培養證據觀意識,促進學生科學思維能力的發展

隨著哲學界對科學本質研究的不斷深入，強調科學“證據觀”的建立的探究理解受到國際教育界的廣泛關注。本文以學生參與香港“常識百搭”科學專題探究活動中遞交的探究報告為分析文本，通過分析缺乏證據觀引致的各種認知偏差，探討探究教學中的改進策略。

一、計劃探究階段，缺乏公平測試的觀念

在開展探究之初，學生常常缺少對探究內容的細致分析，看似提出了很多問題和設想，卻無法從實質意義上理解公平測試的原理，提出有效的探究設計。例如，某探究希望比較填充不同材料（發泡膠、雞毛、棉花等）制作的保溫蓋的隔熱性能。學生提出：“保持保溫蓋的大小相同，保持盛水器的大小和材質相同，并倒入同樣的熱水，然后用溫度計比較各種保溫蓋的散熱率”。學生容易識別 “外顯的”變量，有的甚至可以全部控制，如外觀形狀、大小、材質等，然而卻忽略了“內隱的”的關鍵變量：保持開始水溫的一致性，這一條件因素對于散熱率的比較具有很大的影響作用，因為熱量的散失會在瞬間受到周圍環境的影響。

在探究設計階段，證據觀主要指能透過現象之間的各種變量關系，將探究意念轉化為可探究性問題。以上的分析表明，表面上學生似乎已熟悉公平測試的各種要素，但他們的認知更多是建立在形式和程序層面，而沒有真正理解公平測試對于獲取證據的意義。因此，在教學過程中，教師除了要學生理解變量控制的含義，更要提示學生思考不同變量對事物和現象的影響作用，特別是不容易被識別的內隱變量，提出有效的探究設計。

二、實施探究階段，缺乏合理測量的觀念

在科學探究中，能夠使用測量數據而非簡單描述以分析探究結果，顯示了學生在探究能力上質的進步。但是，能夠使用測量工具和手段，是否表示學生已經理解測量的意義和目的？ 例如，在關于搖搖的探究中，為探討搖搖的負重量對懸停旋轉時間的影響，學生測試了搖搖增重2克和5克后的懸停時間，各重復測試了8次，求取平均值為13.0秒和15.5秒。盡管學生能夠使用各種工具進行多次測量，但是測量的范圍（0~5克）顯得過于狹窄。雖然提供了一連串的數據，真正能夠說明問題的數據卻只有13.0秒和15.5秒，而這兩個數據并不足以推出后來所謂的“搖搖重量越重，懸停時間越長”的結論。

在開展探究階段，證據觀主要指在測量過程中為獲得可靠的證據而形成的決策意識。以上的分析表明，學生更多地將測量理解為某項技能，而缺乏關于如何獲得可靠證據的決策意識。因此，在教學過程中，教師除了教會學生測量工具的使用方法，更重要的是與學生一起探討不同的測試時間、測量時間間隔、測量范圍以及儀器的選擇等因素對探究結果所產生的影響，在掌握測量技能的同時形成良好的決策能力。

三、數據處理階段，缺乏科學舉證的觀念

一旦完成了數據收集工作，學生就需要進一步著手解釋自己發現的結果。在結果解釋階段，學生看似對數據資料進行了歸納總結，但卻不能正確地使用圖表對數據進行處理，以揭示其中的關系和規律。例如，在某一使用不同物質去除手上蒜味的探究中，學生分別用檸檬汁、牛奶、茶等物質進行大蒜的除味實驗，每隔20分鐘比較各種物質的除味指數（1分表示能去除蒜味；2分代表輕微改善；3分表示仍有很濃的蒜味），并將測試中除味指數平均值繪制成線狀圖（見圖1）。學生希望將數據轉化為可視性的圖形使結論更具說服力，但卻錯誤地使用線狀圖而非柱狀圖來描述，把“物質的種類”這一類別變量描述為連續變量。顯然，學生在進行描述分析時并沒有認真考慮數據在圖形中所代表的意義。

在數據處理階段，證據觀主要指能有意識地使用圖表等方式揭示隱含在變量和數據之間的關系和規律，而不僅僅指運用圖表的技能。以上的分析表明，學生僅是把圖表視為一種“呈現數據”的方式，而不能將數據在圖形中代表的含義與現實中的現象相聯系。 因此，在教學過程中，教師除了講解圖表的制作與使用，更重要的是與學生一起討論圖表作為 “探尋規律”手段對于科學舉證的重要意義。

四、完成探究階段，缺乏反思評價的觀念

從學生最終遞交的探究報告來看，學生較少對整個探究過程和結果進行反思，特別是面對不支持已有知識理論的結果時，學生常常忽略不一致的證據，或者以某種有選擇性的、歪曲的方式注意這些證據。例如，在某一關于漂白水功效的探究中，基于牌子A的次氯酸鈉含量最高，學生提出假設：牌子A的漂白和殺菌功能最強。最后的結果發現，在漂白效果上，牌子A比牌子B的效果強，但在殺菌效果上，牌子A卻比牌子B的效果弱，這一結果與假設并不完全一致。為了“圓滿”地解釋這兩項探究結果，學生對所得證據進行了重新解釋，認為：“這個實驗結果雖然與我們的假設結果不同，但亦可以解釋的。在實驗中，沾有牌子A漂白水的面包沒有完全被沾濕，故霉菌能在沒有漂白水的位置生長?！?/p>

在評價階段，證據觀主要指能反思整個探究過程，對所得證據是否可信和能否回答探究問題作出理性評估。以上的分析表明，如果缺乏反思評價證據的觀念，在處理證據與原有理論不一致時，學生傾向于以個人的主觀想法代替理性分析和進一步的求證，而很少去協調證據和解釋之間的關系并作出理智判斷。因此，在教學過程中，教師除了協助學生完成探究過程，更重要的是鼓勵學生理性地評價證據，如：思考探究的預設判斷是否可信（需評價所查資料的來源出處、研究方法、結論推導），以及探究過程是否可信（需評價探究設計、測量過程、數據處理）等等。

五、建立證據觀的重要意義

科學的本質在于建立證據，并運用證據發展和修正科學解釋?？茖W探究過程既包含建立在事實信息上的科學解釋，也包含建立在過程技能上的證據觀。“技能”是探究過程中可觀察的行為，而“證據觀”則是隱藏在行動背后的思考。如果教學中忽略了“證據觀”的培養，那么即使學生經歷了探究的各個環節，也不一定能領悟科學探究的本質。雖然對于學生而言，如何確保證據的有效性和可靠性仍是一個很大的挑戰。然而，只有教師在教學實踐中有意識地培養學生的證據觀，在探究過程的各個環節不斷滲透科學證據的意識，才有可能真正消解探究中的認識偏差，最終達致科學素養目標。

責任編輯 邱麗