初中科学学科有效获取证据例析

◎ 王 颖

初中科学学科的核心能力包括三个方面：做计划能力、获取与描述证据的能力、使用证据的能力。在科学学科中，有很多问题解决类的实验活动，需要教师在教学中对“做计划”“获取与描述证据”“证据使用”各环节进行系统设计。本文结合“食物中主要营养成分的检验”一课中的教学实践，来具体介绍有效获取证据是如何进行的。

一、基于课程标准，确定核心能力落脚点

学生探究实验中，一般要经历“形成假设→设计实验→实验操作→观察记录→实验分析→得出结论”这六个过程，在这些过程中，绝不仅仅是知道实验怎么做、现象是什么那么简单，它应该是一个学生获取“科学知识”“科学能力”和“科学价值取向”的综合过程。教师在设计实验教学环节时，应该明确对学生核心能力培养的落脚点，而核心能力的确立则必须依据课程标准。

“食物中主要营养成分的检验”是初中科学（牛津上海版）教材第10章“健康的身体”中第2节“营养与健康”的第2课时，《上海市初中科学课程标准(试行稿)》（以下简称“课程标准”）中对于本节课所做出的目标要求见表1。

表1 课程标准的要求

通过对课程标准的进一步研读后发现，这节课主要是通过学生活动（即“食物中营养成分的鉴定”），来达成“初步学会鉴别食物中的部分营养成分”这一学习水平的。结合教材内容，笔者把“学习活动”和“学习水平”分解如图1所示。

图1 “学习活动”和“学习水平”分解图示

根据图1可以看出，两个学习活动共同的关键词是“鉴别”，即学生需要获取证据来做出“有”或者“无”的定性判断。据此，本节实验课学生核心能力的落脚点确立为“获取证据”。获取证据过程的科学性和有效性是本节课的关注要点。

二、细化实验设计，移除“落脚点”上的“绊脚石”

只有有效的证据，才能作为正确判断的科学依据；而科学规范的实验过程，则是获得有效证据的必要途径。教师需要细化实验教学，预先梳理出可能影响探究能力达成的共性问题，并有针对性地将这些在教学设计过程中可能出现的“绊脚石”，通过各种方式移除。教师在实际授课中梳理出两个主要问题。

问题1 如何科学分配获取证据所需的操作时间和思维时间？

有效获取证据的关键取决于实验操作的规范，因此教师在首次教学时耗费了大量时间讲解和演示“物质的检验方法”，学生用了近30分钟的时间完成对“检验葡萄糖、蛋白质和脂肪的方法”的技能学习和操作体验，然后在10分钟内匆匆完成了对四种食物中主要营养成分的探究。整个过程学生的思维容量很低，既没有有依据的假设过程，也没有设计实验的思维过程，更没有对获取证据的过程进行是否科学的思辨与体验，因此能够有效获取证据完成判断的比例是很低的。

问题分析：教师想要保证学生获取证据的操作过程科学规范的初衷是好的，但缺乏对学生已有知识和能力的关注，对于学生已知已会的内容还要手把手地教，反复“炒冷饭”，既压缩了学生宝贵的思维时间，也降低了学生主动学习的热情。

解决办法：立足已有经验，利用预习单优化能有效获取证据的技能学习。

学生在六年级的实验活动中，已经学习过酒精灯加热液体、液体的移取与混合、实验现象的观察与描述等相关技能，并具备对颜色变化所反映出的定性鉴定的理解能力。但时间间隔较长，一些实验规范和技巧难免生疏，鉴于实践技能从认知到操作需要一个过程，信息量比较大，如果学生在课前有所预演，那么在课堂操作时会更有针对性。

教师在课前先将相关要点整理成预习单（图2），以图解的方式将抽象知识直观化，通过课前预习的方法引导学生复习旧知、预习新知。学生通过前期的自主学习，对检验的大致步骤、所需试剂、颜色变化等，结合已有的操作技能在脑海中进行推演，为课堂的实践操作在认知上做好准备。

图2 预习单节选

效果分析：良好的预习反馈到课堂环节，使学生在技能学习板块的实验成功率非常高。学生完成“检验葡萄糖、蛋白质和脂肪的方法”（学方法）的时间，由原本的30分钟缩短到少于15分钟，给学生预留了近25分钟的时间完成“检验日常食物中的一些主要营养成分”（用方法）活动，学生有更充分的时间去体验和改善探究活动的各个环节，确保获取证据尽可能地科学有效。

问题2 如何排除获得证据过程中的颜色干扰？

虽然学生已经初步具备了“检验日常食物中一些主要营养成分”的技能和方法，但在实验操作过程中，还是存在一些会影响到证据有效呈现的干扰因素。学生要根据实验现象判断物质的有无，但如果实验现象中颜色出现偏差，则会给学生的判断带来很大的困惑。

问题分析：教材提供的一些待测食材，像面粉、牛奶、青菜等，本身就具有一定的基础颜色，检验过程中反应色的变化受到基础色的影响，会与学生已有的认知产生偏差，影响判断。学生会搞不清楚到底是自身操作不规范导致的，还是实验材料本身的问题。如果是前者，学生可以进行思辨分析并改进，但如果是后者，则超出了学生解决问题的能力范围。毕竟化学反应对于初一学生而言是个神奇而又难以理解和掌控的过程，他们无法预想到添加试剂的多少和次序会使实验现象发生天差地别的变化。

解决办法：灵活改进教材，利用对照试验和重复实验保证获取证据的科学有效。

（1）将教材中可能会干扰到证据有效获取的食材（比如牛奶）去除掉，面粉糊尽量取用上清液，青菜榨汁时去掉绿色的菜叶部分，苹果榨汁后容易氧化变红就用生梨代替……总之，尽量减少食材的基础色对学生判断的影响。

（2）将前期做蛋白质、葡萄糖检验时的试管贴好标签，一左一右放在试管架上，等学生检验完成时同样一左一右地放在原处。那么在后期做食物成分检验时将检验蛋白质是否存在的试管放在标有蛋白质的试管旁，而将检验葡萄糖是否存在的试管放在标有葡萄糖的试管旁，这样可以通过相近颜色的对照，来帮助学生判断所获取的证据能否有效支持假设。

（3）两个同学为一个合作实验组，前后四个实验组为一个大组，对一种食物进行检验。这样就相当于进行了四次重复实验，每个小组除了将本组的实验现象与先前所做的标准现象作对照之外，还可以与周围其他三个组的实验现象进行对比，通过四次重复实验的现象证据比较，既可以保证获取证据的科学、准确，又有利于发现问题、开展自纠与互纠。

效果分析：通过上述细节上的改进，学生在前期方法学习中的良好效果在应用环节得以体现。学生通过与本组对照组以及其他三个组实验结果的颜色对照，实验结果的一致性很好地反馈出获取的证据是有效的，能够作为科学判断的依据。只有两个实验组在检验蛋白质时颜色与其他实验组相比较明显偏蓝，这恰恰又成为教师利用实验失误的“反面教材”进行个案分析的大好机会，通过请该组学生将实验结果与其他小组进行对照分析，在自纠和互纠的过程中，找出出现色差的原因是原本只要加3—4滴的硫酸铜被加到了1滴管，使学生深刻体会科学、严谨的实验过程对有效获取证据的必要性。

三、总结与反思

鉴于初中学生实验问题解决的能力相对较弱的现实情况，教师对核心能力的培养要根据实际教学内容有所侧重，不可面面俱到，通过排除非能力因素对学生探究活动所产生的障碍，加强实验探究的指导，让尽可能多的学生体验到解决问题过程的科学、严谨和解决问题之后的成就感。

如果说实验技能的学习过程是学生科学思维建立和核心能力培养的工具，实验探究的过程则是学生科学思维品质与核心能力的提升过程。教学过程只是载体，学生在课堂上培养针对问题制定计划，获取和描述证据，并使用证据解决问题的能力，对今后进入社会、解决实际生活中的各种问题都将产生深远的影响。我们的学生在课堂上获取的可能是证明某种科学结论的技能或方法，而在解决课堂问题的过程中所形成的科学有效、求实求真的精神，作为科学学科的育人目标，也将体现在每位学生未来的价值取向之中。