通過氣象數據收集活動增強學生證據意識

〔摘" "要〕" 隨著科學教育從知識傳授轉向核心素養培養，現在倡導“做中學”與實證意識培養。氣象數據作為自然現象的量化表達，為培養學生實證意識與科學思維提供了優質載體。本文針對小學科學課堂上教師與學生證據意識薄弱的現狀，通過氣象數據收集活動增強學生證據意識，從學情分析、思維提升、教學策略與評價四個維度展開探討。

〔關鍵詞〕" 小學科學；氣象數據收集；證據意識

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）22" " 0088-03

在目前的小學科學課堂上，教師存在重結論輕證據傾向，教學目標常局限于獲取“科學結論”，對存在的氣象特殊數據、異常數據常被無視、過濾掉。當學生的實驗證據不支持假設時，則常把原因簡單歸結為實驗誤差而不再做深入探究。學生證據意識缺失，缺乏自己的獨立思考。面對數據差異時，他們常歸因于自身操作失誤，缺乏自信，而不重視氣象數據的記錄，馬虎應付，氣象數據記錄不完整。有時，學生從眾更改自己的氣象數據，不尊重證據，對后續探究產生干擾。而利用氣象數據培養學生的證據意識具有重要意義。《義務教育科學課程標準（2022年版）》提出：科學思維中的模型建構體現于運用模型分析、解釋現象和數據。探究實踐中的收集與分析數據，探究實踐活動中要求使用儀器測量和記錄氣溫、風力風向、降雨量等氣象數據，態度責任中基于證據和邏輯得出結論、實事求是等，都說明了氣象數據和證據之間有密不可分的關系。

科學的本質在于建立證據，認識世界，科學思維的總綱就是實證和邏輯。因此，要培養科學思維能力，離不開實證意識的培養，而數據可以很好地支撐證據。對數據的收集、分析，其實就是整理證據以解釋自己的觀點。本文以氣象數據為切入點，從學情調查、思維提升（概念建構、推理論證、創新思維）、教學策略與評價四個維度，重構基于證據的實踐活動框架，探索氣象數據收集在實證思維培養及評價體系中的創新應用。

一、學情分析：把握學生科學認知水平和已有經驗的起點

調查學生喜歡哪一類氣象要素：溫度的變化、雨量、風力等等，以及對這些氣象要素的前概念；調查學生想要研究哪些有關問題，比如“為什么要知道關于天氣的量？怎樣才能知道這些量？知道這些量可以做什么？”等等。在此基礎上，圍繞學生需求設計教學。

問卷分析：以筆者所在實驗學校320個有效樣本為例，約85%的學生能理解氣溫與冷熱的關系，但僅有60%能正確識別溫度計；90%的學生能感知風力大小，但僅有35%能準確判斷（依賴自然現象而非儀器）；55%的學生能理解風向概念，但僅有25%能正確判斷（易混淆“風吹來的方向”與“風吹去的方向”）；70%的學生有觀察云的經歷，但僅有40%能建立云量與天氣的直接聯系；僅有15%的學生知道雨量計，60%誤認為“下雨時間=雨量大小”。75%的學生對氣象觀測有較高興趣（4～5星）；20%興趣一般（3星）；5%缺乏興趣（1～2星）。他們最感興趣的現象：臺風（80%）、下雪（75%）、洪澇（65%）、寒潮（45%）。依據常規教學后對班級學習質量的評價：風向定義——35%存在理解障礙；溫度計/雨量計的規范使用——60%需強化訓練；云量、降水關系——50%難以建立邏輯聯系；連續記錄天氣數據——30%初期會出現記錄中斷。

二、思維提升：從數據記錄到證據意識的進階式發展

（一）概念建構：從生活經驗到科學概念的具象化轉化

天氣的“量”并不是一名學生自然就能明白的概念，因此教學中應十分重視對學生生活經驗的調動，從學生已掌握的對天氣現象的觀察與描述入手，引出這些氣象要素，并給出其操作性定義。如在對氣溫概念的具身建構中，教師可創設情境“尋找最舒適的氣溫”，讓學生在不同溫度區域自由活動，記錄身體感受，并用智能手環記錄活動時的心率等生理指標，最后分析數據確定“人體最舒適氣溫區間”以及向學校建議教室空調設置氣溫。學生經歷“具身探索—數據采集—科學決策—社會應用”過程，通過具身建構，不僅能準確理解氣溫概念，更能建立“氣溫—生命—環境”的系統認知，實現從物理測量到生態理解的認知躍遷。而在風的概念體系構建中，可開發“風的探索者”活動：學生首先用感官觀察，如用絲帶、紙屑等輕型物觀察風的方向與強度；再運用工具測量，即用風向標記錄風向，用風速儀測量風速；接著進行數據關聯，繪制“風力—旗幟飄揚角度”關系圖；最后進行概念聯結，結合臺風摧毀房屋等自然現象，理解“風是空氣流動形成的能量傳遞”。學生在這樣的概念體系建構中，實現從生活經驗到科學概念的具象化轉化。

（二）推理論證：數據證據鏈支撐的邏輯思維發展

可進行歸納推理訓練，通過結構化探究活動培養科學思維能力。在蘇教版科學三年級下冊《測量云量》的教學中，學生先分組觀察真實云圖照片，再根據云的形狀、高度、顏色進行分組。教師提供維恩圖模板認知支架輔助學生對比不同云類的特征，然后將云類與對應天氣現象（晴/雨/陰）匹配，最后總結“云的形態—天氣類型”對應規律。學生經歷“觀察—分類—關聯—歸納”過程，通過對云的分類推理，助力從具象思維走向抽象概念的建構。通過系統地歸納推理訓練，幫助學生實現從零散天氣經驗到系統性科學認知的轉變，培養基于證據的邏輯推理能力，為其后續學習氣候知識奠定思維基礎。

可進行類比推理實踐。培養拓展延伸型學生，可設計“風力發電模型”實驗。學生通過觀察教室吊扇轉動，理解“風能—動能”轉換；再用硬紙板制作簡易風車，連接小發電機發電；測量不同風速下的發電量；解釋真實風力發電機的工作原理，經歷“類比原型—模型制作—數據驗證—類比遷移”過程，建立“能量轉換”的科學概念。

假設檢驗能力培養。可針對“為什么早晨和中午氣溫不同”的問題，組織拓展延伸型學生提出假設：“太陽高度角影響氣溫”；設計用手電筒模擬太陽，測量不同照射角度下的地面溫度實驗，發現入射角60°時溫度比30°時高8℃的數據驗證；由此修正結論，理解“太陽輻射強度與氣溫正相關”。

（三）創新思維：數據賦能下的問題解決與方案設計

數據驅動的工具創新。開展“自制氣象站”項目，針對傳統雨量計需人工讀數、易遺漏瞬時暴雨，可用塑料瓶制作自動雨量計。當雨水接觸金屬電極時觸發LED燈，通過記錄暴雨時每分鐘LED閃爍次數，將其換算成降雨量（誤差lt;5%），并將裝置安裝在校園角落，實現無人值守監測。學生親歷“問題發現—創新設計—數據驗證—成果應用”探究過程，有助于其創新思維發展。

跨學科的方案優化。學生在氣象學習中發現風向風力對校園環境的影響，結合環保需求設計監測與利用方案。在校園空曠區域安裝風向標和風速儀，持續收集數據后，選擇風力資源穩定區域部署小型風力發電機，為路燈、景觀燈等低功耗設備供電，并設置電子屏實時顯示氣象數據。項目組與后勤部門協作推進，通過動態調整發電機角度和功率分配優化發電效率。這在一定程度上為校園提供了綠色能源，風向風力監測系統也讓師生更加關注校園氣象環境，更通過跨學科實踐培養了學生的環保意識與工程能力。

社會問題的創新解決。在“氣象小衛士”計劃中，針對社區對極端天氣應對不足、雨水利用低效、氣候意識薄弱等問題，設計不同解決方案：如在氣象預警系統中，學生搭建包含溫濕度計、雨量計、風向標的社區觀測站，實時監測數據并通過公眾號發布高溫、暴雨預警，提升居民的防災能力；又如在智慧灌溉模型中，基于雨量數據設計礦泉水瓶節水裝置，在社區花園中推廣，減少灌溉用水量；而在科普行動中，可制作兒童版《極端天氣應對手冊》，設計“風向迷宮”互動游戲，在幼兒園、養老院開展安全教育。通過這樣的項目，學生不僅鞏固了氣象知識，還學會用科學思維解決實際問題，真正成為“小小氣象公民”。

三、教學策略：符合學生認知的梯度活動設計

（一）認知腳手架搭建

設計“三階段”學習路徑。在感知階段通過感官體驗建立天氣現象的初步認識（如用皮膚感受風）；在測量階段學習使用簡易工具獲取數據（如用吸管制作風向標）；在應用階段基于數據解決真實問題（如設計“雨天上學路線”）。

（二）差異化教學策略

針對不同認知水平學生實施分層任務。初級水平學生能夠正確使用溫度計測量氣溫，記錄每日數據；進階型學生能夠分析一周氣溫變化規律，繪制折線圖；拓展延伸型學生結合氣象諺語預測天氣，驗證數據準確性。

（三）可視化思維工具

開發適合三年級學生的思維可視化工具如概念氣泡圖，用云朵形狀卡片連接天氣要素（溫度、風、雨）；設計推理流程圖，用箭頭符號表示從數據到結論的推理過程；創新方案卡，用圖標和簡短文字描述設計思路。

四、評價體系：科學思維的多維追蹤與反饋

（一）三維評價指標

[維度""" 初級水平""""""""" 中級水平""""""""" 高級水平""""""""" 概念建構""""""""" 能說出天氣要素名稱"""" 理解要素間簡單關系"""" 建立要素相互作用模型""""""" 推理論證""""""""" 能描述數據現象""""""""""" 從數據中發現單一規律 用數據解釋復雜自然現象""""""""" 創新思維"""" 模仿制作簡單工具""""""" 改進現有工具功能""""""" 設計解決新問題的方案 ]

（二）游戲化評價機制

開發“氣象小偵探”評價系統。學生通過完成數據收集任務獲得“證據碎片”；用碎片拼成“科學思維徽章”（概念建構章、推理論證章、創新思維章）；系統根據數據質量自動生成“思維能力雷達圖”。

本文針對小學科學課堂證據意識薄弱的現狀，以氣象數據為載體構建四維實踐框架，探索實證思維培養路徑。通過學情調查發現，三年級學生對氣象要素的認知存在“經驗豐富但概念模糊”的特點。基于此，研究提出概念建構、推理論證、創新思維三階思維發展模型：在概念建構階段通過具身探索實現從經驗到科學概念的轉化；在推理論證階段建立“數據—規律—預測”的邏輯鏈；在創新思維階段開展數據驅動的工具創新與跨學科實踐。教學策略采用“感知—測量—應用”三階段路徑，配合差異化任務與可視化工具支持不同認知水平學生發展。評價體系設計三維指標與游戲化機制，通過“氣象小偵探”系統實現思維能力的動態追蹤。該教學框架有效提升了學生的證據意識與科學思維能力，為小學科學實證教學提供了可操作的實踐范式。

通過構建符合學生認知規律的教學框架，可實現從“知識記憶”到“思維生長”、從“數據收集”到“證據意識”的教育轉型，為培養具備實證精神的新時代公民奠定基礎。

【本文系2024年度江蘇省教育科學規劃課題“AI支持下多元主體協同育人的‘科學+’活動群開發與實施研究”（課題立項編號：B-b/2024/03/10）和南京市浦口區第十一期教育科研規劃個人課題“基于證據的小學科學氣象數據收集活動的案例研究”（課題編號：“十四五”（11）字第GRKT2023268號）的研究成果】

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[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]馮毅.新編蘇教版《科學》教材“觀測天氣”單元內容特點與教學要點[J].科教導刊，2021（18）：41-44