注重證據和推理

新版《義務教育小學科學課程標準》將“科學探究”的主要特點界定為“以證據為基礎，運用各種信息分析和邏輯推理得出結論，公開研究結果，接受質疑，不斷更新和深入”。這樣的界定，更加強調了學生在建構科學概念過程中的思維過程，即學生觀點形成與發展的過程，更強調鼓勵學生通過交流研討、運用證據和推理建構對科學現象的理解。

案例：《找拱形》

解釋“為什么圓頂形能夠承受這么大的壓力”時，教師給每個組的學生都發了半個乒乓球。學生將自己的想法與組內同學進行交流，同時在乒乓球殼上畫出自己的想法，一邊畫一邊解釋。討論后，學生作出如下解釋：

生：既然拱形可以把壓力分解成向下的壓力和向外的推力，半球形又是無數的拱形，那么它應該能把向下的壓力分解到外面。

師：你畫的線是什么意思？

生：表示把力分解到四周。

生：我們畫的箭頭表示“力走的方向”，是向四周的。無數個拱形在底部形成了一個圓，所以不用把拱足抵住，就能承受很大的壓力。

生：補充一點，如果沒有抵住拱形的拱足，對拱形加壓力時，它就會“塌”。為什么乒乓球的一周沒有抵住，也能承受這么大的壓力？我們不知道是為什么。

生：因為乒乓球的圓頂形里有很多的拱形，每個拱足在底下形成了一個圓。在圓頂形上放書時，會產生向外的推力，但是都分散到它底面的圓上，說明它有很多的“抵點”，讓它不會輕易倒塌。

最后，在師生的共同研討下，總結了三個觀點：圓頂形中存在很多拱形；拱形將壓力向四周分散；拱足相連，不產生外推力。

在這個環節中，學生借助半個乒乓球分析“圓頂形為什么能承受這么大的壓力”，這是一個分析、推理的過程，需要學生充分調動關于“拱形”的原有認知，將“圓頂形”與“拱形”建立聯系，發現“圓頂形可以看成是無數個拱形的組合”，再進一步將“力”與“形”建立聯系。在這個推理過程中，學生充分呈現了自己的理解與認識，他們最初的觀點可能是幼稚的、不準確的，然而，這正是建構新概念的基礎。在師生交流、生生交流的過程中，產生思維碰撞，逐漸使他們的假設、推理趨于合理。

真的是這樣嗎？學生的推理還需要證據的支持，于是進入“驗證”環節。

教師為學生提供了“拼插式拱形紙條”的實驗材料，在進行實驗設計之后，確定了以下的實驗步驟：

1.用紙拱搭一個圓頂形（學生演示）。

2.不連拱足，在紙拱交點處加墊圈。記錄墊圈數量，觀察拱形變化。

3.連拱足（紙拱的拱足處有拼插接口），再加墊圈，并記錄墊圈數量。

實驗后，各組將實驗數據進行了匯總（如下表）：

展示研究成果時，教師請學生到講臺前，根據數據和實驗中的現象來解釋“圓頂形為什么能夠承受這么大的壓力”。

生：我們組的實驗結果是“不連拱足”時能承受9個墊圈，“連接拱足”后承受30個墊圈。“+”號表示如果還有墊圈，還能繼續加。

師：數據的變化，說明了什么？

生：說明連接拱足后，（圓頂形）承受力更大了。

師：其他同學同意嗎？你們的結論與他們組一致嗎？

生：一致！

師：請你繼續演示一下，實驗中哪些現象能說明“圓頂形承受很大壓力的原因”。

生：沒有連拱足的時候，加墊圈后，圓頂形的頂就開始向下壓。整個圓頂形比加墊圈前癟了，越放越癟（邊說邊放墊圈），拱足還向外擴。

師：這種變化說明什么問題？

生：說明圓頂形能夠將受到的壓力轉為向下的壓力和向外的推力。連接拱足后，加墊圈時，底部拼插在一起的沒有變化，只有上面的部分開始向外擴。

生：說明組成圓頂形的“拱”的拱足都連在一起，抵消了外推力，所以就能夠承受很大的壓力。

師：那么現實生活中的圓頂形，是不是只有底部連在一起？

生：不是，“拱”的各部分都連在一起，所以就不會產生外推力，能夠承受很大的力。

“圓頂形模型”的使用，為學生獲得證據提供了有力的支持，很好地體現了用證據和推理來解釋科學現象的目的。

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