打破形式化探究：科學課中學生證據意識的培養

丁言君 王亞菲 謝群

[摘 要]培養證據意識，有利于學生科學思維的發展。然而，目前科學課中暴露出形式化探究的問題，即在探究活動中，往往是學生按照教師的安排開展實驗，導致學生很少關注實驗證據是否可靠、實驗設計的意義。科學教學中，教師應重點關注學生證據意識的培養，精心設計探究活動，使學生形成科學探究的思維方式，促進學生能力的發展。

[關鍵詞]探究;小學科學;證據意識;培養

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

證據意識，指人們面對爭議時，重視證據并自覺利用證據來證明結論的心理覺悟和能力。證據意識是科學家必不可少的能力，因為科學家進行科學探究時需要在證據和結論之間構建嚴謹的邏輯關系，進而使科學團體乃至公眾對其研究結果表示信服。同時，《義務教育小學科學課程標準》（2017年版）在科學探究的總目標中要求：“學生能夠通過收集和分析信息獲取證據，經過推理得出結論。”這說明學生是收集和分析證據的主體，教師則是學生探究過程中的支持者、幫助者。

然而，Sadler等人發現學生在進行科學探究時很少質疑實驗證據，而是默認教師提供的證據是可靠的。目前，科學課中的實驗教學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“設計實驗，控制對照組”。一般而言，實驗設計是由教師提出的，而不是學生提出，這使得學生很少思考實驗設計的意義，不清楚科學探究的思維方式，不明白科學探究的目的與價值。因此，科學教學中，教師要解決形式化探究的問題，使學生體驗科學家進行科學探究的思維方式，經歷科學探究的過程，培養學生的證據意識。下面，以教科版小學科學《運動與摩擦力》一課教學為例，嘗試在真實情景中開展指向學生證據意識培養的科學探究。

一、創設問題情景，暴露前概念

知識存在于具體的、情境的、可感知的活動之中，因而學習就是要讓知識重回情境。可見，課堂中重視真實情境下的實驗探究，對學生科學概念的建構具有重要作用。在進行正式探究前，教師還需掌握學生的前概念才能采取相應的方法，順利地推進科學探究的開展。

運動和摩擦力的概念較抽象，較難引起學生的學習興趣。在課前活動中，教師通過“爬墻車移動”的游戲，并板書“運動”二字，請沒有玩過爬墻車的學生上臺體驗玩爬墻車。這里，教師巧設游戲，讓學生思考爬墻車不掉的原因，激發學生的好奇心。

正式上課時，教師創設問題情境，以“挑選哪雙鞋作為拔河鞋最佳”的問題，引導學生暴露前概念。學生對情境中的問題表現出極大的興趣，結合生活經驗積極推測：由于越粗糙，摩擦力越大，故鞋底粗糙的拔河鞋最佳。教師抓住學生回答的關鍵詞“摩擦力”，引導學生結合生活經驗表述對摩擦力概念的理解。這樣可暴露學生對摩擦力概念的認知狀態，即處于似懂非懂的狀態。

二、循序漸進教學，培養證據意識

1.結合經驗證據，感受摩擦和摩擦力

五年級的學生較少接觸實驗儀器、設備等，但具有豐富的生活經驗，對于他們來說，經驗就是最好的證據。為了讓學生意識到經驗也可以作為證據，教師讓學生雙手高舉感受摩擦，學生很快意識到不能產生摩擦。接著，教師讓學生嘗試制造摩擦。學生通過已有的生活經驗，用手摩擦書桌感受摩擦，感知摩擦產生的條件，即需要兩個物體接觸、運動或有運動趨勢時才會發生摩擦，進而引出摩擦力的概念：摩擦時阻礙物體運動的力就是摩擦力。然后教師讓學生用穿鞋的腳向前移動，再向后移動，體驗摩擦力的阻礙作用和摩擦力的大小。最后，教師讓學生回憶生活中感受摩擦力的經歷，將摩擦力的概念化抽象為具體，深化學生對摩擦力的理解，使學生認識到摩擦力在生活中無處不在。

2.引發認知沖突，質疑證據

由證據到結論的邏輯關系，在探究活動中具有至關重要的地位。科學家產生問題后會提出各種假設，然后尋找證據，得出結論。然而，科學家進行科學探究的過程并不是一帆風順的，尋找的證據也并非都是可靠的，所以科學家也會質疑證據的可靠性。經過前面的學習活動，學生已經意識到經驗和實驗設備等都可作為實驗證據。因此，教師引導學生提出假設，制造認知沖突，引發學生對證據可靠性的關注。

圍繞如何選擇最佳拔河鞋的問題，教師提示學生思考：“拔河時摩擦力大是否真的有優勢？不同鞋的摩擦力是否真的不同？”此時，學生的頭腦中會產生各種假設，但缺乏證據來證明假設。于是，教師為學生提供幫助：“用握力計分別測鞋底粗糙和光滑鞋底的摩擦力。”同時，教師要求學生思考粗糙和光滑的摩擦力所表達的含義，培養學生分析和歸納的能力。經過思考與分析，學生較容易發現：鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小。教師繼續引導學生思考：“板書的數據叫證據，而得到的發現‘鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小叫結論。那么，此證據可靠嗎？由不可靠的證據推測出的結論可靠嗎？”學生通過小組討論得出“實驗證據不可靠”，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，學生積極思考，體驗科學家質疑證據的過程，培養了學生批判性思考的能力。

3.設計實驗，搜集可靠證據

控制變量法是設計實驗常用的方法，探究活動中往往是教師提出此方法，學生依照教師設計的步驟進行實驗操作。為使學生體驗科學家進行探究時的思維方式，理解實驗設計的意義與價值，教師在課堂上引導學生提出控制變量的想法，并在學生探究過程中給予必要的支持和幫助。

經過質疑證據后，學生會產生尋找可靠證據的意識。學生在前面活動中歸納出影響實驗的因素，已經意識到要保證結果可靠，需要控制實驗變量“物體接觸面的光滑程度”，并且與其他實驗條件保持一致。于是，教師為學生提供支持，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、播放使用彈簧測力計方法的視頻，確保學生小組測量的方法一致。接著，學生各小組開始進行“摩擦力與物體接觸面光滑程度”的實驗。

實驗結束后，教師通過多媒體展示各個小組的實驗數據，引導學生分別從本組和全班小組兩個方面用準確的科學語言分析與歸納數據。學生小組討論后，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”的結論。教師繼續提出問題引導學生思考：“那么，摩擦力和物體接觸面積大小關系的實驗得出的結論是否可靠？”在此過程中，學生反復質疑實驗證據的可靠性，培養了學生利用證據證明結論的能力。

4.豐富證據，得到完善結論

僅由“摩擦力和物體接觸面積大小關系”實驗得出的結論顯然不夠完善，教師繼續引導學生用更多的證據來得到更準確的結論。學生根據影響摩擦力的因素，推測出摩擦力的大小與物體的重量有關。于是，通過增加或減少鉤碼的數量來改變小木塊的重量，其他實驗條件保持一致，開展“摩擦力與物體重力大小關系”的實驗。由于本節課的實驗較多，需要把握好時間節奏。教師可表揚率先完成的小組，這樣不僅能增強學生的自豪感，而且可以激勵未完成的小組加快實驗速度。然后教師展示各個小組的數據，引導學生對比分析數據，得出結論：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，繼續讓學生思考“摩擦力和物體接觸面積、重量的關系”的實驗證據是否可靠。此時，學生通過三次對實驗證據的質疑，認識到科學探究要嚴謹，明確科學證據、科學結論需要經得起質疑。

三、滲透STS教育，強化證據意識

STS即科學（Science）、技術（Technology）、社會（Society）的融合，是旨在研究科學、技術、社會三者相互關系的學術研究領域。STS教育是STS領域的重要組成部分。STS教育不僅反映了當代科學的思維方式，即系統綜合、開放動態、發展變化的思維方式，還體現了教育以人為本、情景體驗、強調對話交流為核心的建構主義教學理論。科學技術與社會生活息息相關，教師應引導學生從生活走向科學，讓科學回歸生活。

經過探究“摩擦力和物體接觸面積、重量的關系”的實驗，學生得到新的結論，并作為解決問題的新的證據。爬墻車是科學技術的產物，經過知識鋪墊，學生掌握了摩擦和摩擦力的科學概念及特點，能夠利用已有的證據解釋課前活動中爬墻車不掉的原因，也能夠根據已有的證據選出最佳的拔河鞋。同時，為強化學生的證據意識，提高學生的創新能力，教師讓學生設計一雙拔河鞋。這樣有助于學生將已有的證據遷移到實際生活中，幫助學生理解科學技術與人類社會的關系，強化證據意識。

尊重證據是科學學習的基本要求。科學的發展史，就是不斷發現新的證據來得出新的結論的過程。培養學生的證據意識是一個系統的工程，需要師生合作形成統一體，凝練師生每一堂課的努力和智慧。在傳統教學中，教師是課堂中唯一的知識權威，學生是被動的傾聽者，師生間的科學探究只是為了驗證實驗結果而進行，忽視了學生證據意識的培養，這樣的課堂不利于學生科學思維的發展。

總之，本節課以“選擇最佳拔河鞋”作為話題貫穿于教學始終，使學生在認識證據、質疑證據、搜集證據、豐富證據、利用證據的過程中，逐漸發展證據意識。在此基礎上，教師注重突出學生的主體地位，基于STS教育理念，為學生提供多樣化的學習機會，如探究的機會、討論的機會、綜合運用知識解決實際問題的機會等。在探究活動中，學生思維變化的過程，正是科學家進行探究時思維變化的過程，使學生體驗到探究的意義與價值，促進學生能力的發展。

（特約編輯 木 清）