高年級學生搜集證據(jù)能力的培養(yǎng)策略

李美凝 王素英

《義務教育小學科學課程標準》從提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價8個探究要素對科學探究的學習目標進行了描述。事實上，探究要素既是科學探究的步驟和環(huán)節(jié)的體現(xiàn)，也是學生學習探究方法、發(fā)展探究能力的重要方面。在課堂教學中，可以根據(jù)具體的教學活動對學生的特定探究要素進行有針對性的專項訓練。本文主要討論如何在教學中培養(yǎng)高年級學生搜集證據(jù)的能力。

搜集證據(jù)的作用、內涵及培養(yǎng)要點

1.搜集證據(jù)在科學探究中的地位與作用

科學探究是一個獲取證據(jù)并利用證據(jù)對假設進行論證的活動過程，即以提出問題和作出假設為起始，對假設的解釋與得出結論為暫時的終點，進而引發(fā)新的科學問題的研究過程。搜集證據(jù)在科學探究中的地位和作用體現(xiàn)在兩個方面：首先，要為探究者形成研究問題的方案引領方向，即利用提出問題、作出假設及制訂計劃三個階段形成對問題的表征、制訂研究的方案、進行選擇和預期，進而決定怎樣搜集證據(jù)，搜集什么樣的證據(jù)，從而使研究有的放矢。其次，搜集到的證據(jù)也為后面的處理信息和得出結論等提供直接依據(jù)。因此，搜集證據(jù)在科學探究中起著至關重要的作用。

2.搜集證據(jù)的內涵

課程標準對低、中、高三個年級段關于作出假設與搜集證據(jù)探究要素的描述如上表所示。

從課程標準對低、中、高年級段搜集證據(jù)要素的學段目標的描述中可以看出，搜集證據(jù)的學段目標從低、中學段的在教師指導、引導下，能在作出假設與制訂計劃的基礎上明確實驗目的和實驗方法，選擇合適的工具和儀器進行觀察，并對觀察結果進行描述，逐步提升到高學段的能夠基于所學知識，主動地利用觀察、實驗、查閱資料、調查、案例分析等方法獲取事物的信息。可見，搜集證據(jù)能力具有進階發(fā)展的特征。因此，在課堂教學中，應當關注學生搜集證據(jù)能力的進階發(fā)展，并實施相應的發(fā)展策略。

根據(jù)各年級段對搜集證據(jù)要素的描述，我們可以將搜集證據(jù)理解為兩個要義。

第一個要義是“搜集”，涉及搜集的方法及準確性。教學中，應當盡可能地了解學生已有的知識和經驗，并以此為教學的生長點，將感官觀察和利用工具觀察相結合，將觀察、實驗、查閱資料、調查、案例分析等多種方法相結合，同時關注實驗材料、實驗儀器的選擇，這將對實驗現(xiàn)象的觀測及觀測結果產生有益影響，進而提高搜集的實驗證據(jù)的可信度。科學教師要關注這些因素，結合小學生年齡特征、認知特點及實驗要求，精心設計實驗，讓學生能順利地搜集到所期望的事實證據(jù)，并力求搜集的證據(jù)真實、客觀、準確、可信，培養(yǎng)他們搜集證據(jù)的能力和實事求是、尊重證據(jù)的科學態(tài)度。

第二個要義是“證據(jù)”，它是為要證明的猜想與假設服務的，是進行科學分析的根據(jù)。從對問題作出假設，到根據(jù)搜集到的證據(jù)對假設進行解釋，其中的關鍵就是搜集證據(jù)。

3.作出假設與搜集證據(jù)的關系

搜集證據(jù)不是單純的、孤立的過程，其中蘊含的思維過程也是一個重要方面。例如，該搜集什么樣的證據(jù)、什么樣的事實信息能夠轉化成什么有力的證據(jù)等，這些思考都依賴于學生對問題作出了怎樣的假設、選擇與預期。所以，在教學中，教師應引導學生關注作出假設與搜集證據(jù)的關系。

在杜威的探究學習理論中，詳細闡述了探究活動的幾個環(huán)節(jié)，即不確定的情境、問題的設立、方案的確定、推理和事實，搜集證據(jù)則處在事實的環(huán)節(jié)中。杜威特別強調了本環(huán)節(jié)中假設與事實是相互聯(lián)系、相互作用的。假設的操作性在于假設會引發(fā)、指導進一步的假設，假設使新的事實顯示出來，并且事實要形成一個統(tǒng)一的整體才能發(fā)揮證據(jù)的作用。觀察到的事實越充分，觀念才會越清晰。可見科學事實是檢驗科學結論的唯一標準，搜集的證據(jù)越多、越詳細、越有連貫性，結論才會越清晰。

經過分析，我們可以將搜集證據(jù)能力的訓練確立在與假設的關聯(lián)上，通過實驗材料的選擇和觀察，進行搜集方法的訓練。通過對證據(jù)前后關系的梳理，提升重視證據(jù)的意識。

《小孔成像》一課是對六年級上冊《探究光的路線》一課中關于光沿直線傳播和墨子發(fā)現(xiàn)的小孔成像現(xiàn)象這部分內容的放大，目的是讓學生理解搜集證據(jù)與作出假設的緊密聯(lián)系。

這節(jié)課借助進階思維，進行四次假設和證據(jù)的搜集（如圖1），將觀察的事實與已有的知識和經驗聯(lián)系起來，即將直接證據(jù)與間接證據(jù)結合，進行歸納、概括、推理等思維活動的加工，找到問題的因果關系，形成超越已有知識和當前結果的新的理解，作出自己的解釋或結論，進而深化學生的元認知。

這里需要特別說明的是，本節(jié)課的課前和課上共有四次假設活動，作出假設的水平并不相同。第一至第三次假設可以理解為預測，即根據(jù)現(xiàn)有證據(jù)和既往經驗對將來的事情作出推論。第四次（三孔成像）假設，建立在學生已經自覺形成了一個規(guī)律性認識的基礎上，是一種有針對性、有依據(jù)的假設。這樣的假設，使得搜集證據(jù)有目的、有方向，也使搜集證據(jù)的過程更為明晰、便捷。

培養(yǎng)高年級學生搜集證據(jù)的能力

下面以《小孔與像》一課為例，闡述如何培養(yǎng)高年級學生搜集證據(jù)的能力。

本課的教學目標是：

能夠關注小孔成像現(xiàn)象，在動手操作與積極思考中發(fā)現(xiàn)由于光沿直線傳播，小孔所成的像是倒立的像，以及像與孔的對應關系。

能夠從對一孔成像、兩孔成像和三孔成像的觀察事實中，對原因進行假設性解釋，提高作出假設的水平。

能依據(jù)證據(jù)運用比較、分析、推理等方法，知道小孔成像倒立的原因并發(fā)現(xiàn)孔與像之間的規(guī)律。

在一系列的探究過程中，能夠基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見解，逐步提升證據(jù)意識。

其中“能夠從對一孔成像、兩孔成像和三孔成像的觀察事實中對原因進行假設性解釋，提高作出假設的水平”是本課的教學重點。“能依據(jù)證據(jù)運用比較、分析、推理等方法，知道小孔成像倒立的原因并發(fā)現(xiàn)孔與像之間的規(guī)律”是本課的教學難點。

為達成以上教學目標，基于學生的已有知識和經驗，本課嘗試利用以下三種策略培養(yǎng)學生搜集證據(jù)的能力。

1.利用實驗材料提高學生搜集證據(jù)的效率

在課堂教學中，科學實驗是搜集證據(jù)的重要方法。在教師指導下，學生借助科學實驗獲取預期的數(shù)據(jù)信息，并對數(shù)據(jù)加以描述和解釋，轉化為證據(jù)，進而得出結論或規(guī)律。

實驗材料的選取與利用，直接影響著證據(jù)的獲取路徑，在很大程度上決定了實驗的質量，并最終影響著作出假設的判定和得出結論的可靠性。

因此，實驗材料首先要具有科學性、有效性，保證實驗現(xiàn)象明顯。其次，實驗材料要具有可操作性，合理降低操作難度，保證實驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的順利獲取。再次，實驗材料要關注結構性，具有一定的典型性。例如，本課在探究材料上有所創(chuàng)新，設計了一孔屏、兩孔屏到三孔屏，它們之間是有結構的遞進關系的，能夠給學生的學習發(fā)展提供一定的幫助。最后，實驗材料要盡可能有所創(chuàng)新，本課從便于學生客觀、準確地記錄現(xiàn)象的角度上進行了創(chuàng)新，創(chuàng)制了“可移動式立體記錄單”。

基于以上考慮，本課的實驗材料經歷了兩次改進，具有科學性、創(chuàng)新性和有結構性的特點（實驗材料的改進過程如圖2）。

第二次改進后的小孔成像盒具有以下特點。

（1）可操作性更強

成像盒底部用磁力扣吸在有格子的墊板上，蠟燭移動的范圍是固定的。經過仔細測算與實驗，使得火焰移動范圍內的像都能夠完整地顯示在成像屏上。在實驗中，不僅能夠滿足探究像的大小與距離的關系，還能保證每次都快速準確地看到實驗現(xiàn)象，保證學生證據(jù)獲得的可操作性。

（2）成像更清晰

采用密封較好的盒子，防止光線四處擴散，火焰成像的亮度更高。成像屏的材質選用特殊材料，成像更清晰（如圖3），保證學生可以有效獲得證據(jù)。

（3）記錄和展示更準確

以立體成像屏作為學生記錄證據(jù)的重要載體，材料選用了硬質透明塑料，學生可以將觀察到的現(xiàn)象直接畫下來，保證了記錄的準確性和客觀性。同時，可拆卸的成像屏使用磁力扣吸在盒子邊框上，每次實驗完成后可以很方便地取下來進行證據(jù)展示（如圖4）。

科學、創(chuàng)新、有結構的實驗材料是學生有效地進行搜集證據(jù)活動的基礎，是培養(yǎng)學生搜集證據(jù)能力的保障。教師要關注影響證據(jù)搜集的諸多因素，精心設計實驗，合理選用材料，切實做好課前預先實驗，發(fā)現(xiàn)問題及時調整，以確保學生順利獲取證據(jù)。

2.逐步強化學生搜集證據(jù)的意識

從問題的假設到解釋，證據(jù)在其中起到了關鍵作用。在科學探究中，學生要清楚為什么要搜集證據(jù)，什么樣的事實可以作為證據(jù)。這就要求學生對搜集證據(jù)的目的、方法、過程、用途等要有全面的理解，這樣才能逐步強化他們重視證據(jù)的意識。

第一環(huán)節(jié)，教師帶領學生回顧前期對于小孔與像關系的研究，在沒有任何經驗和知識之前，學生對蠟燭的光穿過一個小孔會成什么像難以有具體想法。在學習了光在空氣中沿直線傳播的知識后，基于所獲得的間接證據(jù)進行第二次猜想，這時有6名學生的猜想與觀察到的事實是一致的。這一次搜集證據(jù)的過程使學生學會了小孔成像實驗中搜集證據(jù)的方法，并獲得了一孔成像的直接證據(jù)，即蠟燭的光經過一個小孔會形成一個倒立的像，這一證據(jù)也進一步驗證了光在空氣中是沿直線傳播的。這個活動讓學生開始關注證據(jù)的價值，在他們心中埋下一粒重視證據(jù)的意識的種子。

第二環(huán)節(jié)的設計與一孔成像的探究具有連續(xù)性。教師提出“蠟燭的光經過兩個小孔會有什么現(xiàn)象”的問題后，學生會積極反省上一階段所積累的經驗（直接證據(jù)）與所獲得的知識（間接證據(jù)）并進行猜想與假設，引發(fā)了認知沖突（如圖5）。

認知沖突出現(xiàn)之后，學生意識到需要搜集證據(jù)一探究竟。此時，對證據(jù)的關鍵性的強調是非常及時而且必要的，學生會有強烈的意愿去進行證據(jù)的搜集。有了上一環(huán)節(jié)的實驗基礎，本環(huán)節(jié)證據(jù)的搜集非常順利。當學生檢查證據(jù)時，他們心中重視證據(jù)意識的種子開始生根發(fā)芽。

第三環(huán)節(jié)，在一個蠟燭火焰通過兩個孔會形成兩個倒立的像的事實基礎上，教師提出了新的探究問題：兩孔成像中孔與像是怎樣的對應關系？學生開始嘗試對現(xiàn)象進行解釋：因為兩個孔會形成兩個倒立的像，如果孔與像是一一對應的關系，那么再次證明光是沿直線傳播的解釋是正確的;如果孔與像不是一一對應的關系，那么就需要考慮其他因素，再次尋找其他證據(jù)。基于這樣的觀察預期，學生制訂了探究計劃，并搜集了孔與像對應關系的直接證據(jù)，積累了新的經驗。以下是學生結合預期制訂探究計劃，主動搜集證據(jù)的教學片段：

師：兩個倒著的像與這兩個孔之間又是怎么對應的？在同學們的猜想中，出現(xiàn)了兩種情況，有兩位同學都認為會有兩個倒著的像，但是仔細看，第一位同學認為孔與像的關系是一一對應的關系，也就是上面的孔成的像在上面，下面的孔成的像在下面。第二位同學認為孔與像的關系是交叉對應的關系，也就是上面的孔成的像在下面，下面的孔成的像在上面（如圖6）。你們怎么想呢？

生：我不贊同第二幅的猜想。因為我們已經知道光是沿直線傳播的，光在穿過小孔的時候不會發(fā)生轉折。

師：事實到底是怎樣的，我們還是需要拿證據(jù)說話。這個實驗應該怎么做呢？怎么判斷哪個孔跟哪個像對應？

生：我們組覺得，一共有兩個孔，如果堵上一個孔，顯示出來的是哪一個像，就是沒有堵上的孔所成的像。另一個孔也是這樣。

師：你們聽明白了嗎？誰能再來解釋一下。

生：這位同學的意思是，如果你堵住一個孔，那么蠟燭發(fā)出來的光肯定就沒有經過這個孔，而且上次我們也驗證了，一個孔出來的像也是倒著的。我們看看如果把上面的孔堵上會出現(xiàn)哪一個像，再把下面的孔堵上再看看會出現(xiàn)哪一個像，這樣就知道孔和像的對應關系了。

師：表達得真清楚。為了安全起見，老師給每個小組準備了一個棒棒糖模型，請使用它幫助你們完成實驗。請同學們開始搜集證據(jù)吧。

從以上教學過程可以發(fā)現(xiàn)，學生在本環(huán)節(jié)中是積極主動地完成探究計劃的制訂的，他們開始學會根據(jù)自己的預期確定觀察的目的，選擇合適的觀察方法，主動地進行證據(jù)的搜集。在進行解釋時，他們更加重視證據(jù)的使用，自覺地運用已驗證的知識，重視證據(jù)的意識在學生心中進一步發(fā)展。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到，有了直接證據(jù)（科學事實）和間接證據(jù)（知識）的積累，本次探究有17名學生的猜想與事實是一致的，與第一次只有6名同學一致的數(shù)據(jù)相比有了很大提升。

第四環(huán)節(jié)提出的問題“三孔成像中會有怎樣的現(xiàn)象，孔與像是怎樣的對應關系”與前兩個環(huán)節(jié)具有連續(xù)性，而且難度再次升級，小孔在數(shù)量上和空間上都更加復雜。基于前面的知識（間接證據(jù)）和多次的探究經驗（直接證據(jù)），學生本次猜想從表達上看更有自信，而且還作出了假設：可能幾個孔就有幾個像，而且孔與像是一一對應的。如果搜集的證據(jù)與預期一致，就再次驗證光在空氣中是沿直線傳播的，新發(fā)現(xiàn)的規(guī)律應該是正確的。帶著這樣的預期，學生進行了第四次證據(jù)搜集。

經過對事實證據(jù)的觀察、積累并加以整理，學生已經能夠結合多次獲取的證據(jù)從原理上解釋清楚孔與像的關系。從數(shù)據(jù)上可以看到，這一次全班31名同學的猜想與事實是一致的，這也說明增加事實（直接證據(jù)）對得出結論具有重要意義，此時，重視證據(jù)的意識已經在孩子們心中越來越強烈了。

從這幾個環(huán)節(jié)的教學過程發(fā)現(xiàn)，學生在不斷地獲得和積累直接證據(jù)與間接證據(jù)，并主動進行比較、分析和推理的思維加工，他們的猜想與假設意識和能力悄然發(fā)生著變化。可以說，每一次假設都離不開上一次探究中搜集到的證據(jù)，每一次思維與反省，都使得下次的假設不斷前進，最終獲得有依據(jù)的斷言。由此可見，對搜集證據(jù)的處理與分析不斷推動著學生反省思維的形成。

3.利用回顧總結，培養(yǎng)學生對于搜集證據(jù)的元認知

科學教學的意義并不僅僅在于使學生獲得科學知識，更重要的是引導他們經歷獲取科學知識的過程，培養(yǎng)科學探究的方法以及發(fā)展元認知的能力。

例如，在最后一次探究和教學結尾處，教師有意識地引導學生深化證據(jù)意識，進行反思性訓練，從而提升了學生的元認知能力。本環(huán)節(jié)的教學片段如下：

師：我很想知道，你們這次怎么猜得這么準呢？誰來分享、評價一下自己的猜想？

生：我們前兩次實驗已經知道了光是沿直線傳播的。三個孔也不例外，和剛才同學講的一樣，火焰頂端穿過第一個小孔到達這里，下面火焰穿過第一個小孔到達這里，形成一個倒著的像。后面兩個孔也是一樣的，那三個孔就形成了三個倒著的像。我很高興自己還學會了怎樣找規(guī)律。

師：很好！他是用我們學習過的“光是沿直線傳播的”這個知識，也就是用間接證據(jù)猜對的，還自我評價學會了怎樣尋找規(guī)律。還有沒有用別的方法也猜對的？

生：我是靠前兩次經驗也就是直接證據(jù)獲得這個結論的。我看第一次它有一個小孔，光又是沿直線傳播，它會有一個倒著的像。第二次有兩個小孔就有兩個倒著的像，所以我認為第三次有三個孔就會有三個倒著的像。我發(fā)現(xiàn)，獲取證據(jù)后的思考很有用，為下次假設提供了依據(jù)。

師：掌聲鼓勵。我們一起來回顧一下這個過程。在小孔與像的研究活動中，之所以我們的猜想假設越來越接近于事實，是因為我們的知識（間接證據(jù)）在一點點增多，我們的經驗（直接證據(jù)）也在逐漸豐富，我們每個人都在不斷地反思總結。

這里，我們可以把知識和經驗都理解為事實，知識是概念性事實，經驗是經驗性事實。經驗性事實是由直接明確的、經觀察得來的證據(jù)支撐的事實，就是直接證據(jù)。概念性事實是人們深信不疑的一些觀點，就是間接證據(jù)。

不管是預測還是作出假設，都有著由簡單到復雜，由單因素到多因素，由不正確到逐漸接近正確，以“漸進”形式發(fā)展的特點。學生的這種發(fā)展正是依靠證據(jù)的增多和發(fā)現(xiàn)證據(jù)之間的聯(lián)系，形成統(tǒng)一的整體而實現(xiàn)的。