打破形式化探究：科學(xué)課中學(xué)生證據(jù)意識的培養(yǎng)

丁言君 王亞菲 謝群

[摘 要]培養(yǎng)證據(jù)意識，有利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。然而，目前科學(xué)課中暴露出形式化探究的問題，即在探究活動中，往往是學(xué)生按照教師的安排開展實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生很少關(guān)注實(shí)驗(yàn)證據(jù)是否可靠、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義。科學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生證據(jù)意識的培養(yǎng)，精心設(shè)計(jì)探究活動，使學(xué)生形成科學(xué)探究的思維方式，促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]探究;小學(xué)科學(xué);證據(jù)意識;培養(yǎng)

[中圖分類號] G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）15-0067-02

證據(jù)意識，指人們面對爭議時，重視證據(jù)并自覺利用證據(jù)來證明結(jié)論的心理覺悟和能力。證據(jù)意識是科學(xué)家必不可少的能力，因?yàn)榭茖W(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究時需要在證據(jù)和結(jié)論之間構(gòu)建嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬯P(guān)系，進(jìn)而使科學(xué)團(tuán)體乃至公眾對其研究結(jié)果表示信服。同時，《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）在科學(xué)探究的總目標(biāo)中要求：“學(xué)生能夠通過收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過推理得出結(jié)論?！边@說明學(xué)生是收集和分析證據(jù)的主體，教師則是學(xué)生探究過程中的支持者、幫助者。

然而，Sadler等人發(fā)現(xiàn)學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究時很少質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而是默認(rèn)教師提供的證據(jù)是可靠的。目前，科學(xué)課中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也暴露出形式化探究的問題。提及探究，教師首先想到的便是“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，控制對照組”。一般而言，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是由教師提出的，而不是學(xué)生提出，這使得學(xué)生很少思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義，不清楚科學(xué)探究的思維方式，不明白科學(xué)探究的目的與價值。因此，科學(xué)教學(xué)中，教師要解決形式化探究的問題，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的思維方式，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識。下面，以教科版小學(xué)科學(xué)《運(yùn)動與摩擦力》一課教學(xué)為例，嘗試在真實(shí)情景中開展指向?qū)W生證據(jù)意識培養(yǎng)的科學(xué)探究。

一、創(chuàng)設(shè)問題情景，暴露前概念

知識存在于具體的、情境的、可感知的活動之中，因而學(xué)習(xí)就是要讓知識重回情境。可見，課堂中重視真實(shí)情境下的實(shí)驗(yàn)探究，對學(xué)生科學(xué)概念的建構(gòu)具有重要作用。在進(jìn)行正式探究前，教師還需掌握學(xué)生的前概念才能采取相應(yīng)的方法，順利地推進(jìn)科學(xué)探究的開展。

運(yùn)動和摩擦力的概念較抽象，較難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課前活動中，教師通過“爬墻車移動”的游戲，并板書“運(yùn)動”二字，請沒有玩過爬墻車的學(xué)生上臺體驗(yàn)玩爬墻車。這里，教師巧設(shè)游戲，讓學(xué)生思考爬墻車不掉的原因，激發(fā)學(xué)生的好奇心。

正式上課時，教師創(chuàng)設(shè)問題情境，以“挑選哪雙鞋作為拔河鞋最佳”的問題，引導(dǎo)學(xué)生暴露前概念。學(xué)生對情境中的問題表現(xiàn)出極大的興趣，結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)積極推測：由于越粗糙，摩擦力越大，故鞋底粗糙的拔河鞋最佳。教師抓住學(xué)生回答的關(guān)鍵詞“摩擦力”，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)表述對摩擦力概念的理解。這樣可暴露學(xué)生對摩擦力概念的認(rèn)知狀態(tài)，即處于似懂非懂的狀態(tài)。

二、循序漸進(jìn)教學(xué)，培養(yǎng)證據(jù)意識

1.結(jié)合經(jīng)驗(yàn)證據(jù)，感受摩擦和摩擦力

五年級的學(xué)生較少接觸實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等，但具有豐富的生活經(jīng)驗(yàn)，對于他們來說，經(jīng)驗(yàn)就是最好的證據(jù)。為了讓學(xué)生意識到經(jīng)驗(yàn)也可以作為證據(jù)，教師讓學(xué)生雙手高舉感受摩擦，學(xué)生很快意識到不能產(chǎn)生摩擦。接著，教師讓學(xué)生嘗試制造摩擦。學(xué)生通過已有的生活經(jīng)驗(yàn)，用手摩擦?xí)栏惺苣Σ粒兄Σ廉a(chǎn)生的條件，即需要兩個物體接觸、運(yùn)動或有運(yùn)動趨勢時才會發(fā)生摩擦，進(jìn)而引出摩擦力的概念：摩擦?xí)r阻礙物體運(yùn)動的力就是摩擦力。然后教師讓學(xué)生用穿鞋的腳向前移動，再向后移動，體驗(yàn)?zāi)Σ亮Φ淖璧K作用和摩擦力的大小。最后，教師讓學(xué)生回憶生活中感受摩擦力的經(jīng)歷，將摩擦力的概念化抽象為具體，深化學(xué)生對摩擦力的理解，使學(xué)生認(rèn)識到摩擦力在生活中無處不在。

2.引發(fā)認(rèn)知沖突，質(zhì)疑證據(jù)

由證據(jù)到結(jié)論的邏輯關(guān)系，在探究活動中具有至關(guān)重要的地位。科學(xué)家產(chǎn)生問題后會提出各種假設(shè)，然后尋找證據(jù)，得出結(jié)論。然而，科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的過程并不是一帆風(fēng)順的，尋找的證據(jù)也并非都是可靠的，所以科學(xué)家也會質(zhì)疑證據(jù)的可靠性。經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)活動，學(xué)生已經(jīng)意識到經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等都可作為實(shí)驗(yàn)證據(jù)。因此，教師引導(dǎo)學(xué)生提出假設(shè)，制造認(rèn)知沖突，引發(fā)學(xué)生對證據(jù)可靠性的關(guān)注。

圍繞如何選擇最佳拔河鞋的問題，教師提示學(xué)生思考：“拔河時摩擦力大是否真的有優(yōu)勢？不同鞋的摩擦力是否真的不同？”此時，學(xué)生的頭腦中會產(chǎn)生各種假設(shè)，但缺乏證據(jù)來證明假設(shè)。于是，教師為學(xué)生提供幫助：“用握力計(jì)分別測鞋底粗糙和光滑鞋底的摩擦力?！蓖瑫r，教師要求學(xué)生思考粗糙和光滑的摩擦力所表達(dá)的含義，培養(yǎng)學(xué)生分析和歸納的能力。經(jīng)過思考與分析，學(xué)生較容易發(fā)現(xiàn)：鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考：“板書的數(shù)據(jù)叫證據(jù)，而得到的發(fā)現(xiàn)‘鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小叫結(jié)論。那么，此證據(jù)可靠嗎？由不可靠的證據(jù)推測出的結(jié)論可靠嗎？”學(xué)生通過小組討論得出“實(shí)驗(yàn)證據(jù)不可靠”，并歸納出影響摩擦力的因素，有物體重量、接觸面積、地面光滑程度、測摩擦力的方法等。在此過程中，學(xué)生積極思考，體驗(yàn)科學(xué)家質(zhì)疑證據(jù)的過程，培養(yǎng)了學(xué)生批判性思考的能力。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，搜集可靠證據(jù)

控制變量法是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)常用的方法，探究活動中往往是教師提出此方法，學(xué)生依照教師設(shè)計(jì)的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。為使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家進(jìn)行探究時的思維方式，理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義與價值，教師在課堂上引導(dǎo)學(xué)生提出控制變量的想法，并在學(xué)生探究過程中給予必要的支持和幫助。

經(jīng)過質(zhì)疑證據(jù)后，學(xué)生會產(chǎn)生尋找可靠證據(jù)的意識。學(xué)生在前面活動中歸納出影響實(shí)驗(yàn)的因素，已經(jīng)意識到要保證結(jié)果可靠，需要控制實(shí)驗(yàn)變量“物體接觸面的光滑程度”，并且與其他實(shí)驗(yàn)條件保持一致。于是，教師為學(xué)生提供支持，包括體重相同且接觸面分別是光滑和粗糙的小木塊、鉤碼、相同的木板、相同的彈簧測力計(jì)、播放使用彈簧測力計(jì)方法的視頻，確保學(xué)生小組測量的方法一致。接著，學(xué)生各小組開始進(jìn)行“摩擦力與物體接觸面光滑程度”的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師通過多媒體展示各個小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分別從本組和全班小組兩個方面用準(zhǔn)確的科學(xué)語言分析與歸納數(shù)據(jù)。學(xué)生小組討論后，歸納得出“在相同條件下，物體接觸面越光滑，摩擦力越小;接觸面越粗糙，摩擦力越大”的結(jié)論。教師繼續(xù)提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：“那么，摩擦力和物體接觸面積大小關(guān)系的實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是否可靠？”在此過程中，學(xué)生反復(fù)質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)證據(jù)的可靠性，培養(yǎng)了學(xué)生利用證據(jù)證明結(jié)論的能力。

4.豐富證據(jù)，得到完善結(jié)論

僅由“摩擦力和物體接觸面積大小關(guān)系”實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論顯然不夠完善，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生用更多的證據(jù)來得到更準(zhǔn)確的結(jié)論。學(xué)生根據(jù)影響摩擦力的因素，推測出摩擦力的大小與物體的重量有關(guān)。于是，通過增加或減少鉤碼的數(shù)量來改變小木塊的重量，其他實(shí)驗(yàn)條件保持一致，開展“摩擦力與物體重力大小關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。由于本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)較多，需要把握好時間節(jié)奏。教師可表揚(yáng)率先完成的小組，這樣不僅能增強(qiáng)學(xué)生的自豪感，而且可以激勵未完成的小組加快實(shí)驗(yàn)速度。然后教師展示各個小組的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生對比分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：在相同條件下，物體重量越大，摩擦力越大;物體重量越小，摩擦力越小。教師板書后，繼續(xù)讓學(xué)生思考“摩擦力和物體接觸面積、重量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)證據(jù)是否可靠。此時，學(xué)生通過三次對實(shí)驗(yàn)證據(jù)的質(zhì)疑，認(rèn)識到科學(xué)探究要嚴(yán)謹(jǐn)，明確科學(xué)證據(jù)、科學(xué)結(jié)論需要經(jīng)得起質(zhì)疑。

三、滲透STS教育，強(qiáng)化證據(jù)意識

STS即科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、社會（Society）的融合，是旨在研究科學(xué)、技術(shù)、社會三者相互關(guān)系的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域。STS教育是STS領(lǐng)域的重要組成部分。STS教育不僅反映了當(dāng)代科學(xué)的思維方式，即系統(tǒng)綜合、開放動態(tài)、發(fā)展變化的思維方式，還體現(xiàn)了教育以人為本、情景體驗(yàn)、強(qiáng)調(diào)對話交流為核心的建構(gòu)主義教學(xué)理論?？茖W(xué)技術(shù)與社會生活息息相關(guān)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從生活走向科學(xué)，讓科學(xué)回歸生活。

經(jīng)過探究“摩擦力和物體接觸面積、重量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得到新的結(jié)論，并作為解決問題的新的證據(jù)。爬墻車是科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物，經(jīng)過知識鋪墊，學(xué)生掌握了摩擦和摩擦力的科學(xué)概念及特點(diǎn)，能夠利用已有的證據(jù)解釋課前活動中爬墻車不掉的原因，也能夠根據(jù)已有的證據(jù)選出最佳的拔河鞋。同時，為強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師讓學(xué)生設(shè)計(jì)一雙拔河鞋。這樣有助于學(xué)生將已有的證據(jù)遷移到實(shí)際生活中，幫助學(xué)生理解科學(xué)技術(shù)與人類社會的關(guān)系，強(qiáng)化證據(jù)意識。

尊重證據(jù)是科學(xué)學(xué)習(xí)的基本要求?？茖W(xué)的發(fā)展史，就是不斷發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)來得出新的結(jié)論的過程。培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識是一個系統(tǒng)的工程，需要師生合作形成統(tǒng)一體，凝練師生每一堂課的努力和智慧。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師是課堂中唯一的知識權(quán)威，學(xué)生是被動的傾聽者，師生間的科學(xué)探究只是為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果而進(jìn)行，忽視了學(xué)生證據(jù)意識的培養(yǎng)，這樣的課堂不利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

總之，本節(jié)課以“選擇最佳拔河鞋”作為話題貫穿于教學(xué)始終，使學(xué)生在認(rèn)識證據(jù)、質(zhì)疑證據(jù)、搜集證據(jù)、豐富證據(jù)、利用證據(jù)的過程中，逐漸發(fā)展證據(jù)意識。在此基礎(chǔ)上，教師注重突出學(xué)生的主體地位，基于STS教育理念，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)機(jī)會，如探究的機(jī)會、討論的機(jī)會、綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的機(jī)會等。在探究活動中，學(xué)生思維變化的過程，正是科學(xué)家進(jìn)行探究時思維變化的過程，使學(xué)生體驗(yàn)到探究的意義與價值，促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展。

（特約編輯 木 清）