豐富驗證模式 強化證據意識

沈東明

【摘 要】小學科學探究活動中“猜測—驗證”是核心環節，學生通過驗證活動獲取證據來驗證猜測。獲得的證據是否科學、全面、可靠對驗證猜測至關重要。面對當下“猜測—驗證”教學中存在的問題，教師需要從強化證據意識入手，豐富驗證模式，并通過完善驗證活動的科學性來提高證據的科學性，對同一猜測開展多種形式的驗證，對同一探究活動開展反復驗證、正反驗證使獲取的證據更全面、更多樣，從而達到對“猜測—驗證”環節的教學優化。

【關鍵詞】猜測 驗證 證據意識

科學探究是小學科學最重要的教學形式，而“猜測—驗證”是學生科學探究過程中的核心環節，是學生對探究問題依據前概念做出猜測，然后通過驗證活動尋找證據驗證猜測的過程。“驗證”環節通過形式多樣的探究活動讓學生獲取科學合理的證據來檢驗自己的猜測并形成科學概念的過程。只有證據的科學可靠才能驗證或者推翻原先的猜測，從而形成科學的概念。因此，獲取證據的驗證活動就顯得尤為重要。但在課堂教學過程中，因為多種原因造成獲得的證據不夠科學以致很難支持或否定原先猜測的情況時有發生。

【問題一】驗證活動比較單一，獲取證據片面

很多教師在教學“猜測—驗證”環節時，目標始終指向結論和概念，追求形式上的高效、環節上的單一，希望通過驗證活動直接獲得結論。例如，《小蘇打和白醋的變化》一課，研究小蘇打和白醋混合后產生的氣體是哪一種新物質時，學生根據觀察到的現象與汽水類似為依據猜測這種新物質是二氧化碳。教師通過聞一聞味道和用該氣體熄滅燃燒的蠟燭這兩個驗證活動得出“這種氣體無色無味、不支持燃燒、比空氣重”的結論，并以此作為證據來驗證原先的猜測。其實無色無味、比空氣重、不支持燃燒的氣體除了二氧化碳外還有氙氣、氡氣等。僅靠這兩個片面的證據無法證明這種氣體就是二氧化碳。

【問題二】驗證方法不夠嚴謹，獲取證據無效

如果驗證的方法本身就不科學，驗證的步驟設計不合理，那么得出的證據就更不可靠，不可靠的證據是無效證據，是無法證明猜測的。如有一位教師在教學《小蘇打和白醋的變化》一課時，把探究的重點放在“混合后留下的液體里面還有沒有白醋，有沒有小蘇打”這一環節上。引導學生猜測，并設計實驗進行驗證。在尋找混合液中有沒有小蘇打時，學生用到了多種驗證方法，有學生說加白醋，如果繼續冒泡就說明還有小蘇打；有學生說把混合液加熱，讓其蒸發，如果有粉末出來就有小蘇打。這兩種驗證方法教師都進行了肯定并分組驗證，也得到了相應的證據：出現氣泡和白色粉末。回顧一下，這位教師的驗證方法科學嚴謹嗎？混合液蒸發后得到白色粉末一定是小蘇打嗎？也有可能是醋酸鈉！不科學、不嚴謹的驗證方法獲得的證據就是不可靠的、無效的，也無法驗證原先的猜測。

那么，怎樣優化課堂驗證的形式，使我們的驗證過程更為有效、產生的證據更為科學、驗證猜測的過程更為合理嚴謹呢？筆者認為，可以從以下幾方面去考慮。

一、完善驗證方法，獲取可靠證據

驗證方法的科學嚴謹是獲取可靠證據的前提，可靠證據的獲取是驗證或否定猜測的關鍵。小學生驗證活動一般設計環節比較簡單，實驗步驟比較清晰，實驗現象和數據比較容易得出。教師在引導學生探究時應更多地把重點放在驗證方法的設計和驗證環節的開展上。對驗證方法是否科學嚴謹的分析探究往往是課堂上容易疏忽的環節。因此從強化證據可靠性出發，在驗證環節中教師首先要引導學生分析探究驗證方法是否合理科學，有沒有存在錯誤和漏洞，并根據分析結果對驗證方案進行改進和完善，具體可以在以下兩個環節時展開。

（一）設計驗證方案時討論方法是否科學

在設計驗證方案時討論該方法是否科學，這是教師在驗證環節中對驗證方法科學性探究常用的方式。教師根據常規驗證模式開展驗證活動：猜測—設計驗證活動—開展驗證活動—得出證據—驗證猜測。教師在小組或個人匯報驗證方案后，通過提問引導學生分析驗證方法是否科學。問題一般是：同學們看看，他們的設計有問題嗎？你能對他們的方案提出意見嗎？

（二）數據（現象）匯報分析時討論方法是否科學

從學生學習需求和自主探究能力培養出發，對驗證步驟進行合理重組。在猜測后給學生提供材料，先讓學生嘗試驗證，獲取初步的數據，并對數據和現象進行分析：我們獲取的數據和現象科學嗎？從不科學的數據現象倒推此前的驗證活動有沒有不科學的設計，有沒有錯誤的操作，然后對這些不科學、不嚴謹的驗證活動進行改進和完善，形成更為科學合理的驗證過程和方案后再進行二次驗證，獲取相對第一次更為科學可靠的證據，從而驗證原先的猜測。

例如，筆者在教學《形狀和抗彎曲能力》一課時，提出探究問題“什么樣的形狀能提高紙的抗彎曲能力”后先讓學生進行驗證活動的討論，討論后不進行匯報直接提供材料讓學生開展驗證并獲取數據。學生把紙分別折成U形、正方形進行驗證，然后在這些形狀上放置墊圈，以墊圈承重個數作為數據來驗證原先的猜測。驗證活動結束后讓學生匯報：“你們小組是怎么做的？獲得哪些數據？能驗證你們的猜測嗎？”在匯報過程中引導學生質疑，通過對這些問題的分析，讓學生明白剛才的驗證還有很多不科學的地方，還有許多不嚴謹的環節，而不合理的驗證活動得出的數據是不正確、不可靠的，無法作為證據驗證猜測。學生根據分析的問題對驗證方案進行修改完善，再次進行驗證，再次獲得數據。第二次驗證獲取的數據是在更為科學的驗證活動下得到的，相對第一次來說更為可靠。

對比這兩種方式，都能對驗證過程在方法上是否科學進行探究并完善。但哪種方式更符合學生的認知規律和科學探究特點呢？顯然是第二種，在匯報驗證方案時探究方法是否科學，學生沒有經過探究活動的操作，提出的修改意見大多體現在操作更加細心、觀察更加仔細等方面，在后面的驗證過程中還會出現這樣那樣的問題。而第二種方式，學生經歷了驗證活動，也碰到了驗證中的困難、失誤。對完善驗證實驗，尋求更為可靠的證據產生心理上的需求，同時具備修改的能力，能用修改后更加科學的方法進行二次驗證，并獲取更為可靠證據驗證猜測。

二、拓展驗證形式，豐富證據組成

學生在對猜測開展驗證活動時，如果能用不同的方式進行驗證，獲得的數據和現象都能作為證據支持猜測，這些不同驗證方式產生的證據就形成證據組，能夠豐富證據的組成，也更有力地驗證了猜測。對學生來說概念體系的形成也更加客觀和全面。

例如教學《空氣的流動》一課，在對“空氣會流動”這一猜測開展驗證時，教師通過提供多種實驗材料，如紙條、檀香、扇子、氣球等，讓學生自主選擇材料，各自開展不同的驗證活動，發現不同的現象。飄動的紙條、飄動的煙氣、氣球的噴氣、扇扇子產生的風等現象都可以作為證據驗證“空氣會流動”這個猜測。多樣的驗證形式產生多種證據，豐富了證據組成。

三、反復多次驗證，取得更多證據

科學的真理往往是經過漫長時間并通過反復驗證獲取的。但是我們的科學課堂，由于受到時間的限制，驗證過程次數較少，得出的數據和現象也相對較少，出現異常現象和數據的概率就高。在這種情況下，這些現象和數據作為證據驗證猜測就顯得有些單薄。因此，教師應該有意識地在課堂上對驗證過程進行反復實驗以獲取更多數據，形成更多證據驗證猜測。

在一次同課異構教研活動中，兩位教師分別教學《擺的研究》一課，在驗證“擺在相同時間內擺動次數相同”這一猜測時，兩位教師設計的驗證方法基本一致：制作一個擺，用秒表連續計時15秒鐘，同時統計擺動次數并記錄。但兩位教師對實驗次數采用了不同的設計，一位教師采用每隔15秒計數一次，重復實驗三次，得到數據（如表1）。

第二位教師采用的方法是在5分鐘時間內反復做這個驗證實驗，每隔15秒鐘計數一次并記錄，在擺擺動停止無法計數后再次重復實驗，記錄次數，最終得到數據（如表2）。

分析這兩位教師的數據，第一位教師驗證3次，得到9個數據，7個數據能作為證據驗證猜測，其中第一小組、第二小組3個數據中只有2個能作為證據，采用率67%。而第二位教師通過更多的反復實驗，連續驗證12次，獲取更多的數據。第一小組能作為證據的數據有9個，第二小組有10個，第三小組有9個，采用率都達到90%以上，因為實驗采用人工計時、數數的方式展開，驗證數據在課堂上很難做到每組每次全部一致，但更多次數、更長時間的驗證，出現的誤差數據就越少，獲得的有效數據就越多，形成的可靠證據就越充分。對學生來說，也能形成對驗證猜測反復探究的嚴謹的科學態度。

四、進行正反驗證，形成雙面證據

小學科學探究活動都是驗證性的活動，都是對已發現的科學概念從小學生的角度再次進行探究驗證。如今小學生課外知識豐富，對探究問題形成的猜測以正向居多，驗證活動也多為正驗證，得出的現象和數據基本上能支持猜測。但從學生通過“猜測—驗證”活動形成概念這一過程來說，對猜測進行正反驗證，能形成正反不同的證據，既能用正面證據驗證猜測，也能用反面證據反證猜測。這樣正反驗證模式獲取正反證據，用正反證據能更嚴謹地驗證猜測。

例如在教學《聲音的產生》一課時，學生猜測聲音是由振動產生的，教師可以設計正向驗證活動，即提供有結構的材料，如皮筋、鋼尺、鑼鼓。讓學生利用這些材料進行撥動或者敲擊，讓它們產生振動，通過振動聽到聲音獲得正面證據驗證猜測。也可以設計反向驗證活動，教師出示正在發聲的鑼面、鋼尺，讓學生輕輕觸摸感受振動，然后用力握住讓振動停止，通過聲音馬上消失這一現象作為反面證據反證聲音是由振動產生的。

小學科學課上的探究都是驗證性的探究活動，怎么樣獲得更為可靠、科學、全面的證據是驗證猜測的關鍵，只有從優化驗證活動入手，利用方式多樣的驗證活動，開展反復驗證、正反驗證，在每一次驗證過程中始終關注方法的科學性，才能獲取科學有效的證據驗證猜測并形成概念。長此以往，也有利于學生在關注驗證過程、重視方法探究、注重證據意識等方面的科學素養的培養。

（浙江省桐鄉市茅盾實驗小學 314500）