基于實驗教學中收集證據的若干思考

對實驗的現象的描述和解釋，實驗結論的得出皆依賴于所收集的證據及對證據的整理與分析。因此，采集到的證據要力求真實、客觀、準確、可信。

在小學科學實驗中，事實證據主要有兩大類。一是實驗中運用人的眼睛和其他感覺器官及儀器所獲取的信息和現象，記錄時一般采用定性的文字描述;二是實驗中主要借助于測量工具所獲得的數據資料，記錄時一般采用定量的描述。實驗材料、實驗儀器以及學生的觀測技能、對觀測結果的記錄、實驗中對變量的有效控制等因素直接影響到科學證據的收集工作。

筆者認為，在收集證據時，要著重關注以下幾個方面的因素。

實驗材料的合理選擇

實驗材料在一定程度上決定了實驗的質量和成功與否。科學實驗要借助于一定的材料(在下面的敘述中，材料姑且泛指實驗材料、實驗儀器)，證據的獲取與材料的擇用有著直接的關系，在小學科學實驗中一般是通過實驗獲取我們所期望的一些事實證據，以支撐實驗假設或否定實驗假設。學校實驗室中常用的測量儀器主要有溫度計、彈簧秤、天平、量筒等，這些儀器往往規格有限，有些只有一種規格或型號，它們的精度是確定的，我們的選擇余地是有限的。這時就要在操作材料的擇用及實驗裝置的改進上下工夫。在選擇材料時，著重關注以下幾個方面。

一、材料的可操作性

在設計、選擇材料時既要根據實驗的要求和側重點，又要充分考慮到材料的可操作性，合理降低操作難度，保證實驗數據的順利獲取。課前，教師要事先做一做預先實驗，以便更好地了解實驗的操作要領、操作難度及耗時情況等，合理選擇實驗材料，提高材料的可操性。五年級下冊《浮力》一課，測量一塊泡沫塑料塊在水中受到的浮力實驗，我選用的是沉浮實驗盒中的泡沫塑料塊。我在做預先實驗時發現了一些問題。拉動時，泡沫塑料塊容易發生偏轉，且因厚度不夠，對小部分浸入、大部分浸入難以把握。于是我就自制泡沫塑料塊，規格為4 cm×4 cm×4 cm。每隔1 cm做上記號，在中心處固定棉線，這些皆由教師事先做好。學生實驗操作時，統一標準，小部分浸入——浸入1 cm;大部分浸入——浸入3 cm。嘗試后，發現效果好多了，避免了一些不必要的麻煩，便于數據的測量，測得的數據比較一致，也利于在下一環節中對數據的整理與分析。

二、材料的有效性

在設計、選擇實驗材料時，既要符合教材要求，又要充分考慮到所選材料的有效性，保證實驗現象明顯，實驗數據有足夠的區分度。若實驗中所收集到的信息、數據不足以得出實驗結論，未達到我們所期待的預望值，在排除操作層面上的問題后，一般來說就要改進實驗材料。五年級下冊《做一個鐘擺》，實驗一:兩根木條的長度按教材要求分別為20 cm、30 cm，這時著重要考慮木條的寬度(因為我選用的是三夾板木條，它的厚度是固定的。)試驗后木條的寬度選用0.7 cm即可。15秒內擺動次數記錄:30 cm長木條的擺和20 cm長木條的擺，各測3次均為16次和20次。實驗二和實驗三:當木條(三夾板木條:30 cm×0.7 cm，重:3克)的規格確定后，螺帽多重合適?我分別試驗了三種不同重量的螺帽作為擺錘。通過試驗，重量為4.5克的螺帽比較合適。實驗二，15秒內擺動次數記錄:沒有螺帽的擺和加上螺帽的擺，各測三次均為16次和14次。實驗三，15秒內擺動次數記錄:螺帽在木條10 cm處的擺、螺帽在木條20 cm處的擺和螺帽在木條30 cm處的擺，各測三次均為18次、16次和14次。從數據上反映，所設計的材料是可行的、有效的，實驗所獲取的數據具有足夠的的區分度，足以得出結論。

三、材料的代表性

在選擇材料時，要考慮到所擇用的材料是否具有一定的代表性，數量是否足夠，種類是否多樣，以確保獲得豐富的實驗信息。五年級下冊《物體在水中是沉還是浮》一課，實驗活動是觀察更多物體在水中的沉浮，我們選用小石塊、泡沫塑料塊、回形針、蠟燭、帶蓋的空瓶、白蘿卜、橡皮7種材料，這幾種材料都是學生身邊的熟悉的材料，具有一定的代表性。有學生極易做出沉浮判斷的材料，如石頭、泡沫塑料塊等，也有他們較難判斷沉浮的材料，如白蘿卜、蠟燭頭等。學生的預測，展示的是他們對沉浮判斷的初始概念，當實驗結果與學生的初始概念產生沖突時，更容易引起學生的思考，從而發現并提出問題。并為學生討論得出影響物體沉浮的因素(如體積大小、輕重、形狀、材料、是否空心等)打下基礎，同時激發學生進行后續的探究活動。

四、材料的可測性

觀測數據時，要事先了解所用儀器的精度和對數據的要求，合理選擇實驗材料，以獲得理想中的數據。五年級下冊《探索馬鈴薯沉浮的原因》，同體積的馬鈴薯、清水和濃鹽水的輕重比較實驗。對數據測量的要求比較高，要求測出馬鈴薯比同體積的清水重，而比同體積的濃鹽水輕。實驗所采用的儀器是50 mL的量筒和J-EQTP-0105型500克托盤天平。顯然，關鍵是先要精確地測出馬鈴薯的體積，如果這一數據不精確，會直接影響到對清水和濃鹽水的重量測定，導致實驗數據的不可信。一開始的時候，我只考慮到測定馬鈴薯體積的方便，選擇體積為5 mL左右的馬鈴薯，剛好能直接放入量筒。結果只有一組數據達到預期的數據要求，其余各組數據均告失敗。相對較好的一組數據:同體積的馬鈴薯、清水和濃鹽水的輕重比較(馬鈴薯的體積是4.3 mL)(表1)。

課后，自己也動手測量了一下。確實感到太難了，嘗試了多次，才得到了一組比較“理想”的數據。于是反思，認識到:在體積相同情況下，這三種物體的重量本來相差就不多，若選用體積很小的馬鈴薯，用以上規格的儀器要精確地測出它們的重量且要有所區分，對學生來說實在太難了，同時也是不科學的。因為導致實驗數據的誤差的原因很多，如操作不當、讀數時的人為誤差等因素，也因不同規格的儀器的精度不同，導致數據的精確度有所差異。學生的數據誤差在正常的誤差范圍內，問題并不在于學生，而在于教師在選擇材料時犯了“錯誤”。其實選用體積大一點的馬鈴薯沒有關系，可以把馬鈴薯切分成若干個小塊，分別放入量筒中就可以測出它的體積。后來改用大一點的馬鈴薯，體積為50 mL左右，量筒改用250 mL規格的量筒。學生基本上都能順利地測得預期的實驗數據。其中一組數據如表2所示(馬鈴薯的體積是50.0 mL)。

此外，還要關注實驗現象的可見度。實驗的過程和現象要能讓學生都能看到，儀器要能清楚地顯示出需要觀察的現象，實驗儀器的大小選擇要合適，并設法突出被觀測的對象，有時對實驗裝置還要作適當的改進。如五年級下冊《液體的熱脹冷縮》，為了能清楚地觀察到水在受熱或受冷后體積的變化，對實驗裝置作了改進，采用一個平底燒瓶和紅水的新裝置，學生就能清楚地觀察到水在受熱或受冷后細管中水面的高度變化。實驗教學中，在儀器的重要部件上涂上醒目的顏色，以突出觀察對象;在水中加入一點紅墨水，以便能看清水的流動情況和液面的高低;利用多媒體課件、投影儀投影放大等手段，以增加觀測效果等，皆是為提高實驗現象的可見度及可測性，確保學生清晰地觀察到實驗的過程和現象，以獲得可靠、準確的信息。

實驗現象的觀察描述

科學探究始于細微的觀察。“科學性的‘記述’”是將事實做精確的描述，使不同的人均能由它解讀到相同的事實”。“描述是解釋的基礎;描述是證據，解釋是觀點”。小學科學教材中，有大量的觀察實驗現象需要用定性的文字描述方法進行記錄，要求學生得出的科學結論也往往是一些描述性概念。因此，要重視對實驗的過程及現象的仔細觀察及對被觀察對象進行客觀的、準確的描述。加強教師的指導作用，可通過實驗提示、操作方法的設計及實驗記錄單等來實現。

五年級下冊《沉浮與什么因素有關》一課中的兩組變量控制實驗，兩組實驗材料具有很強的結構性，從浮到沉呈現一定的層次性，實驗現象明顯、清晰。實驗前要先預測。預測和結果用沉或浮記錄，并要求學生用圖文結合的形式來描述實驗現象。操作時建議學生:一個一個地放，放一個觀察一個，然后集中觀察五個小球或五個立方體的沉浮狀況。學生不只是看到物體的沉或浮，更重要的是讓學生能從中感受到隨著重量或體積的變化，物體的沉浮相應地發生變化，感受沉浮變化的過程。這樣，就有助于學生對實驗現象作出準確的描述與解釋。

又如六年級下冊《物質發生了什么變化》，實驗一:觀察沙和豆子混合后的變化。要求學生從多方面尋找證據，根據觀察到的事實，確認物體沒有發生變化或者變化很不明顯。這時就要發揮實驗記錄單的引導作用，觀察并描述混合前后的沙和豆子在顏色、形狀、大小等方面的變化。實驗二:白糖加熱實驗。加熱的過程中，仔細觀察、記錄現象，從現象的變化中，分析、比較白糖發生的兩種變化，體會兩種變化的區別。一是白糖的熔化:白糖從固態變液態，顏色從白色變黃褐色，并聞到一股香味等。二是白糖的炭化:顏色加深，最后變成黑色的炭，并聞到焦味等。最后引導學生整理出物理變化和化學變化這兩個描述性的概念，并得出這兩種變化的本質區別。

實驗變量的嚴格控制

小學科學教材中有大量的對比實驗，對變量的控制尤為重要，它直接影響到實驗的公平性與實驗證據的可信度。在教學中，要明確實驗中要保持不變的條件是什么?要改變的條件是什么?要讓學生感受并理解控制實驗變量的重要性。首先要梳理影響實驗的因素(變量)，其次是控制變量，并在實驗過程中始終要關注實驗變量的有效控制。五年級下冊《種子發芽實驗》，影響種子發芽的因素可能有水分、溫度、空氣、陽光、種子本身等等。如果研究的問題是綠豆種子發芽必須要有水嗎?那么，相同的條件應是:溫度、空氣、陽光、相同的種子等。不但要討論采用適當的方法，保證這些條件相同。還要關注在實驗過程中始終保持相同。不同的條件是:水。同樣要考慮到如何控制，如給實驗組的種子，定時定量澆水，始終保持濕潤。而對照組的種子得不到水，始終保持干燥。通過對實驗變量的有效控制，以求實驗的公平性和科學性。這樣，我們所觀察到的現象、采集的數據就更加真實、客觀、可信。

又如:六年級上冊《電磁鐵的磁力(二)》中的電磁鐵磁力與電池數量關系的實驗。除了有效控制不變的條件外，還要著重對三節電池的電流強度作有效控制。在每一個實驗小組中，盡量保持三節電池的電流強度相同。否則，測得的實驗數據就不準確，可信度大大降低。還是六年級上冊《抵抗彎曲》一課中的實驗，除了有效控制不變的條件外，另外還有一個容易被我們忽視的問題，即紙的性能。由于科學教師往往執教多個平行班，對紙條多次使用，紙的性能受到一定程度的破壞，應視情及時更換。

收集證據，是科學實驗中極為重要的一個環節。我們要關注影響證據收集的諸多因素，精心設計實驗，合理擇用材料。仔細觀察實驗現象，如實記錄、準確描述。觀測數據，力求真實、客觀、精確。教師要切實做好課前預先實驗，發現問題，及時調整。以確保學生順利獲取證據，讓學生能基于事實證據形成客觀的解釋，得出科學的結論。從中培養學生收集證據的能力和實事求是、尊重證據的科學態度。■

(作者單位:浙江省舟山市岱山實驗學校)