尋證?印證?求證

包青鋒 俞麗瑋

作者簡介：包青鋒（1984～），男，漢族，浙江杭州人，浙江省杭州高新實驗學校，研究方向：課堂教學實踐；

俞麗瑋（1985～），女，漢族，浙江余姚人，浙江省杭州濱和中學，研究方向：課堂教學實踐。

摘 要：發展學生核心素養是《義務教育科學課程標準（2022年版）》賦予的教學使命，也是新課程改革的基本理念之一。“實證思維”屬于“態度責任”和“科學思維”范疇，是在進行科學探究的過程中必須學會的一種科學思維方法，屬于科學核心素養中的關鍵能力之一，文章以《阿基米德原理》一課為例，重點闡述了在探究實踐中，培養學生“實證思維”的具體途徑，即通過真實問題的情境創設，引導學生經歷“尋證”“印證”和“求證”過程，運用實證思維方法，培養實證思維能力。“實證思維”還有助于學生建立實事求是的科學態度與責任，有助于學生養成分析證據的習慣，有助于學生形成批判性思維和論證意識。

關鍵詞：核心素養；探究；實證

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8918（2024）21-0001-05

一、 體現“實證思維”的科學教學現狀

（一）探究留白太少，缺乏實證思維

探究過程中，很多教師為了確保學生可以高效地完成實驗，會把實驗目的、實驗器材、實驗步驟、注意事項等全部梳理在活動單上，學生只需要按照活動單上的步驟完成實驗即可。對一些需要學生獨立、創新完成的實驗步驟，教師通過實驗單的方式進行具體呈現，這種探究方式留白太少，學生經歷了一種“只動手不動腦”的實驗歷程，由于操作的機械化，學生并沒有經歷真實探究，在探究過程中缺乏實證思維，最多只能算是驗證性實驗，其中暴露的也不過是學生實驗操作中的問題，缺失了探究的意義，也不利于培養學生的實證思維能力。

（二）急于得出結論，缺乏實證意識

學生缺乏實證的意識，主要體現在以下三個方面：一是在探究實踐過程中通過一、兩個實驗現象或事例就急于得出結論，沒有依據系統的證據論證得出結論的意識；二是對實驗中出現的一些“不合常規”數據缺乏敏銳的捕捉意識，那些有價值的“不合常規”被不合理地忽略了，不去深入分析“不合常規”數據或現象產生的原因，急于得出教材中的實驗結論，缺少對實驗真實數據的必要尊重；三是學生獲得的實驗證據或結論與他人不同時，缺乏依據證據大膽提出自己觀點的科學態度。

（三）不會分析論證，缺少推理能力

《義務教育科學課程標準（2022年版）》指出科學核心素養之一是科學思維，而三大科學思維之一就是推理論證。在課堂上，教師只注重科學知識的教授，缺少對學生歸納與概括、比較與分類等思維能力的培養，因此學生在探究時，會為實驗而實驗，為探究而探究，不明確收集何種數據，不清楚收集信息的方法，不會對實驗證據進行有效的分析及處理，在“不合常規”現象面前，不敢質疑，不具備申辯思維和證據推理等學科關鍵能力。

基于以上分析，在教學實踐過程中通過優質的教學活動設計，引導經歷真實有效的探究，是落實學生核心素養的主要手段，而培養學生“實證思維”能力又是發展學生核心素養的主要目標。所謂的“實證思維”是指基于實證，運用科學推理，引導學生在尋證的過程中進行質疑和反思，在證據和主張（觀點）之間建立邏輯關系，對相關現象和數據進行理性分析和處理，并做出有邏輯的闡述。

二、 基于“實證思維”的教學設計

（一）模型分析

立足學生核心素養發展，培養學生實證思維能力的教學設計：以知識為載體，夯實學生的基礎知識，落實科學觀念；從培養學生實證意識入手，質疑反思，引導學生進行真實的科學探究，在不斷地“尋證”“印證”和“求證”中逼近事實真相，從而提高學生推理認證、創新思維等能力；從態度責任上，培養學生實事求是、嚴謹務實的科學態度。

如圖1所示是基于實證思維的教學設計，其本質內涵是：從某一科學知識或科學觀念入手，學生根據相關的事實、數據及收集到的資料等，先進行初步推理，提出可探究問題并做出假設。設計實驗方案，收集新的事實，獲取新證據，從新舊證據對比中，發現偏差，引發學生質疑，修改方案，進入迭代后的新探究，最終實現新舊證據的互相映襯。在該過程中，通過反思培養了學生的實踐操作能力，促進了學生推理認證和創新思維能力的提高，使學生對原有觀念的認識有了新的定義和升華，同時建立起實事求是、用事實說話的正確的科學態度。

（二）設計思路

現以《阿基米德原理》一課為例，說明“實證思維”課型的教學設計思路。

根據以上模型分析，該課例有3條邏輯主線，分別為素養線、知識線、方法線。教師的重點干預場合在：學生基于實證意識質疑課本上閱讀資料（圖2），閱讀資料中把阿基米德這個故事定位成“傳說”。既然是“傳說”，可能是假的，也可能是真的。其真假的判斷就是一種絕佳的科學探究動機。

材料中有一段話：“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子。”驗證這句話的真偽成了本次研究“尋證”的起點。引導學生圍繞這個尋證起點，運用科學推理，在“質疑—尋證”的不斷循環中建立邏輯關系，接近事實的真相。這樣的教學設計，既是一種興趣激發手段，又是一種絕佳學習動機，事實到底如何？學生都想試一試。在該過程中，學生的“實證思維”能力得到了有效的鍛煉。

三、 基于“實證思維”的探究實踐

（一）聚焦中心問題，培養“尋證”意識

書本閱讀資料（圖2）中的一句話：“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子。”事實真的如此嗎？為了解決這一中心問題，引導學生經歷了理論分析、探究實踐、質疑反思等過程，根據探究的結果，發現理論成立的科學現象與事實不一定相符。當探究結論和課本內容（理論成立）不相符合時，是遷就課本還是尋證續探？我們選擇了后者。進一步探究的價值，就是探究的敏銳性和實證意識的體現。

“尋證”意識：書本上的閱讀資料往往會被老師和學生所忽視，而閱讀資料往往也蘊含著科學家的探索歷程或探究實踐過程中存在的困惑，若在平時的教學過程中能關注這些細節，引導學生提出疑問，并進行探究實踐，變被動探究為主動探究，從而激發學生的尋證意識。

（二）借助資料背景，進行“印證”實踐

“印證”實踐需要以事實為基礎，以實驗操作過程中產生的相關數據作為支撐。在這里，筆者引導學生通過模擬實驗獲取事實與證據，從而質疑中心問題。

資料背景：已出土的桂冠最重714g，但可能有少量葉片脫落。設桂冠重1000g，若為純金則體積51.8cm3；若含有30%的銀，則體積64.8cm3，增大13cm3。

“印證”實踐：

模擬實驗：用純銅制作的王冠模擬金王冠，用銅中摻了鐵的王冠模擬摻了銀的金王冠。兩個模擬王冠質量相同，分別用排水法測量王冠的體積。

學生分析得出：通過測量相同質量的真王冠和假王冠體積判斷，假王冠排開水的體積應大于真王冠排開水的體積。為了測量王冠和純金的體積，在這里用到了排水法。

實踐發現一開始兩個量筒中水的體積都為 1000 毫升，分別放入真、假王冠后，兩者的體積都為 1020 毫升。實驗顯示兩個王冠排開水的體積基本一致，無法通過“比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”。

“尋證”實踐：通過資料背景——王冠的相關數據，引導學生通過實踐去判斷該方法是否適用，去判斷阿基米德可能用到的方法，引導學生感受科學家研究的背景。通過實踐操作來尋證傳說的真實性。

（三）跳出思維禁錮，實施多維“求證”

通過“印證”發現，“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”的實驗過程并不真實，也就是閱讀資料中提到的關于阿基米德測皇冠的“傳說”不是真的。

一般的教學，關于“傳說”的探究也就到此為止了。

但是筆者引導學生不要輕易否定既定結論。去嘗試用進一步“求證”的方式，讓“傳說”的探究進一步延續。假如你是阿基米德本人，當你發現無法通過真假王冠溢出的水量來判斷王冠真假的時候，有無進一步求證的方法？

“求證”方案一：利用放大原理

學生探究1：利用連通器原理將容器內的體積變化轉化為右側細玻璃管中體積的變化（圖3），觀察兩次實驗的數據，并分析。

發現摻了鐵的銅王冠水面上升的體積比純銅王冠水面上升的體積略大。

實驗銜接：回顧上節課瓶子浸入水中的實驗，當瓶子壓入水中的體積越大，手受到瓶子向上的力越大。同時水槽中的水面在上升。

學生探究2：浮力的大小可能跟什么因素有關？

學生利用彈簧測力計、水槽、重物等實驗器材進行實驗驗證。

探究結論：浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。

引出阿基米德原理：浸在液體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。

“求證”方案二：利用杠桿原理

在通過各種實驗逐步接近事實真相時，再次給予學生新的認知沖突，激發學生解決新問題的欲望，從而拓展學生思維。

出示老師在科技館中看到的實驗裝置（圖4），發現摻了假的金王冠和相同質量的金塊在空氣中能達到平衡，放入水中時平衡被破壞了。引發學生進一步“求證”實踐。

“求證”實踐：

1. 將相同質量的純銅王冠和摻了鐵的銅王冠分別放置在杠桿兩側，杠桿平衡；

2. 將兩邊王冠同時浸沒在液體中，觀察杠桿的平衡情況，并記錄。

學生匯報實驗結果：放摻了鐵的銅王冠的一端上翹。（圖5）

引導學生對水中王冠和金塊進行受力分析，并解釋出現這一現象的原因。從而拓展學生的思維，阿基米德當時測量真假王冠還可能利用浮力的方式，落實實證思維的培養。

多維“求證”：幫助阿基米德借助更科學的原理——放大原理、杠桿原理，引發學生的思維沖突和繼續探究的欲望，用實證來檢驗裝置的真實性，同時滲透學科方法，培養學生勤于思考、敢于質疑的優良品格，拓展學生的思維。

本節課的教學設計從為了證實“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”入手，引導學生經歷“尋證”“印證”到“求證”這一系列科學探究過程。在“尋證”中聚焦真實的探究問題，在“印證”中推翻原有證據，在“求證”中建立新證據，并逐步建構阿基米德原理的概念模型，學生的認知過程也經歷了從“平衡”到“不平衡”到“再平衡”的循環過程，該過程中學生的“實證思維”得到了有效的落實和培養。

在科學教學中，基于實證思維進行的教學案例有很多，例如《地球的形狀和內部結構》一課中，筆者以探尋人類認識地球形狀的歷史為主線，設計了一系列的尋證鏈，引導學生提出相關印證鏈，在印證鏈的基礎上進行相應的求證，進而訓練學生的實證意識，提升學生的核心素養，具體探究設計見圖6。

該教學案例的最大特征是利用地球形狀的科學發現歷史脈絡，提煉了尋證鏈、印證鏈、求證鏈，在培養學生“實證思維”的基礎上，感受科學發展的邏輯規律，有助于學生理解科學本質。

四、 基于“實證思維”的成效與反思

（一）實踐成效

1. 實現了課堂結構的改變，變被動為主動

科學是以實驗為基礎的學科，引導學生進行科學探究，能讓學生更加積極地通過動手、動腦來驗證有關的科學概念、定律，激發學生學習科學的興趣，有助于知識的自主建構。在基于培養學生實證思維的課堂教學中，學生在反思、質疑的基礎上，主動尋證、印證、求證，進行實證探究，實證一定是建立在實踐操作的基礎上的，所以該“實證思維”的模型提高了課堂教學的參與度，將傳統的被動操作轉化為主動探究。筆者發現在這樣的課堂中，學生思維的活躍度和靈活度更高、更持久。

2. 實現了課堂探究系列化，發展創新思維

在實證思維的課型環境下，課堂的情境屬于真實情境，并且該真實情境還體現了兩大特征：第一，該真實情境一定能引發學生的共鳴和質疑，誘發學生去積極尋證；第二，該真實情境能形成探究系列化，通過“是真的嗎？”等形式，讓學生在尋證的基礎上開展印證和求證這一系列化循環探究，培養學生的“質疑”精神和實證意識。所以，實現課堂真實情境系列化也是本研究一個成果。同時，在“是真的嗎？”這種真實情境的刺激下，學生的創新潛能得到有效激發，往往能從不同的角度去分析、思考問題，提出新穎而有價值的觀點。如在證偽阿基米德測王冠故事的案例中，學生就從多個角度，創造性地提出了求證方案，采用轉化與放大法、杠桿和浮力引入法等方法完成任務，這就是創新思維的一種良好體現。

（二）實踐反思

1. 有選擇的實證思維——解決思維的深度問題

對有些課程內容，基于實證思維的探究實踐學生會提出各式各樣的疑問，而一節課的時間有限，有時候不得不有選擇地拋棄一部分猜想，對學生實證思維培養會出現沖突；有些學生提出的疑問受實驗器材的限制，也很難做到一一實證。如何選擇，從而解決思維的深度問題需要繼續實踐。

2. 有綜合的實證思維——解決思維的廣度問題

科學是一門綜合性課程，包括了物理、化學、生物、地理四門學科的內容，那么在使用實證意識下的探究實踐教學時是否可以嘗試將學科間的內容打通，逐步引導學生進行更為完整、思維含量更高的科學探究，這也是筆者接下來需要繼續思考的問題。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

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