科學(xué)探究中證據(jù)運(yùn)用的幾點(diǎn)思考

陸永勝

摘要在科學(xué)課堂上，學(xué)生有效進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程其實(shí)就是學(xué)生基于證據(jù)學(xué)習(xí)的過(guò)程。探究學(xué)習(xí)要經(jīng)歷依據(jù)問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)，制訂計(jì)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取結(jié)論等環(huán)節(jié)。在實(shí)際教學(xué)中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)假設(shè)證據(jù)的不合理，研究證據(jù)的不可行，獲得的證據(jù)不正確，運(yùn)用的證據(jù)不全面等現(xiàn)象，使得基于證據(jù)的學(xué)習(xí)虛假化，導(dǎo)致科學(xué)探究失敗。在教學(xué)中，教師需要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)證據(jù)的有效性，引導(dǎo)學(xué)生順利完成科學(xué)探究的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)探究 證據(jù)運(yùn)用 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.015

Reflections on the Application of Evidence in Scientific Inquiry

LU Yongsheng

（Jiangsu Pizhou Tiefu Lianfang Primary School， Xuzhou， Jiangsu 221300）

Abstract： In science class， the process of students’ effective scientific inquiry is actually the process of stu？ dents’ evidence-based learning. Inquiry learning should go through such links as making assumptions according to problems， making plans， designing experiments， carrying out experiments and obtaining conclusions. In practi？ cal teaching， there are often phenomena such as unreasonable hypothetical evidence， infeasibility of research evi？ dence， incorrect evidence obtained and incomplete evidence used， which make evidence-based learning false and lead to the failure of scientific inquiry. In teaching， teachers need to pay attention to the effectiveness of students’ learning evidence and guide students to successfully complete the goal of scientific inquiry.

Keywords： scientific inquiry； application of evidence； experimental design

在科學(xué)課堂上，學(xué)生有效進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程其實(shí)就是學(xué)生基于證據(jù)學(xué)習(xí)的過(guò)程。探究學(xué)習(xí)要經(jīng)歷依據(jù)問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)，制訂計(jì)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲取結(jié)論等環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)都要基于一定的證據(jù)進(jìn)行，比如作出假設(shè)時(shí)要運(yùn)用合理的證據(jù)，探究過(guò)程中要根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的證據(jù)得出結(jié)論，拓展運(yùn)用時(shí)要運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)結(jié)論（學(xué)習(xí)證據(jù)）解決實(shí)際問(wèn)題等。在實(shí)際教學(xué)中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)假設(shè)證據(jù)的不合理，研究證據(jù)的不可行，獲得的證據(jù)不正確，運(yùn)用的證據(jù)不全面等現(xiàn)象，使得基于證據(jù)的學(xué)習(xí)虛假化，導(dǎo)致科學(xué)探究失敗。在教學(xué)中，教師需要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)證據(jù)的有效性，引導(dǎo)學(xué)生順利完成科學(xué)探究的目標(biāo)。

假設(shè)的證據(jù)要有合理性

探究學(xué)習(xí)是學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，作出假設(shè)是科學(xué)探究的重要一步。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，能基于所學(xué)的知識(shí)，從事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化及相互關(guān)系等角度提出有針對(duì)性的假設(shè)，并能說(shuō)明假設(shè)的依據(jù)。這是要求學(xué)生不僅能對(duì)要研究的問(wèn)題作出假設(shè)，更要做到假設(shè)有依據(jù)。科學(xué)研究是講究證據(jù)的，科學(xué)教師應(yīng)該有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)可以從解決問(wèn)題的假設(shè)開始。假設(shè)的依據(jù)就是假設(shè)的證據(jù)，假設(shè)也叫猜測(cè)。如低年級(jí)讓學(xué)生看動(dòng)物的影子，猜是什么動(dòng)物。學(xué)生每猜出是什么動(dòng)物時(shí)，都要求說(shuō)出猜測(cè)的理由，他們的回答就不是胡猜的，而是有證據(jù)的，都是依據(jù)動(dòng)物的形體結(jié)構(gòu)特征判斷的。對(duì)于高年級(jí)學(xué)生可以加大難度，有的教師設(shè)計(jì)了這樣的訓(xùn)練：出示動(dòng)物的身體的某一小部分，讓學(xué)生以小見大猜測(cè)這是什么動(dòng)物。學(xué)生也需要利用動(dòng)物的最明顯的身體特征這個(gè)證據(jù)做出自己的判斷。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的訓(xùn)練，學(xué)生的證據(jù)意識(shí)會(huì)逐漸增強(qiáng)，他們會(huì)意識(shí)到：要做到假設(shè)合情合理，證據(jù)就應(yīng)有依有據(jù)；如果假設(shè)時(shí)信口胡猜，不考慮假設(shè)的證據(jù)合理性，那么研究就將無(wú)從下手。

在執(zhí)教“蚯蚓的選擇”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)蚯蚓喜歡生活在什么樣的環(huán)境，有學(xué)生說(shuō)蚯蚓喜歡生活在泥土里，教師問(wèn)他是怎么知道的，學(xué)生說(shuō)，在爸爸翻地時(shí)他看到了一些蚯蚓。教師問(wèn)泥土里是怎樣的環(huán)境，一下把學(xué)生問(wèn)蒙了，不知如何回答。又有學(xué)生說(shuō)蚯蚓喜歡生活在水泥地上，教師問(wèn)他這樣認(rèn)為的理由是什么，學(xué)生說(shuō)他在家門口的水泥地上見過(guò)爬動(dòng)的蚯蚓。第一個(gè)學(xué)生回答得沒錯(cuò)，但是他不知道泥土的環(huán)境要是黑暗潮濕的，才適合蚯蚓生活。第二個(gè)學(xué)生的假設(shè)是錯(cuò)誤的，一場(chǎng)大雨過(guò)后，蚯蚓為避免被水淹，爬到水泥地上是正常的，然而他把偶然的現(xiàn)象當(dāng)成了假設(shè)的依據(jù)。這樣假設(shè)證據(jù)的不合理使得接下來(lái)的探究無(wú)法正常進(jìn)行。

證據(jù)的來(lái)源要有可行性

針對(duì)要研究的問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)后，就要圍繞假設(shè)的內(nèi)容進(jìn)行研究了。科學(xué)課上的探究大都通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案是探究的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)方案是學(xué)生個(gè)人或小組智慧的結(jié)晶，它的周密性和可行性制約著研究的過(guò)程，影響著研究的結(jié)果。

在執(zhí)教“蚯蚓的選擇”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師讓學(xué)生設(shè)計(jì)研究計(jì)劃，有學(xué)生說(shuō)把蚯蚓放在黑暗潮濕的地方，看它是否適應(yīng)這樣的環(huán)境，再把它放在明亮干燥的地方看它是否適應(yīng)此環(huán)境。這是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，缺乏具體而可行的實(shí)驗(yàn)方案。于是，教師引導(dǎo)學(xué)生細(xì)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：怎樣做才能知道蚯蚓適應(yīng)黑暗潮濕的環(huán)境，還是適應(yīng)明亮干燥的環(huán)境呢？有學(xué)生說(shuō)，用一個(gè)長(zhǎng)盒子制造兩個(gè)環(huán)境，盒子的一半放上潮濕的土壤并且遮上光線，盒子的另一半放上干燥的土壤并且不遮光，把一條蚯蚓放在正中間，觀察蚯蚓爬向哪邊的土壤。從兩個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案可以看出，后一個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案比第一個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的方案更容易操作，但是這兩個(gè)方案都不科學(xué)，因?yàn)檫@是公平實(shí)驗(yàn)，只能改變一個(gè)條件，不能同時(shí)改變明亮度和干濕度兩個(gè)條件。

最后經(jīng)過(guò)教師的指導(dǎo)，學(xué)生明白這次研究要分成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，一次是研究蚯蚓喜歡干燥的環(huán)境還是潮濕的環(huán)境，另一次是研究蚯蚓喜歡黑暗的環(huán)境還是明亮的環(huán)境。同時(shí)為了盡量排除其他因素的干擾，每一次放入的蚯蚓數(shù)量不應(yīng)該1只，而是10多只，且重復(fù)實(shí)驗(yàn)不少于3次。只有研究的方案是可行的，使得證據(jù)來(lái)源有了保障，實(shí)驗(yàn)研究才是可行的。

獲得的證據(jù)要有真實(shí)性

制訂的方案即使是可行的，也不一定能保證探究的結(jié)論就是百分之百真實(shí)有效的。如執(zhí)教“蚯蚓的選擇”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，在確定好研究方案后，教師又通過(guò)視頻讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)，如怎樣投放蚯蚓，如何觀察，觀察多長(zhǎng)時(shí)間，如何計(jì)數(shù)，如何收取蚯蚓等。但是在實(shí)驗(yàn)中依然會(huì)有個(gè)別組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與別的組不同，影響最后的結(jié)論。在6個(gè)小組中有4個(gè)小組發(fā)現(xiàn)，有少數(shù)的蚯蚓選擇明亮的一端。其中有一個(gè)小組放了15條蚯蚓，有6條蚯蚓選擇了明亮的一端，2條待在了中間，只有7條選擇了黑暗的一端。這是學(xué)生真實(shí)記錄的，但是這樣的數(shù)據(jù)是不能得出蚯蚓喜歡生活在黑暗的環(huán)境里這個(gè)結(jié)論的。

于是，教師讓學(xué)生分析原因，一個(gè)學(xué)生說(shuō)，在明亮一端盒子的內(nèi)壁被涂成了黑色的，蚯蚓待在那兒，說(shuō)明蚯蚓還是喜歡黑暗的環(huán)境。學(xué)生這樣的解釋說(shuō)明了教師提供的材料存在問(wèn)題，既然是光亮的一端，為啥還要把內(nèi)壁涂成黑色的？還有學(xué)生認(rèn)為明亮的這邊有個(gè)缺口，蚯蚓以為從缺口爬過(guò)去外面就是黑暗的——這樣的解釋是沒有說(shuō)服力的。仔細(xì)看了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，可以發(fā)現(xiàn)教師提供的用來(lái)裝土壤的盒子長(zhǎng)度不夠，用手電筒在盒子的一端照，盒子本該是黑暗的那部分幾乎也是亮著的，再加上盒蓋的中間又開了一個(gè)口，無(wú)法形成一個(gè)明暗對(duì)比的空間，這是影響實(shí)驗(yàn)真實(shí)性的原因之一。

另外，蚯蚓喜歡安靜的環(huán)境，不僅要求噪聲小，而且不能有振動(dòng)。實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境是嘈雜的，無(wú)法保證每一個(gè)小組的盒子在觀察中不被學(xué)生觸動(dòng)，這都影響蚯蚓的正常行為，這也是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果真實(shí)性的因素。所以在實(shí)驗(yàn)觀察探究中，考慮的因素不夠周全，無(wú)法排除干擾因素的話，獲得的結(jié)果就不真實(shí)。

運(yùn)用的證據(jù)要有最佳性

學(xué)科學(xué)是為了用科學(xué)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究獲得的結(jié)論也是學(xué)生學(xué)習(xí)的證據(jù)之一。用實(shí)驗(yàn)獲得的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，這就是學(xué)習(xí)證據(jù)的運(yùn)用。執(zhí)教“溶解的快慢”時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，學(xué)生明白溶解的快慢與是否攪拌、水的溫度和物體顆粒的大小有關(guān)。這時(shí)教師讓學(xué)生說(shuō)說(shuō)，如何能盡快地喝到一杯濃濃的冰糖水。學(xué)生就會(huì)學(xué)以致用，利用所學(xué)的知識(shí)去回答，但最佳的方法就是把加快溶解的三種方法全利用上。

同樣地，學(xué)完了“運(yùn)動(dòng)與摩擦力”相關(guān)知識(shí)后，學(xué)生通過(guò)探究獲得了摩擦力的大小與接觸面的光滑程度、物體的重量有關(guān)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。有教師在課的結(jié)束部分出了這樣的問(wèn)題：最近學(xué)校要舉行拔河比賽，每班挑選20名選手組成代表隊(duì)參賽，你覺得我們班應(yīng)該怎么做取勝的概率會(huì)更大些？學(xué)生開動(dòng)腦筋，想出各種妙招。從增大拉力方面考慮，想到的辦法有：從力氣大的同學(xué)中挑選隊(duì)員，拉繩時(shí)盡可能地身子向后傾斜增加阻力，有人統(tǒng)一指揮或喊號(hào)子就能集中發(fā)力匯聚成最大的拉力等。從增大摩擦力方面考慮，想到的辦法有：挑選體重較重的學(xué)生當(dāng)隊(duì)員，隊(duì)員應(yīng)穿著鞋底凹凸不平的鞋子等。討論交流后，學(xué)生想到如果綜合考慮各方面因素，那將是最佳的方法。運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題應(yīng)該選最佳的方法，因?yàn)檫@是最高效的。

事實(shí)上，學(xué)習(xí)證據(jù)影響著學(xué)生的科學(xué)探究，如果這些學(xué)習(xí)證據(jù)是科學(xué)的、正確的，那么學(xué)生的科學(xué)研究將是有效的，否則學(xué)生的科學(xué)研究將是徒勞的，得到的結(jié)論也可能是謬論。