打破形式化探究：科学课中学生证据意识的培养

丁言君 王亚菲 谢群

[摘 要]培养证据意识，有利于学生科学思维的发展。然而，目前科学课中暴露出形式化探究的问题，即在探究活动中，往往是学生按照教师的安排开展实验，导致学生很少关注实验证据是否可靠、实验设计的意义。科学教学中，教师应重点关注学生证据意识的培养，精心设计探究活动，使学生形成科学探究的思维方式，促进学生能力的发展。

[关键词]探究;小学科学;证据意识;培养

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）15-0067-02

证据意识，指人们面对争议时，重视证据并自觉利用证据来证明结论的心理觉悟和能力。证据意识是科学家必不可少的能力，因为科学家进行科学探究时需要在证据和结论之间构建严谨的逻辑关系，进而使科学团体乃至公众对其研究结果表示信服。同时，《义务教育小学科学课程标准》（2017年版）在科学探究的总目标中要求：“学生能够通过收集和分析信息获取证据，经过推理得出结论。”这说明学生是收集和分析证据的主体，教师则是学生探究过程中的支持者、帮助者。

然而，Sadler等人发现学生在进行科学探究时很少质疑实验证据，而是默认教师提供的证据是可靠的。目前，科学课中的实验教学也暴露出形式化探究的问题。提及探究，教师首先想到的便是“设计实验，控制对照组”。一般而言，实验设计是由教师提出的，而不是学生提出，这使得学生很少思考实验设计的意义，不清楚科学探究的思维方式，不明白科学探究的目的与价值。因此，科学教学中，教师要解决形式化探究的问题，使学生体验科学家进行科学探究的思维方式，经历科学探究的过程，培养学生的证据意识。下面，以教科版小学科学《运动与摩擦力》一课教学为例，尝试在真实情景中开展指向学生证据意识培养的科学探究。

一、创设问题情景，暴露前概念

知识存在于具体的、情境的、可感知的活动之中，因而学习就是要让知識重回情境。可见，课堂中重视真实情境下的实验探究，对学生科学概念的建构具有重要作用。在进行正式探究前，教师还需掌握学生的前概念才能采取相应的方法，顺利地推进科学探究的开展。

运动和摩擦力的概念较抽象，较难引起学生的学习兴趣。在课前活动中，教师通过“爬墙车移动”的游戏，并板书“运动”二字，请没有玩过爬墙车的学生上台体验玩爬墙车。这里，教师巧设游戏，让学生思考爬墙车不掉的原因，激发学生的好奇心。

正式上课时，教师创设问题情境，以“挑选哪双鞋作为拔河鞋最佳”的问题，引导学生暴露前概念。学生对情境中的问题表现出极大的兴趣，结合生活经验积极推测：由于越粗糙，摩擦力越大，故鞋底粗糙的拔河鞋最佳。教师抓住学生回答的关键词“摩擦力”，引导学生结合生活经验表述对摩擦力概念的理解。这样可暴露学生对摩擦力概念的认知状态，即处于似懂非懂的状态。

二、循序渐进教学，培养证据意识

1.结合经验证据，感受摩擦和摩擦力

五年级的学生较少接触实验仪器、设备等，但具有丰富的生活经验，对于他们来说，经验就是最好的证据。为了让学生意识到经验也可以作为证据，教师让学生双手高举感受摩擦，学生很快意识到不能产生摩擦。接着，教师让学生尝试制造摩擦。学生通过已有的生活经验，用手摩擦书桌感受摩擦，感知摩擦产生的条件，即需要两个物体接触、运动或有运动趋势时才会发生摩擦，进而引出摩擦力的概念：摩擦时阻碍物体运动的力就是摩擦力。然后教师让学生用穿鞋的脚向前移动，再向后移动，体验摩擦力的阻碍作用和摩擦力的大小。最后，教师让学生回忆生活中感受摩擦力的经历，将摩擦力的概念化抽象为具体，深化学生对摩擦力的理解，使学生认识到摩擦力在生活中无处不在。

2.引发认知冲突，质疑证据

由证据到结论的逻辑关系，在探究活动中具有至关重要的地位。科学家产生问题后会提出各种假设，然后寻找证据，得出结论。然而，科学家进行科学探究的过程并不是一帆风顺的，寻找的证据也并非都是可靠的，所以科学家也会质疑证据的可靠性。经过前面的学习活动，学生已经意识到经验和实验设备等都可作为实验证据。因此，教师引导学生提出假设，制造认知冲突，引发学生对证据可靠性的关注。

围绕如何选择最佳拔河鞋的问题，教师提示学生思考：“拔河时摩擦力大是否真的有优势？不同鞋的摩擦力是否真的不同？”此时，学生的头脑中会产生各种假设，但缺乏证据来证明假设。于是，教师为学生提供帮助：“用握力计分别测鞋底粗糙和光滑鞋底的摩擦力。”同时，教师要求学生思考粗糙和光滑的摩擦力所表达的含义，培养学生分析和归纳的能力。经过思考与分析，学生较容易发现：鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小。教师继续引导学生思考：“板书的数据叫证据，而得到的发现‘鞋底越粗糙，摩擦力越大;鞋底越光滑，摩擦力越小叫结论。那么，此证据可靠吗？由不可靠的证据推测出的结论可靠吗？”学生通过小组讨论得出“实验证据不可靠”，并归纳出影响摩擦力的因素，有物体重量、接触面积、地面光滑程度、测摩擦力的方法等。在此过程中，学生积极思考，体验科学家质疑证据的过程，培养了学生批判性思考的能力。

3.设计实验，搜集可靠证据

控制变量法是设计实验常用的方法，探究活动中往往是教师提出此方法，学生依照教师设计的步骤进行实验操作。为使学生体验科学家进行探究时的思维方式，理解实验设计的意义与价值，教师在课堂上引导学生提出控制变量的想法，并在学生探究过程中给予必要的支持和帮助。

经过质疑证据后，学生会产生寻找可靠证据的意识。学生在前面活动中归纳出影响实验的因素，已经意识到要保证结果可靠，需要控制实验变量“物体接触面的光滑程度”，并且与其他实验条件保持一致。于是，教师为学生提供支持，包括体重相同且接触面分别是光滑和粗糙的小木块、钩码、相同的木板、相同的弹簧测力计、播放使用弹簧测力计方法的视频，确保学生小组测量的方法一致。接着，学生各小组开始进行“摩擦力与物体接触面光滑程度”的实验。

实验结束后，教师通过多媒体展示各个小组的实验数据，引导学生分别从本组和全班小组两个方面用准确的科学语言分析与归纳数据。学生小组讨论后，归纳得出“在相同条件下，物体接触面越光滑，摩擦力越小;接触面越粗糙，摩擦力越大”的结论。教师继续提出问题引导学生思考：“那么，摩擦力和物体接触面积大小关系的实验得出的结论是否可靠？”在此过程中，学生反复质疑实验证据的可靠性，培养了学生利用证据证明结论的能力。

4.丰富证据，得到完善结论

仅由“摩擦力和物体接触面积大小关系”实验得出的结论显然不够完善，教师继续引导学生用更多的证据来得到更准确的结论。学生根据影响摩擦力的因素，推测出摩擦力的大小与物体的重量有关。于是，通过增加或减少钩码的数量来改变小木块的重量，其他实验条件保持一致，开展“摩擦力与物体重力大小关系”的实验。由于本节课的实验较多，需要把握好时间节奏。教师可表扬率先完成的小组，这样不仅能增强学生的自豪感，而且可以激励未完成的小组加快实验速度。然后教师展示各个小组的数据，引导学生对比分析数据，得出结论：在相同条件下，物体重量越大，摩擦力越大;物體重量越小，摩擦力越小。教师板书后，继续让学生思考“摩擦力和物体接触面积、重量的关系”的实验证据是否可靠。此时，学生通过三次对实验证据的质疑，认识到科学探究要严谨，明确科学证据、科学结论需要经得起质疑。

三、渗透STS教育，强化证据意识

STS即科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）的融合，是旨在研究科学、技术、社会三者相互关系的学术研究领域。STS教育是STS领域的重要组成部分。STS教育不仅反映了当代科学的思维方式，即系统综合、开放动态、发展变化的思维方式，还体现了教育以人为本、情景体验、强调对话交流为核心的建构主义教学理论。科学技术与社会生活息息相关，教师应引导学生从生活走向科学，让科学回归生活。

经过探究“摩擦力和物体接触面积、重量的关系”的实验，学生得到新的结论，并作为解决问题的新的证据。爬墙车是科学技术的产物，经过知识铺垫，学生掌握了摩擦和摩擦力的科学概念及特点，能够利用已有的证据解释课前活动中爬墙车不掉的原因，也能够根据已有的证据选出最佳的拔河鞋。同时，为强化学生的证据意识，提高学生的创新能力，教师让学生设计一双拔河鞋。这样有助于学生将已有的证据迁移到实际生活中，帮助学生理解科学技术与人类社会的关系，强化证据意识。

尊重证据是科学学习的基本要求。科学的发展史，就是不断发现新的证据来得出新的结论的过程。培养学生的证据意识是一个系统的工程，需要师生合作形成统一体，凝练师生每一堂课的努力和智慧。在传统教学中，教师是课堂中唯一的知识权威，学生是被动的倾听者，师生间的科学探究只是为了验证实验结果而进行，忽视了学生证据意识的培养，这样的课堂不利于学生科学思维的发展。

总之，本节课以“选择最佳拔河鞋”作为话题贯穿于教学始终，使学生在认识证据、质疑证据、搜集证据、丰富证据、利用证据的过程中，逐渐发展证据意识。在此基础上，教师注重突出学生的主体地位，基于STS教育理念，为学生提供多样化的学习机会，如探究的机会、讨论的机会、综合运用知识解决实际问题的机会等。在探究活动中，学生思维变化的过程，正是科学家进行探究时思维变化的过程，使学生体验到探究的意义与价值，促进学生能力的发展。

（特约编辑 木 清）