潘偉鋒

類比推理是科學(xué)研究中常用的方法之一。它是以關(guān)于兩個事物某些屬性相同的判斷為前提，推出兩個事物的其他屬性相同的結(jié)論的推理。類比推理具有或然性，它是一種從特殊到特殊的推理，整個推理過程并不十分嚴(yán)密。這一特點(diǎn)使得人們能夠進(jìn)行廣泛的聯(lián)想，從而達(dá)到觸類旁通、啟迪思維的作用。因此在認(rèn)識客觀事物，在探索新的事物發(fā)展規(guī)律，建立事物之間聯(lián)系的過程中，類比推理發(fā)揮著極其重要的作用，它的創(chuàng)造性是歸納、演繹等邏輯思維方法無法比擬的。

作為一種間接的實(shí)驗(yàn)方法，模擬實(shí)驗(yàn)是根據(jù)研究對象的本質(zhì)特性，建立或選擇一種與對象客體相似的模型，在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，然后將研究的結(jié)果推廣到對象客體中去，從而達(dá)到解釋對象、認(rèn)識對象的目的。由此可見，模擬實(shí)驗(yàn)就其推理形式來說，就是一種類比推理。

小學(xué)科學(xué)課的教學(xué)以觀察實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，模擬實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教材中占有相當(dāng)大的比重，特別是進(jìn)入中高年級以后，模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)量明顯增加。如五年級《做個生態(tài)瓶》《地球內(nèi)部運(yùn)動引起的地形變化》《巖石會改變摸樣嗎》《雨水對土地的侵蝕》等課，甚至像《地球運(yùn)動》《宇宙》整個單元的實(shí)驗(yàn)都屬于模擬實(shí)驗(yàn)。這是因?yàn)橐环矫孢@一類主題的內(nèi)容屬于宏觀世界范疇，難以進(jìn)行直接的觀察；另一方面對于小學(xué)階段的學(xué)生來說，空間想象能力不強(qiáng)，特別是針對涉及運(yùn)動的內(nèi)容，就更不知如何入手了。因此，教材安排了較多的模擬實(shí)驗(yàn)，通過模擬實(shí)驗(yàn)的直觀手段幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

所以，有效構(gòu)建模擬實(shí)驗(yàn)，突顯模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，將有助于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)、提高學(xué)生類比思維能力的目的。

一、構(gòu)建模擬實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)類推能力四途徑

1.合理猜想，分析原型

猜想是科學(xué)探究中的一個重要環(huán)節(jié)。只有對科學(xué)問題的有效猜想，才會激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣，啟迪學(xué)生的創(chuàng)造思維，從而發(fā)現(xiàn)問題、解決問題?？茖W(xué)家也是通過“提出問題—分析問題—做出猜想—檢驗(yàn)證明”來開拓新領(lǐng)域、創(chuàng)立新理論的。

【片斷1】《雨水對土地的侵蝕》教學(xué)片斷

師：那么下雨的時候，土地是否發(fā)生跟我們想到的這樣的變化呢？這節(jié)課，我們就一起來研究這個科學(xué)問題。在研究這個問題之前，我們先來做個模擬實(shí)驗(yàn)。

師：老師給你們準(zhǔn)備的材料是這樣的，上面拌著一塊這樣的泥土。你們說，這樣可以模擬什么呢？

生：可以模擬山坡上的土地，山坡上的土地是凹凸不平的。

師：盒子的旁邊還放著一個水槽，水槽里面裝著一些水，我們今天可以用這些水模擬什么呢？

生：把它潑到土壤上，就像下雨一樣。

師：將水潑過去就像下雨一樣，是吧？那么，我們在做這個實(shí)驗(yàn)前首先來猜一猜：現(xiàn)在在這塊土地上將這些充當(dāng)雨水的水潑撒上去后，土地會發(fā)生怎么樣的變化呢？雨水又會發(fā)生什么變化呢？請你們將觀察到的現(xiàn)象和猜測的想法記錄下來，老師給你們準(zhǔn)備的一張科學(xué)記錄單是這樣的。（課件）

……

“猜想”是一種思維活動，是學(xué)生有方向的猜測與判斷，包含了理性的思考和直覺的推斷。在明確了模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計的原理及實(shí)驗(yàn)方法之后，還沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，還沒有觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之前，對可能觀察到的現(xiàn)象和這些現(xiàn)象能說明什么進(jìn)行合理的猜測，其實(shí)就是由模型到原型的類比推理的預(yù)演。如上述片斷中，教師提出：雨水會不會對土地產(chǎn)生影響？土地會發(fā)生什么變化？雨水會發(fā)生什么變化？學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)作出的這些猜想和推測，都將有助于幫助其建立起模型與原型兩者間的聯(lián)系。

2.類比探討，簡化原型

類比推理是思維過程中由特殊到特殊的推理，對于相互有聯(lián)系的內(nèi)容進(jìn)行類比分析，有利于學(xué)生對問題的深層次的認(rèn)識，更有利于學(xué)生對問題規(guī)律的探尋。模擬實(shí)驗(yàn)中要化繁為簡、化難為易，把復(fù)雜的問題簡單化。在盡可能周密、具體的分析的基礎(chǔ)上，分清主次。通過科學(xué)的抽象，保留并突出決定事物本質(zhì)屬性的主要因素，排除次要因素的干擾，使復(fù)雜事物有可能通過比較簡單的模型來進(jìn)行研究。

【片斷2】《晝夜交替現(xiàn)象》教學(xué)片斷

在提出可能出現(xiàn)晝夜交替現(xiàn)象的假說這一過程中，學(xué)生提出了多種模型。但是有的學(xué)生容易把地球與太陽自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)的方向也考慮進(jìn)去，如果再將兩個天體的運(yùn)動方式進(jìn)行組合搭配，就會出現(xiàn)繁多而復(fù)雜的假說模型，這就需要引導(dǎo)學(xué)生忽略次要因素。再有，在建模的過程中，有學(xué)生對每種模型都考慮太陽的自轉(zhuǎn)與不自轉(zhuǎn)，這樣的排列組合也會使模型復(fù)雜化，不利于學(xué)生抓住模型的關(guān)鍵和本質(zhì)——地球與太陽的相對圓周運(yùn)動，應(yīng)該通過探討活動向?qū)W生說明。

因此，在建立模型之前，對原型進(jìn)行抽象和簡化，分析概括出原型的重要因素是十分必要的。引導(dǎo)學(xué)生分清主次，舍棄次要的、無關(guān)大局的細(xì)節(jié)，舍末求本，抓住本質(zhì)性和關(guān)鍵性的因素，才能有效構(gòu)建具有科學(xué)性的模型。

3.細(xì)致觀察，強(qiáng)化聯(lián)系

觀察是人們認(rèn)識客觀世界的重要手段。觀察可以調(diào)動學(xué)生的各種感官，在已有知識的基礎(chǔ)上產(chǎn)生聯(lián)想，通過觀察還可以減少猜想的盲目性。同時觀察力也是人的一種重要能力。所以在教學(xué)中要給學(xué)生必要的時間和空間進(jìn)行觀察，培養(yǎng)良好的觀察習(xí)慣，提高觀察力，強(qiáng)化觀察到的現(xiàn)象與已知的事實(shí)之間的聯(lián)系。

【片斷3】《巖石會改變模樣嗎》教學(xué)片斷

師：在實(shí)驗(yàn)過程中你們有什么發(fā)現(xiàn)？實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象說明了什么？

生：巖石上有小顆粒掉在水里了。

生：第二次燒的時候石頭發(fā)白了，放到水里后又恢復(fù)了原樣。

生：加熱后的巖石放入水里會發(fā)出聲音。

……

模擬實(shí)驗(yàn)是通過研究模型并將從模型中獲得的研究結(jié)果推廣到原型中去，從而解釋原型、認(rèn)識原型。因此，模擬實(shí)驗(yàn)不同于一般的觀察實(shí)驗(yàn)所見即所得，它需要有一個通過類比推理實(shí)現(xiàn)知識遷移的過程。如上述片斷中， 只有通過學(xué)生對模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)致觀察，發(fā)現(xiàn)了巖石的這些細(xì)微變化，才能用這種現(xiàn)象去解釋、認(rèn)識自然界中巖石變化的原因。由此可見，觀察在這一知識遷移過程中所起的重要作用。

4.關(guān)注設(shè)計，逐步提高

學(xué)生用學(xué)習(xí)設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想，比展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的操作實(shí)驗(yàn)更重要，設(shè)計實(shí)驗(yàn)是學(xué)生高水平實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ捏w現(xiàn)，所以隨著年級的升高，教師要把訓(xùn)練重點(diǎn)從一開始接觸模擬實(shí)驗(yàn)重在理解實(shí)驗(yàn)意圖和實(shí)驗(yàn)原理，慢慢地轉(zhuǎn)移到學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι蟻?。教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)題目，讓學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)知識，模仿著大膽設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，并按實(shí)驗(yàn)方案操作實(shí)驗(yàn)，在操作實(shí)驗(yàn)的過程中不斷修改實(shí)驗(yàn)方案，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案，從而逐漸提高學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的能力。如《極晝和極夜的解釋》一課教學(xué)時，教師可以先讓學(xué)生利用所學(xué)知識談?wù)勛约簩O晝極夜現(xiàn)象的解釋，然后通過討論實(shí)驗(yàn)方案使解釋更明確，并在實(shí)施過程中加深對地軸傾斜角度影響的認(rèn)識。

二、突顯模擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，做到兩個“避免”

1. 避免片面追求實(shí)驗(yàn)效果的不規(guī)范操作，忽視實(shí)驗(yàn)科學(xué)性

類比推理作為一種非必然性推理，這是它的短處。在許多情況下類比物與目標(biāo)之間如果是非對應(yīng)關(guān)系，這樣的結(jié)論就是錯誤的。如教學(xué)《巖石會改變模樣嗎》一課，在研究冷熱對巖石的風(fēng)化作用時，有的教師覺得普通的巖石用酒精燈加熱用冷水冷卻幾次，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，就用玻璃代替巖石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只需要一兩次，玻璃就會由于熱脹冷縮而崩裂，這樣不僅可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)時間，還可以提高實(shí)驗(yàn)效果。殊不知這種做法違背了模擬實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，玻璃和普通的巖石在物理屬性上有很大的差異，由玻璃在冷熱作用下碎裂推出巖石也會在冷熱作用下碎裂，這樣的結(jié)論可靠性不高，也不容易被學(xué)生真正從內(nèi)心所接受。這個用玻璃代替巖石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的教師正是缺乏對模擬實(shí)驗(yàn)和類比推理思維基礎(chǔ)的認(rèn)識，片面追求實(shí)驗(yàn)效果忽視其應(yīng)有的科學(xué)性的結(jié)果。

2.避免以模型中的現(xiàn)象、結(jié)論直接作為結(jié)論，忽視推理過程

如在《地球內(nèi)部運(yùn)動引起的地形變化》一課教學(xué)中，教師用煮開的粥模擬地幔中滾燙的巖漿，用橘子皮模擬地球板塊。實(shí)驗(yàn)中看到有的橘子皮之間會相互靠攏，有的會相互分開，教師就馬上得出地球板塊之間會相互碰撞和分離的結(jié)論。又如《垃圾的處理》一課教學(xué)中，模擬垃圾簡單填埋的危害時，看到模擬實(shí)驗(yàn)中的水變臟，就得出簡單填埋會污染地下水的結(jié)論。教學(xué)《月相變化》一課，看到一半涂成白色的皮球在繞我們轉(zhuǎn)動時，看到皮球的白色部分呈現(xiàn)由缺到圓由圓到缺的變化過程，就直接得出月相的形成原因。這樣的教學(xué)看上去合情合理，似乎得出結(jié)論已是水到渠成，實(shí)際上是以模型中的現(xiàn)象、結(jié)論代替了對原型的研究，缺少一個類比推理的思維過程，這種跳躍式的思維，不利于學(xué)生的模仿學(xué)習(xí)。

小學(xué)生的思維還處在如皮亞杰描述的“從直觀的形象思維向抽象的邏輯思維過渡”的階段。從模擬實(shí)驗(yàn)這種典型的、以類比推理為思維基礎(chǔ)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)開始，理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計原理，經(jīng)歷類比推理的過程，由模仿到獨(dú)立設(shè)計，從而真正掌握類比推理思維方法，達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生類比推理思維能力的目的。

（浙江省余姚市實(shí)驗(yàn)小學(xué) 315400）