是不均匀的，刻度有上疏下密、上小下大的特点；（3）推理分析如何改进自制密度计的准确度；（4）能综合运用密度、重力、浮力、力和运动的关系设计出不同类型的密度计。

（二）设计思路

在明确了教学重点后，笔者拟出了“自制密度计”项目化学习的设计思路（如图3所示）。

此设计旨在引导学生基于证据与逻辑，在真实情境中运用推理与论证、分析与综合、归纳与演绎、正向与逆向等思维方法，综合运用科学知识自制精确的密度计，提升问题解决能力，进而发展创造性思维。

四、指向推理论证能力提升的项目化学习的实施过程

基于以上分析，笔者引导学生展开了指向推理论证的项目化学习活动，具体实施过程如下。

（一）创设真实情境，提出驱动性问题

课前，笔者给学生提供几则阅读材料，其主要内容是“全球粮食危机形势和不安全状况进一步加剧，而最有可能在粮食增产上实现突破的是选择优良的种子”，以此让学生感受到“粮安天下，种子为基”，即种业的安全关系到粮食安全，也关系到国家安全。笔者进一步要求学生上网查阅相关资料，加深认识：要实现粮食增产，首先要选择优良的种子，选出的种子是空瘪的或者被虫蛀了的，会影响粮食增产。

课堂上，笔者介绍古代劳动人民发明的盐水选种方法，并创设真实情境：农民按照农技人员指导的方法配制出来的盐水溶液，容易受到环境中水分、温度等变化的影响，导致溶质质量分数及密度发生变化，因此迫切需要一个标有刻度、测量准确、可快速选出优良种子的密度计。

设计意图：以“为农民制作一个标有刻度、测量准确、可快速选出优良种子的密度计”为驱动性问题，激发学生的探究欲望，让学生感受到已学的科学知识可以用于解决生活和生产中的实际问题，体会学以致用的快乐，从而以更大的热情投入到科学学习中。

（二）自制密度计，提升推理论证能力

展示学生周末在家自制的密度计图片，引导学生自评和互评，并与实验室中的密度计进行对比分析，从而提出评价项目的角度——稳定性、直观性、准确性、取材等，以此对自制密度计评价打分。

【环节1】动手实践，自制“漂浮管”

学生自选器材自制密度计的“漂浮管”。有不少学生选择用吸管来制作“漂浮管”：有的将底部用橡皮泥密封，实验时发现吸管沉底，分析得出吸管整体受到的浮力小于重力，应减少橡皮泥的重力，使吸管整体受到的浮力和重力相等；有的最初用胶枪出胶密封底部，发现密封性不好，又调整为用打火机烧吸管底部，密封性很好。有小组的“漂浮管”不能竖直漂浮，调试时发现增加配重可以漂浮起来。标刻度的时候，有些小组用水彩笔标注，发现浸到水中后刻度很快就溶化看不清了。于是，有些学生改用铅笔标刻度，还有的标好刻度后贴上透明胶。二者都能解决刻度在水中变模糊的问题。

设计意图：在解决密度计一端密封、“漂浮管”下沉或者不能竖直漂浮及标刻度等问题的过程中，引导学生动手动脑，提升分析能力和解决实际问题能力，进而深刻理解密度计重力和浮力二力平衡的原理。

【环节2】动脑思考，确定密度计刻度

笔者提出“配出密度为1.1 g/cm3的盐水溶液，帮助农民选出优良的稻种”这一问题，引导学生分析盐水的成分，推理得出盐水溶质质量分数越大，盐水溶液的密度也就越大。查阅溶质质量分数和密度的关系表格，可知溶质质量分数为16%的食盐水密度为1.1 g/cm3 ，将自制的“漂浮管”浸入质量分数为16%的盐水溶液中，确定出密度计上1.1 g/cm3的刻度位置。

学生经查阅资料得知：长得很饱满的麦种，密度超过1.2 g/cm3。为使自制密度计也能用于选出优良的麦种，学生分析得出还需确定密度计上1.2 g/cm3的刻度位置。学生观察已经标好的三个刻度“1.0 g/cm3、1.1 g/cm3、1.2 g/cm3”的刻度特点，得出密度计具有“上小下大、上疏下密”的刻度特点。

设计意图：引导学生在分析得出盐水溶质质量分数与盐水密度有一定关系的过程中，提升分析推理能力，实现深度学习。确定出适合水稻选种的1.1 g/cm3的刻度位置后，学生可将这一方法迁移到确定适合选出优良麦种的1.2 g/cm3的刻度位置。同时，让学生观察密度计的刻度特点，可降低推理论证密度计刻度特点的难度，也体现学习能力的进阶。

【环节3】推理论证自制密度计刻度特点

设计意图：在学生观察出密度计刻度特点的基础上，引导学生通过重力和浮力二力平衡的原理以及公式推理出刻度特点，可强化学生对科学疑难问题的理解，提升知识的迁移运用能力。

【环节4】综合运用，提高密度计精确度

笔者提供资料，指出密度为1.10 g/cm3～1.13 g/cm3的盐水溶液都可用于选优质稻种，引导学生提出问题：如何将密度计做成最小刻度为0.01 g/cm3的更精确的密度计。学生经思考提出两种标最小刻度的方法。

方法一：在1.1 g/cm3 和1.2 g/cm3 之间进行均分刻度。

方法二：测出“漂浮管”漂浮在水中的深度H，将1.11 g/cm3代入公式，计算出密度为1.11 g/cm3 的食盐水对应的h，在吸管上标出相应的密度值。

笔者让学生分析哪种方法更合理。有学生马上提出进行均分刻度是不合理的，因为根据已经标出来的三个刻度1.0 g/cm3 、1.1 g/cm3

设计意图：对“做成最小刻度为0.01 g/cm3的更精确的密度计”，有学生想当然地认为需要均分刻度，此时引导学生分析，可使学生更深刻地认识到均分刻度是错误的。再让学生结合推导出来的公式分析密度计相邻刻度之间的间距差值与什么量有关，可强化学生的推理论证能力。学生在分析出这与进入水中的深度H有关，知道H的值越大，刻度差值也越大，代表相同最小刻度的刻度差值越大，密度计越精确后，就会顺势思考H的值又是由什么因素决定的，进而分析出H的值由密度计的重力和“漂浮管”的横截面积决定，最终得出增大密度计精确度的方法。

（三）改进自制密度计，加深对科学知识与原理的理解

【环节5】改进自制密度计，自制密度计大比拼

笔者引导学生小组充分讨论，从而确定出自制密度计的评价量表（如表1所示）。

结合评价量表，学生对密度计进行改进，然后由小组代表运用改进后的密度计进行实验“确定桌面上的七杯盐水溶液，哪些是可以选稻种的，哪些是可以选麦种的”，并将判断结果写在黑板上。笔者选出几名学生，让他们将盲盒里写着各烧杯中盐水密度的纸条拿出来公布并说明，对各小组设计的密度计进行检验。

设计意图：引导学生自制评价量表，可促使学生进一步认识自制密度计需要注意的事项。让学生运用改进后的密度计进行实验，并由其他学生公布盲盒中的溶液密度标签，不仅可以检验学生制作的成品，而且可使其兴趣深厚、热情高涨，积极主动地加入课堂探究，并在此过程中加深对科学知识、原理的理解，发展高阶思维能力。

（四）综合拓展运用，促进深度学习

评价了自制密度计后，学生意犹未尽。笔者启发学生思考：还有哪些方法可自制液体密度计，并用于盐水选种？笔者引导学生思考自制密度计的设计原理、设计思路、确定零刻度的方法，以及标刻度和提高准确度的方法。学生经过小组讨论后，提出了多种自制密度计的方法。

方法一：利用杠杆平衡原理将杆秤改成密度秤。当某点所悬挂的盛装液体的容器内不装任何液体时，移动秤砣M，平衡时对应的悬挂点为零刻度线，容器里装入一定体积的清水时，移动秤砣M，平衡时对应的悬挂点为刻度线1.0 g/cm3，再均分刻度。

方法二：利用浮力、杠杆平衡的知识将浮力秤改成密度秤。其他操作类似方法一。

设计意图：以开放式的思路引导学生思考密度计的设计，可提升学生的知识迁移能力和综合运用能力。学生通过自主设计、动脑动手、综合分析，可突破自制密度计中的难点，培养自主探究和深度思考的能力，促进思维的螺旋进阶。

五、结束语

在运用项目化学习提升推理论证能力的科学课堂中，学生从始至终保持着探索的热情和积极主动的精神状态。由此，课堂成为一场充满活力的探索之旅，有效地促进了学生由“解题”向“解决问题”转变，进而发展高阶思维能力，提升核心素养。这对教师的教学能力提出了新的更高的要求。教师需通过个人和集体备课相结合，集思广益，使运用项目化学习提升学生推理论证能力的教学日渐优化，并立足学情，聚焦核心概念，因课制宜，优化课堂教学策略，提高学生学习的积极性，培养学生的深度思维能力，提升学生解决问题的能力，最终提升学生的核心素养。

当然，指向推理论证能力提升的项目化学习还能迁移到其他很多内容的教学中。如：自制杆秤，理解杠杆平衡条件，综合运用重力、浮力、杠杆平衡、力和运动的知识推理论证；自制小型吸尘器，在推理论证中建立利用大气压解释现象的模型，理解大气压强与流速的关系，提升实践能力及思维深度；设计校园电动伸缩门并优化与改造，理解电动机原理，推理论证出电磁继电器在实际生活生产中的运用及工作机理，实现深度学习；等等。

参考文献：

［1］［3］［4］马璇，卢秉政，朱青.基于项目学习模式的初中化学专题复习：以“科学探究”专题复习为例［J］.福建基础教育研究，2020（10）：118-120.

［2］余京华，周雪芳.在概念建构中培养学生推理论证能力：以《导体和绝缘体》一课为例［J］.教学月刊·小学版（综合），2023（4）：18-21.