在实验中培养学生证据意识

◇夏灿灿（湖北：武汉市洪山实验小学）

科学课要培养学生的核心素养，主要是指学生在学习科学课中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。其中，关键能力的核心就是科学思维。科学思维方法主要包括推理论证、模型建构和创新思维等。推理论证是科学教学中使用得最为广泛的一类方法，体现在基于证据与逻辑，运用分析与综合、归纳与演绎、比较与分类等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解。由此可见，证据是推理论证的基础。当前，小学生普遍科学思维能力较弱，对事物的认识停留在表面，容易主观臆断，证据意识不强。因此，培养学生的证据意识对学生科学思维的发展有深远意义。以下，笔者以《风的成因》一课为例，详细阐述教学中的一些尝试和思考。

一、活用教材，精简内容，留足探究时间

课程标准指出：遵循“少而精”原则，聚焦学科核心概念，精选与每个核心概念相关的学习内容，设计相应的系列学习活动，做到适合学生年龄特征、突出重点、明确要求，确保学生有充足的时间探究、实践与思考。这就要求教师在领会教材编写意图的同时，不受教材的约束和限制，灵活地使用教材，创造性地处理教材。

《风的成因》一课教材共两页，分三个部分。第一部分聚焦两个问题：你有哪些办法制造风？大自然的风是怎样形成的？其中后一个问题是我们要探究的核心问题。结合研讨部分来看，又把这个核心问题分成了两个层次，先研讨模拟实验中风的形成，再解释自然风的形成。

把握好这个整体思路后，我们再看教材探索部分是怎样建议我们展开探究的。仔细阅读教材会发现，探索部分包括实验装置的制作和模拟实验，而制作相当费时间，一节课就40 分钟，如果保留这个部分，势必会挤压后面实验和研讨的时间。而“风的形成原因”对于三年级学生来说又是一个比较难理解的问题。为了让学生有充足的时间探究，制作部分是可以大胆舍弃的。在实际教学中，我也发现，这种断舍离不仅可以有效地把时间用在教学重难点的落实上，也可以让我们的探究活动更聚焦。

延伸到平常的教学中对教材的处理，我们怎么解决时间不够的问题？怎么解决目标不清晰、难以完成的问题？都可以从中找到答案。“双减”政策下，我们能否做到在把握课标的大前提下，“活”用教材，精简教学内容，让学生实现深入探究？

二、优化学具，丰富材料，让证据可寻

小学生的思维正从具体形象思维向抽象逻辑思维过渡，但他们的抽象逻辑思维在很大程度上仍与感性经验直接联系，具有很大成分的具体形象性。因此，教师提供研究证据的要求，应是具体、形象、直观的，而不能是粗略、抽象、需要反复分析的。

三年级上册科学实验箱配套的风的成因演示盒和教材中的类似，不仅小，而且学生只能挤在一侧的“小窗”观察，不方便小组多个学生从各个侧面观察。实验中，两个“洞口”的现象也不太明显。另外，由于纸盒易燃，蜡烛火焰稍大一点就容易将演示盒烧着。加之，市面上各类线香、塔香、蚊香均已“无烟化”，烟雾极小，难以看清烟雾的流动。在这样的条件下，想让学生真正自己找到“有风产生”的“证据”，可以说是非常困难的。针对这些问题，笔者对实验材料进行了改进。

（一）风的成因装置优化

为了让学生能从各个侧面看清现象，这个装置最好是完全透明的。身边随处可见的矿泉水瓶，成了我的首选材料。将4.5L 塑料瓶加工成如下图装置1 所示，去掉瓶底，瓶侧开个小口。为了更清楚地看到烟的横向流动，我在侧边口接上了一个“小漏斗”（从500ml 小塑料瓶上截取的），连接处用胶枪打上一圈热熔胶，以增强气密性。点燃蜡烛，罩上这个自制装置，放在上瓶口的纸片会有很明显的飘动，侧瓶口外线香的烟也会向瓶内飘。同时，我们让蜡烛火焰高度与侧瓶口齐平，还可以明显观察到火焰向侧瓶口反方向飘动。通过初步实验，我们认为这个装置是可行的。

装置1

要让侧瓶口的现象更明显，就要想办法使侧瓶口的风力更大一点，就要加快空气流动的速度。这可以从以下几点进行优化：增强热源，热空气升得快，冷空气从侧瓶口流进的速度也会随之加快。比如，加长烛芯，让蜡烛的烛芯长一点，火焰会更大，或增加蜡烛数量。利用“烟囱效应”加快空气流动，如，加高上瓶口。增强除两个瓶口以外其他位置的气密性，减少“漏风”。当然，手工裁剪的瓶底，想要做到完美贴合桌面而不“漏风”，是不太可能的。

在思考优化装置1 的同时，我也在摸索用亚克力管设计一套装置，在缩减装置内容量的同时，利用烟囱效应，设计成如图所示的装置2。将燃香的烟、羽毛、纸片等风的指示物，放在上管口和侧管口，现象都很明显。

装置2

（二）燃香优化

为了让烟的流动更容易被观察到，教科版科学公众号中展示的两个课例都用到了黑色背景，一个是在装置后放黑色底板，一个是在装置上贴上黑胶带。我也考虑过借鉴这种方式，但这样做，必定要让小组的学生挤在一侧观察，可能有的学生根本就看不见，这也违反了我设计装置的初衷。那么，不用黑色背景，还能有什么别的办法吗？有没有烟大点的材料呢？经过多次尝试，同组教师想到了在线香上裹上一层蜡油的方法。经过处理后的线香，烟变大了很多，现象非常直观，学生可以清楚地看到烟的流动方向。

（三）丰富风的“指示物”

让看不见的“风”可见，需要借助“指示物”。烟、羽毛、小纸片、蜡烛火焰等都可以帮助我们观察风，实验中，为学生提供多样化的“指示物”材料，让学生自由选择，开放性地探究，寻找充足证据。

三、巧设问题链，构建梯度式探究，促进思维进阶

当探究的问题具有综合性、学生理解起来有难度时，可以将该问题分解成若干个子问题。在有层次性的子问题引领下，通过一次次新思考、新问题的交锋与对决，让课堂动态生成，让学习渐入深处。

如，《风的成因》一课中，要让学生解释实验中风是如何形成的，单凭两个管口观察到的“证据”是难以完成的。如果将主问题拆分成3 个子问题（如下图所示），不仅可以降低探究的难度，适应学生的思维发展规律，还能增强前后的连贯性以及问题的驱动性。

前面，学生由生活场景“发现风”，接着尝试各种“制造风”的方法。此时拿出装置，顺势提出“这个装置能造风吗？”可以在很大程度上激起学生的好奇心与探究欲。怎样验证这个装置是否造出了风？学生联系自己的生活经验，可以说出各种各样的研究方法，实验方法顺势而出。在教师简单提醒安全注意事项后，学生就可以开始在实验中寻找证据了。在收集证据的同时，教师引导学生关注管口风的方向，并用箭头标注。在完成子问题1 和2 后，再让学生试着解释管口风的形成，就比较容易了。装置内蜡烛加热了空气，热空气上升，从上管口流出，装置外的空气从侧管口流入补充，从而形成了风。学生类比装置中风的成因，就不难解释大自然中风的形成了。

沿着“制造风—寻找有风的证据—解读证据—解释风的形成”这条思维主线，学生的学习不断由浅入深。也正是在层次分明、环环相扣的问题链中，学生的思维被激活。在这场思维盛宴中，教师只是启迪者、点拨者、陪伴者。

在2022 年版课标已颁布，而新教材还未到来之际，我们一线科学教师要领悟新课标理念，用好旧教材，着力培养学生的科学核心素养，发展学生科学思维，提升学生证据意识。运用科学的教学策略，引领学生基于证据进行判断推理、解决问题和质疑，帮助学生更深入地认识事物及自然规律，从而培养学生严谨的求真态度和实证精神，真正提升学生的科学素养。