小學生科學探究證據(jù)失真現(xiàn)象剖析與糾正策略研究

夏俊杰

【摘要】在科學探究中，建立證據(jù)意識是核心素養(yǎng)倡導的科學精神。學生在探究中表現(xiàn)出來的證據(jù)失真現(xiàn)象，對核心素養(yǎng)、知識建構(gòu)、科學精神培育都會產(chǎn)生不利的影響。我們通過調(diào)查研究分析了問題產(chǎn)生的原因，并提出了重復實驗、對比實驗、評價數(shù)據(jù)等改進策略，以期有效消除這種現(xiàn)象，促進小學生科學精神、科學素養(yǎng)健康發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】證據(jù) 失真 原因 糾正 策略

一、證據(jù)失真現(xiàn)象及原因分析

（一）失真現(xiàn)象

證（數(shù)）據(jù)失真是指學生通過臆造、估計、套用等方法獲得的與真實情況不符的實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等。在小學科學日常教學活動中，我們注意到這樣的現(xiàn)象：

現(xiàn)象1：學生在進行小蘇打與白醋的實驗中，筆者發(fā)現(xiàn)一組學生將反應后產(chǎn)生的氣體“倒”在點燃的蠟燭上，蠟燭的火焰變?nèi)趿?，并沒有熄滅。這組學生看了看，了解其他小組的情況后，在實驗單上填寫下了“蠟燭火焰熄滅了”。

現(xiàn)象2：學生通過木棒影子的長短變化在操場上進行了“陽光下的影子”的測量。第三次測量時，筆者發(fā)現(xiàn)有三個學生并沒有對影子進行測量，卻都在實驗單上杜撰了一個數(shù)據(jù)。

從這兩個現(xiàn)象中，我們不難發(fā)現(xiàn)：學生在科學探究過程中明顯存在證據(jù)失真的現(xiàn)象。尋找證據(jù)、驗證假設是整個科學探究活動的軸心，是構(gòu)建科學概念、培養(yǎng)科學素養(yǎng)的重要載體?？茖W探究教學中出現(xiàn)的這種現(xiàn)象引起了我們的高度重視，為了糾正這種行為，改進科學探究教學，提高證據(jù)的真實性、可靠性，我們開展了科學探究教學中數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象的調(diào)查、剖析及改進策略的研究。

（二）原因剖析

為了進一步了解這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，我們對相關(guān)學生進行了訪談，下面是訪談的實錄。

現(xiàn)象1的訪談：

師：關(guān)于小蘇打與白醋的實驗，老師明明看到你們這個實驗組的蠟燭火焰沒有熄滅，而在實驗單反映的卻是火焰熄滅了。

學生：在小蘇打與白醋的實驗中，我們組的情況是蠟燭的火焰沒有熄滅，但是我們看到周圍幾個小組的蠟燭都熄滅了，懷疑自己組在實驗操作方面出了問題，所以采用其他組的意見。

師：你們?yōu)槭裁床辉僦貜蛶状危?/p>

（生沉默）

現(xiàn)象2的訪談：

師：老師觀察到你們只對陽光下木棒的影子做了兩次測量，而在實驗單卻填得滿滿的，還有幾次數(shù)據(jù)是如何得到的？

學生：在經(jīng)過兩次測量后，我們知道了下午影子會變長，所以對第三、四、五次測量數(shù)據(jù)，我們只不過是在前一個數(shù)據(jù)上加上了第一、二次的差值。

師：你們的數(shù)據(jù)是推定的。

（生點頭）

訪談中，我們還了解到了其他一些相關(guān)情況：如只做一次實驗就直接確定數(shù)據(jù)，甚至還存在著臆造數(shù)據(jù)的情況等。綜合來看，學生在科學探究中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)失真情況主要有四種類型：（1）挪用證據(jù);（2）杜撰證據(jù);（3）證據(jù)可信度低;（4）推定證據(jù)。

調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)學生證據(jù)失真存在的主要原因有：

1.對證據(jù)認識不足

學生為了貪圖一時的省力采用隨意估摸、推定證據(jù)，采用偶然性較大的數(shù)據(jù)等，充分反映學生在科學探究中對證據(jù)的重要性認識不足，態(tài)度不嚴謹。

2.從眾心理的影響

現(xiàn)象1中的學生明明知道了自己的探究結(jié)果與別人的不同，卻最后放棄了自己的數(shù)據(jù)，反映了學生缺乏自信，受從眾心理影響。

3.實驗技能不扎實

學生缺乏必要的實驗技能，導致了在實驗過程中應該發(fā)生的現(xiàn)象沒有發(fā)生，得到的實驗數(shù)據(jù)是不真實的。在無奈之下，學生抄襲了其他組的證據(jù)，導致了證據(jù)的虛假。

4.“迎合”教師心理

在教學中也確實存在學生為達到教師提出的要求，放棄自己通過探究獲得的真實證據(jù)，而改寫成教師事先設定的、學生必須達到的證據(jù)。

二、真實證據(jù)的教育價值

學生在科學探究中存在證據(jù)失真現(xiàn)象，明顯不符合新課標教學要求，也違背科學探究精神。

（一）探尋證據(jù)是科學精神的主要內(nèi)容

中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)指出，科學精神即崇尚真知，能理解和掌握基本的科學原理和方法，尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度，邏輯清晰。能運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為是核心素養(yǎng)所倡導的科學精神教育的主要內(nèi)容。

（二）探尋證據(jù)是科學課程標準的基本要求

小學科學課程標準指出：（1）了解科學探究是獲取科學知識的主要途徑，是通過多種方法尋找證據(jù)、運用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價交流等方式達成共識的過程;（2）科學探究有8個要素組成，其中搜集證據(jù)就是其中的一個重要的組成因素;（3）在科學態(tài)度方面“具有基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見解的意識，不迷信權(quán)威，實事求是”。

（三）探尋證據(jù)是滿足學生好奇心發(fā)展的需要

學生在生活、學習中，發(fā)現(xiàn)一些自然現(xiàn)象不能用已有的知識和經(jīng)驗來解釋，于是產(chǎn)生了認知沖突，產(chǎn)生了探究的好奇心，進而提出了科學問題。然后，進行假設，力圖通過觀察、實驗等多種科學手段獲得可靠的證據(jù)來支持其假設。因此，可以說科學探究的核心，是用研究獲得的可靠證據(jù)去解釋世界。

（四）探尋證據(jù)是培養(yǎng)學生高階思維能力的需要

在科學探究過程中，探尋證據(jù)中要運用分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，這有助于培養(yǎng)學生的高階思維能力。

三、數(shù)據(jù)失真的教學糾正策略

教學中存在數(shù)據(jù)失真的現(xiàn)象，它不利于學生知識的建構(gòu)、能力的提高，影響學生科學態(tài)度的養(yǎng)成。那么，該如何扭轉(zhuǎn)這個局面？我們采取了重復驗證、對比驗證、多維驗證、評價驗證的策略，糾正與杜絕數(shù)據(jù)失真乃至偽證在探究過程中的再現(xiàn)。

（一）重復實驗，搜尋必然性證據(jù)

證據(jù)具有可以重復驗證的特征。我們就抓住了證據(jù)的這一特點，進行重復驗證。驗證方法：

1.相同方法的驗證

這是我們最常用的方法，每組學生對同一個數(shù)據(jù)的獲得測量三次，然后計算出它們的平均數(shù)，這樣能夠避免在探究過程中出現(xiàn)的誤差造成證據(jù)不真實。在科學探究過程中，我們要指導學生控制好變量，用同樣的方法數(shù)次進行實驗操作，盡可能地獲得相同或相近的數(shù)據(jù)。

2.g同方法驗證

在科學探究過程中，我們可以嘗試兩種或兩種以上的不同方法去驗證，殊途同歸、異曲同工，提高證據(jù)的說服力，也可以培養(yǎng)學生思維的廣度、深度。

案例：《探索馬鈴薯沉浮的原因》

學生利用配制的濃鹽水，使馬鈴薯浮了起來，對同體積的馬鈴薯和同體積的濃鹽水稱量，明白了體積相等時，濃鹽水的質(zhì)量大于馬鈴薯時，馬鈴薯就浮在濃鹽水的上方。

為了更深刻地理解這個概念，我們又提出了另一個問題，馬鈴薯在其他液體中的沉浮情況也是這樣嗎？

于是學生用高濃度白砂糖溶液、味精溶液進行試驗，結(jié)果也獲得了同樣的結(jié)論。

通過多種方法，獲得同樣的證據(jù)，使證據(jù)具有更大的說服力。

（二）逆向探究，搜尋多維證據(jù)

在科學探究過程中，我們習慣從研究的問題出發(fā)，去找尋證據(jù)，證明假設。但有時會一籌莫展，換個角度就能柳暗花明。

案例：《聲音是怎樣產(chǎn)生的》

課堂上，學生忙忙碌碌，一會撥動鋼尺，一會敲擊鼓面，一會撥橡皮筋，終于知道了物體的振動形成了聲音的概念。筆者認為學生僅知道了這點是不夠的，于是提出了一個相反的問題：是不是振動停止了，聲音就消失了？

學生根據(jù)問題，設計了幾種實驗：（1）用手握住了晃動的鋼尺;（2）音叉停止振動水的漣漪消失了;（3）鑼面停止了振動，鑼面內(nèi)跳躍的玻璃球停止了滾動。

學生通過自己設計的實驗，找到了證據(jù)，證實了聲音的產(chǎn)生確與物體的振動有關(guān)。

案例：《小蘇打與白醋的反應》

學生在實驗前對白醋進行了識別，了解到白醋具有強烈酸味的特點。實驗開始，白醋與小蘇打混合，看到了很多氣泡的生成。這個現(xiàn)象雖已經(jīng)能夠證明其是化學變化，但是筆者對學生提出了更高的要求：除此之外，還能找出更多的證據(jù)，充分地證明它們發(fā)生了化學變化。

幾分鐘后，學生紛紛將目光集中在兩者反應后留下的液體，它是不是醋呢？最后，學生找到了它不是醋的證據(jù)——反應后的液體沒有酸味。

找出證據(jù)，可以是正面的、肯定的，也可以是反面的、否定的，總之證據(jù)越充分，就越能夠說明問題，更能強化學生的證據(jù)意識。

（三）創(chuàng)設條件，搜尋隱蔽性證據(jù)

案例：《物質(zhì)發(fā)生了什么變化》

蠟燭燃燒過程中發(fā)生了哪些變化？

學生經(jīng)過觀察，得知蠟燭受熱后從固體變成了液體。這一現(xiàn)象是什么變化？

學生進行了實驗操作：將蠟燭放在蒸發(fā)皿加熱，蠟燭很快溶化成乳白色的液體，然后冷卻，蠟燭又凝成乳白色的固體。

通過這一個實驗，學生發(fā)現(xiàn)了蠟燭在溶化過程中只是形態(tài)發(fā)生了變化，并沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)，是一種物理變化。

蠟燭在整個燃燒過程中除了上面的形態(tài)變化外，學生卻提出了另外兩個問題：（1）蠟燭燃燒，其實是蠟燭中的棉線在燃燒，而沒看到蠟油在燃燒;（2）蠟燭燃燒后什么也沒剩下，會不會屬于化學變化？

為了解決問題，筆者給學生演示了吹滅蠟燭的過程，學生看到了蠟燭在熄滅時飄浮著白氣，聯(lián)想到這種“白氣”會不會是一種可燃氣體？

學生成功點燃了“白氣”，也明白了蠟油受熱后會變成氣，蠟燭的蒸氣是一種可燃氣體，我們看到的蠟燭燈芯燃燒其實是蠟燭的蒸氣在燃燒。

對于蠟燭燃燒時會生成什么物質(zhì)？我們采用了下面的實驗方法：將一個干凈透明的燒杯倒扣在蠟燭的火焰上，燒杯壁上變得模糊了，彌漫了水珠，燒杯底部還留下的黑色物質(zhì)，最后蠟燭在煙霧中熄滅了。這個實驗讓我們看到了水珠、炭黑、二氧化碳這些新物質(zhì)，找到了蠟燭燃燒是化學變化的證據(jù)。從整個過程來看，從固體變?yōu)橐后w、水珠、炭黑、二氧化碳氣體，有足夠的證據(jù)證明了蠟燭燃燒時既發(fā)生了物理變化，同時又發(fā)生了化學變化。

在教學中，我們也會遇到因為物體發(fā)生變化呈現(xiàn)的現(xiàn)象不明顯或者根本不可見，讓我們很難找出有力的證據(jù)來驗證它們的發(fā)生變化情況。為此，我們只能通過借助于工具或技術(shù)，找出隱l生的證據(jù)，間接地加以證明。

（四）識別控制自變量，搜尋準確性證據(jù)

學生證據(jù)作偽還有一種原因，就是缺乏在探究中對實驗變量的識別與控制。

對比實驗是要通過識別變量，并控制和改變變量開展研究的，這樣才能獲得準確的證據(jù)。做好對變量的識別、控制，關(guān)系到科學探究整個過程的成功與否，關(guān)系到學生知識概念的建構(gòu)與否。下面舉例說明因變量沒有控制出現(xiàn)的錯誤現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。

案例：《電磁鐵》

在研究鐵釘電磁鐵的南北極是否能夠改變時，研究方法提示可以通過改變線圈的繞法。但是因為涉及的變量較多，如有線圈繞法的不同，有電流方向的不同，有釘尖、釘帽與小磁針不同端的接觸等。在實驗中，有的實驗組線圈繞法改變了，而電流方向也改變了;有的實驗組線圈繞法變了，接觸小磁針的釘子部位也變了，總之顯得顧此失彼、手忙腳亂。最終的結(jié)果，也是大相徑庭、五花八門。

針對這個問題，我們采用了分步完成：（1）順時針線圈;（2）釘尖的線連接電池正極，釘帽的線連接電池負極;（3）釘尖接觸小磁針的南極。

這樣，學生順利地完成了這個實驗過程。有了成功的開端后，教師再引導學生通過改變線圈的繞法，完成因線圈繞法的改變而產(chǎn)生電磁鐵兩極改變的研究。

案例：《拱形的力量》

下面是兩個實驗組不同的實驗裝置圖（見圖1、圖2）。

從實驗圖看，圖1和圖2確實存在著很大的差異，裝置2直觀地反映出拱形承重能力與拱足邊書本的高度是相關(guān)的，拱形承重能力隨著拱足的牢固而遞增，而裝置1的數(shù)據(jù)不能反映出這個規(guī)律。

教師指導學生對實驗裝置進行仔細地觀察，學生發(fā)現(xiàn)了它們的區(qū)別：裝置1只有第一本書是真正發(fā)揮抵住拱足外推力的作用，上面的書本都與拱形相隔一定距離，不能全力地發(fā)揮作用，只有在拱形變形時發(fā)揮微小的作用。后來改進了裝置，就取得了較為接近的效果，同時對裝置2存在的縫隙也做了改進，使實驗數(shù)據(jù)更加精確。

教師要指導學生在探究之前應制訂周密的實驗探究計劃，明確實驗中要改變的量，詳細地羅列出要控制的量，以及如何控制的方法、步驟，在探究過程中對它們進行嚴格地控制，分步驟進行實驗，從而獲得準確的證據(jù)。

（五）評價分析數(shù)據(jù)，搜尋可信性證據(jù)

整理評價證據(jù)，是一個審視所獲信息是否符合事實，剔除不合理信息的過程，是對證據(jù)的可信度的一個檢驗。

案例：《電磁鐵的磁力》

筆者從學生的實驗記錄單中，隨機選取了第八組記錄情況（見表1）。

筆者要求學生對表中的數(shù)據(jù)作出評價，找出異常數(shù)據(jù)，并指出產(chǎn)生的原因和改進的方法，填人合理的數(shù)據(jù)以完成表中“取值”欄，推導出能產(chǎn)生的結(jié)論。最后對異常數(shù)據(jù)進行實驗驗證。

通過對實驗數(shù)據(jù)整理、判斷，確定合理數(shù)據(jù)，剔除異常數(shù)據(jù)，可以提高證據(jù)的可信性，同時也提升學生的辨析能力、判斷能力。

四、結(jié)語

綜上所述，我們要以小學科學課程標準為指導，立足于學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，通過多種途徑讓學生懂得證據(jù)的重要性，經(jīng)歷獲取證據(jù)的過程。在實驗教學過程中，教師要加以積極引領(lǐng)、指導與評價，學生在科學探究過程中證據(jù)失真現(xiàn)象就會有效地消除。