夏俊杰

【摘要】在科學(xué)探究中，建立證據(jù)意識(shí)是核心素養(yǎng)倡導(dǎo)的科學(xué)精神。學(xué)生在探究中表現(xiàn)出來的證據(jù)失真現(xiàn)象，對(duì)核心素養(yǎng)、知識(shí)建構(gòu)、科學(xué)精神培育都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。我們通過調(diào)查研究分析了問題產(chǎn)生的原因，并提出了重復(fù)實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)等改進(jìn)策略，以期有效消除這種現(xiàn)象，促進(jìn)小學(xué)生科學(xué)精神、科學(xué)素養(yǎng)健康發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】證據(jù) 失真 原因 糾正 策略

一、證據(jù)失真現(xiàn)象及原因分析

（一）失真現(xiàn)象

證（數(shù)）據(jù)失真是指學(xué)生通過臆造、估計(jì)、套用等方法獲得的與真實(shí)情況不符的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等。在小學(xué)科學(xué)日常教學(xué)活動(dòng)中，我們注意到這樣的現(xiàn)象：

現(xiàn)象1：學(xué)生在進(jìn)行小蘇打與白醋的實(shí)驗(yàn)中，筆者發(fā)現(xiàn)一組學(xué)生將反應(yīng)后產(chǎn)生的氣體“倒”在點(diǎn)燃的蠟燭上，蠟燭的火焰變?nèi)趿耍]有熄滅。這組學(xué)生看了看，了解其他小組的情況后，在實(shí)驗(yàn)單上填寫下了“蠟燭火焰熄滅了”。

現(xiàn)象2：學(xué)生通過木棒影子的長(zhǎng)短變化在操場(chǎng)上進(jìn)行了“陽(yáng)光下的影子”的測(cè)量。第三次測(cè)量時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)有三個(gè)學(xué)生并沒有對(duì)影子進(jìn)行測(cè)量，卻都在實(shí)驗(yàn)單上杜撰了一個(gè)數(shù)據(jù)。

從這兩個(gè)現(xiàn)象中，我們不難發(fā)現(xiàn)：學(xué)生在科學(xué)探究過程中明顯存在證據(jù)失真的現(xiàn)象。尋找證據(jù)、驗(yàn)證假設(shè)是整個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)的軸心，是構(gòu)建科學(xué)概念、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的重要載體。科學(xué)探究教學(xué)中出現(xiàn)的這種現(xiàn)象引起了我們的高度重視，為了糾正這種行為，改進(jìn)科學(xué)探究教學(xué)，提高證據(jù)的真實(shí)性、可靠性，我們開展了科學(xué)探究教學(xué)中數(shù)據(jù)失真現(xiàn)象的調(diào)查、剖析及改進(jìn)策略的研究。

（二）原因剖析

為了進(jìn)一步了解這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，我們對(duì)相關(guān)學(xué)生進(jìn)行了訪談，下面是訪談的實(shí)錄。

現(xiàn)象1的訪談：

師：關(guān)于小蘇打與白醋的實(shí)驗(yàn)，老師明明看到你們這個(gè)實(shí)驗(yàn)組的蠟燭火焰沒有熄滅，而在實(shí)驗(yàn)單反映的卻是火焰熄滅了。

學(xué)生：在小蘇打與白醋的實(shí)驗(yàn)中，我們組的情況是蠟燭的火焰沒有熄滅，但是我們看到周圍幾個(gè)小組的蠟燭都熄滅了，懷疑自己組在實(shí)驗(yàn)操作方面出了問題，所以采用其他組的意見。

師：你們?yōu)槭裁床辉僦貜?fù)幾次？

（生沉默）

現(xiàn)象2的訪談：

師：老師觀察到你們只對(duì)陽(yáng)光下木棒的影子做了兩次測(cè)量，而在實(shí)驗(yàn)單卻填得滿滿的，還有幾次數(shù)據(jù)是如何得到的？

學(xué)生：在經(jīng)過兩次測(cè)量后，我們知道了下午影子會(huì)變長(zhǎng)，所以對(duì)第三、四、五次測(cè)量數(shù)據(jù)，我們只不過是在前一個(gè)數(shù)據(jù)上加上了第一、二次的差值。

師：你們的數(shù)據(jù)是推定的。

（生點(diǎn)頭）

訪談中，我們還了解到了其他一些相關(guān)情況：如只做一次實(shí)驗(yàn)就直接確定數(shù)據(jù)，甚至還存在著臆造數(shù)據(jù)的情況等。綜合來看，學(xué)生在科學(xué)探究中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)失真情況主要有四種類型：（1）挪用證據(jù);（2）杜撰證據(jù);（3）證據(jù)可信度低;（4）推定證據(jù)。

調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生證據(jù)失真存在的主要原因有：

1.對(duì)證據(jù)認(rèn)識(shí)不足

學(xué)生為了貪圖一時(shí)的省力采用隨意估摸、推定證據(jù)，采用偶然性較大的數(shù)據(jù)等，充分反映學(xué)生在科學(xué)探究中對(duì)證據(jù)的重要性認(rèn)識(shí)不足，態(tài)度不嚴(yán)謹(jǐn)。

2.從眾心理的影響

現(xiàn)象1中的學(xué)生明明知道了自己的探究結(jié)果與別人的不同，卻最后放棄了自己的數(shù)據(jù)，反映了學(xué)生缺乏自信，受從眾心理影響。

3.實(shí)驗(yàn)技能不扎實(shí)

學(xué)生缺乏必要的實(shí)驗(yàn)技能，導(dǎo)致了在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該發(fā)生的現(xiàn)象沒有發(fā)生，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是不真實(shí)的。在無(wú)奈之下，學(xué)生抄襲了其他組的證據(jù)，導(dǎo)致了證據(jù)的虛假。

4.“迎合”教師心理

在教學(xué)中也確實(shí)存在學(xué)生為達(dá)到教師提出的要求，放棄自己通過探究獲得的真實(shí)證據(jù)，而改寫成教師事先設(shè)定的、學(xué)生必須達(dá)到的證據(jù)。

二、真實(shí)證據(jù)的教育價(jià)值

學(xué)生在科學(xué)探究中存在證據(jù)失真現(xiàn)象，明顯不符合新課標(biāo)教學(xué)要求，也違背科學(xué)探究精神。

（一）探尋證據(jù)是科學(xué)精神的主要內(nèi)容

中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)指出，科學(xué)精神即崇尚真知，能理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法，尊重事實(shí)和證據(jù)，有實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，邏輯清晰。能運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決問題、指導(dǎo)行為是核心素養(yǎng)所倡導(dǎo)的科學(xué)精神教育的主要內(nèi)容。

（二）探尋證據(jù)是科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本要求

小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：（1）了解科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識(shí)的主要途徑，是通過多種方法尋找證據(jù)、運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評(píng)價(jià)交流等方式達(dá)成共識(shí)的過程;（2）科學(xué)探究有8個(gè)要素組成，其中搜集證據(jù)就是其中的一個(gè)重要的組成因素;（3）在科學(xué)態(tài)度方面“具有基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見解的意識(shí)，不迷信權(quán)威，實(shí)事求是”。

（三）探尋證據(jù)是滿足學(xué)生好奇心發(fā)展的需要

學(xué)生在生活、學(xué)習(xí)中，發(fā)現(xiàn)一些自然現(xiàn)象不能用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來解釋，于是產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，產(chǎn)生了探究的好奇心，進(jìn)而提出了科學(xué)問題。然后，進(jìn)行假設(shè)，力圖通過觀察、實(shí)驗(yàn)等多種科學(xué)手段獲得可靠的證據(jù)來支持其假設(shè)。因此，可以說科學(xué)探究的核心，是用研究獲得的可靠證據(jù)去解釋世界。

（四）探尋證據(jù)是培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的需要

在科學(xué)探究過程中，探尋證據(jù)中要運(yùn)用分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，這有助于培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

三、數(shù)據(jù)失真的教學(xué)糾正策略

教學(xué)中存在數(shù)據(jù)失真的現(xiàn)象，它不利于學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)、能力的提高，影響學(xué)生科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。那么，該如何扭轉(zhuǎn)這個(gè)局面？我們采取了重復(fù)驗(yàn)證、對(duì)比驗(yàn)證、多維驗(yàn)證、評(píng)價(jià)驗(yàn)證的策略，糾正與杜絕數(shù)據(jù)失真乃至偽證在探究過程中的再現(xiàn)。

（一）重復(fù)實(shí)驗(yàn)，搜尋必然性證據(jù)

證據(jù)具有可以重復(fù)驗(yàn)證的特征。我們就抓住了證據(jù)的這一特點(diǎn)，進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證。驗(yàn)證方法：

1.相同方法的驗(yàn)證

這是我們最常用的方法，每組學(xué)生對(duì)同一個(gè)數(shù)據(jù)的獲得測(cè)量三次，然后計(jì)算出它們的平均數(shù)，這樣能夠避免在探究過程中出現(xiàn)的誤差造成證據(jù)不真實(shí)。在科學(xué)探究過程中，我們要指導(dǎo)學(xué)生控制好變量，用同樣的方法數(shù)次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，盡可能地獲得相同或相近的數(shù)據(jù)。

2.g同方法驗(yàn)證

在科學(xué)探究過程中，我們可以嘗試兩種或兩種以上的不同方法去驗(yàn)證，殊途同歸、異曲同工，提高證據(jù)的說服力，也可以培養(yǎng)學(xué)生思維的廣度、深度。

案例：《探索馬鈴薯沉浮的原因》

學(xué)生利用配制的濃鹽水，使馬鈴薯浮了起來，對(duì)同體積的馬鈴薯和同體積的濃鹽水稱量，明白了體積相等時(shí)，濃鹽水的質(zhì)量大于馬鈴薯時(shí)，馬鈴薯就浮在濃鹽水的上方。

為了更深刻地理解這個(gè)概念，我們又提出了另一個(gè)問題，馬鈴薯在其他液體中的沉浮情況也是這樣嗎？

于是學(xué)生用高濃度白砂糖溶液、味精溶液進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果也獲得了同樣的結(jié)論。

通過多種方法，獲得同樣的證據(jù)，使證據(jù)具有更大的說服力。

（二）逆向探究，搜尋多維證據(jù)

在科學(xué)探究過程中，我們習(xí)慣從研究的問題出發(fā)，去找尋證據(jù)，證明假設(shè)。但有時(shí)會(huì)一籌莫展，換個(gè)角度就能柳暗花明。

案例：《聲音是怎樣產(chǎn)生的》

課堂上，學(xué)生忙忙碌碌，一會(huì)撥動(dòng)鋼尺，一會(huì)敲擊鼓面，一會(huì)撥橡皮筋，終于知道了物體的振動(dòng)形成了聲音的概念。筆者認(rèn)為學(xué)生僅知道了這點(diǎn)是不夠的，于是提出了一個(gè)相反的問題：是不是振動(dòng)停止了，聲音就消失了？

學(xué)生根據(jù)問題，設(shè)計(jì)了幾種實(shí)驗(yàn)：（1）用手握住了晃動(dòng)的鋼尺;（2）音叉停止振動(dòng)水的漣漪消失了;（3）鑼面停止了振動(dòng)，鑼面內(nèi)跳躍的玻璃球停止了滾動(dòng)。

學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，找到了證據(jù)，證實(shí)了聲音的產(chǎn)生確與物體的振動(dòng)有關(guān)。

案例：《小蘇打與白醋的反應(yīng)》

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前對(duì)白醋進(jìn)行了識(shí)別，了解到白醋具有強(qiáng)烈酸味的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)開始，白醋與小蘇打混合，看到了很多氣泡的生成。這個(gè)現(xiàn)象雖已經(jīng)能夠證明其是化學(xué)變化，但是筆者對(duì)學(xué)生提出了更高的要求：除此之外，還能找出更多的證據(jù)，充分地證明它們發(fā)生了化學(xué)變化。

幾分鐘后，學(xué)生紛紛將目光集中在兩者反應(yīng)后留下的液體，它是不是醋呢？最后，學(xué)生找到了它不是醋的證據(jù)——反應(yīng)后的液體沒有酸味。

找出證據(jù)，可以是正面的、肯定的，也可以是反面的、否定的，總之證據(jù)越充分，就越能夠說明問題，更能強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)意識(shí)。

（三）創(chuàng)設(shè)條件，搜尋隱蔽性證據(jù)

案例：《物質(zhì)發(fā)生了什么變化》

蠟燭燃燒過程中發(fā)生了哪些變化？

學(xué)生經(jīng)過觀察，得知蠟燭受熱后從固體變成了液體。這一現(xiàn)象是什么變化？

學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)操作：將蠟燭放在蒸發(fā)皿加熱，蠟燭很快溶化成乳白色的液體，然后冷卻，蠟燭又凝成乳白色的固體。

通過這一個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了蠟燭在溶化過程中只是形態(tài)發(fā)生了變化，并沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)，是一種物理變化。

蠟燭在整個(gè)燃燒過程中除了上面的形態(tài)變化外，學(xué)生卻提出了另外兩個(gè)問題：（1）蠟燭燃燒，其實(shí)是蠟燭中的棉線在燃燒，而沒看到蠟油在燃燒;（2）蠟燭燃燒后什么也沒剩下，會(huì)不會(huì)屬于化學(xué)變化？

為了解決問題，筆者給學(xué)生演示了吹滅蠟燭的過程，學(xué)生看到了蠟燭在熄滅時(shí)飄浮著白氣，聯(lián)想到這種“白氣”會(huì)不會(huì)是一種可燃?xì)怏w？

學(xué)生成功點(diǎn)燃了“白氣”，也明白了蠟油受熱后會(huì)變成氣，蠟燭的蒸氣是一種可燃?xì)怏w，我們看到的蠟燭燈芯燃燒其實(shí)是蠟燭的蒸氣在燃燒。

對(duì)于蠟燭燃燒時(shí)會(huì)生成什么物質(zhì)？我們采用了下面的實(shí)驗(yàn)方法：將一個(gè)干凈透明的燒杯倒扣在蠟燭的火焰上，燒杯壁上變得模糊了，彌漫了水珠，燒杯底部還留下的黑色物質(zhì)，最后蠟燭在煙霧中熄滅了。這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我們看到了水珠、炭黑、二氧化碳這些新物質(zhì)，找到了蠟燭燃燒是化學(xué)變化的證據(jù)。從整個(gè)過程來看，從固體變?yōu)橐后w、水珠、炭黑、二氧化碳?xì)怏w，有足夠的證據(jù)證明了蠟燭燃燒時(shí)既發(fā)生了物理變化，同時(shí)又發(fā)生了化學(xué)變化。

在教學(xué)中，我們也會(huì)遇到因?yàn)槲矬w發(fā)生變化呈現(xiàn)的現(xiàn)象不明顯或者根本不可見，讓我們很難找出有力的證據(jù)來驗(yàn)證它們的發(fā)生變化情況。為此，我們只能通過借助于工具或技術(shù)，找出隱l生的證據(jù)，間接地加以證明。

（四）識(shí)別控制自變量，搜尋準(zhǔn)確性證據(jù)

學(xué)生證據(jù)作偽還有一種原因，就是缺乏在探究中對(duì)實(shí)驗(yàn)變量的識(shí)別與控制。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是要通過識(shí)別變量，并控制和改變變量開展研究的，這樣才能獲得準(zhǔn)確的證據(jù)。做好對(duì)變量的識(shí)別、控制，關(guān)系到科學(xué)探究整個(gè)過程的成功與否，關(guān)系到學(xué)生知識(shí)概念的建構(gòu)與否。下面舉例說明因變量沒有控制出現(xiàn)的錯(cuò)誤現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。

案例：《電磁鐵》

在研究鐵釘電磁鐵的南北極是否能夠改變時(shí)，研究方法提示可以通過改變線圈的繞法。但是因?yàn)樯婕暗淖兞枯^多，如有線圈繞法的不同，有電流方向的不同，有釘尖、釘帽與小磁針不同端的接觸等。在實(shí)驗(yàn)中，有的實(shí)驗(yàn)組線圈繞法改變了，而電流方向也改變了;有的實(shí)驗(yàn)組線圈繞法變了，接觸小磁針的釘子部位也變了，總之顯得顧此失彼、手忙腳亂。最終的結(jié)果，也是大相徑庭、五花八門。

針對(duì)這個(gè)問題，我們采用了分步完成：（1）順時(shí)針線圈;（2）釘尖的線連接電池正極，釘帽的線連接電池負(fù)極;（3）釘尖接觸小磁針的南極。

這樣，學(xué)生順利地完成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。有了成功的開端后，教師再引導(dǎo)學(xué)生通過改變線圈的繞法，完成因線圈繞法的改變而產(chǎn)生電磁鐵兩極改變的研究。

案例：《拱形的力量》

下面是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組不同的實(shí)驗(yàn)裝置圖（見圖1、圖2）。

從實(shí)驗(yàn)圖看，圖1和圖2確實(shí)存在著很大的差異，裝置2直觀地反映出拱形承重能力與拱足邊書本的高度是相關(guān)的，拱形承重能力隨著拱足的牢固而遞增，而裝置1的數(shù)據(jù)不能反映出這個(gè)規(guī)律。

教師指導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行仔細(xì)地觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了它們的區(qū)別：裝置1只有第一本書是真正發(fā)揮抵住拱足外推力的作用，上面的書本都與拱形相隔一定距離，不能全力地發(fā)揮作用，只有在拱形變形時(shí)發(fā)揮微小的作用。后來改進(jìn)了裝置，就取得了較為接近的效果，同時(shí)對(duì)裝置2存在的縫隙也做了改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精確。

教師要指導(dǎo)學(xué)生在探究之前應(yīng)制訂周密的實(shí)驗(yàn)探究計(jì)劃，明確實(shí)驗(yàn)中要改變的量，詳細(xì)地羅列出要控制的量，以及如何控制的方法、步驟，在探究過程中對(duì)它們進(jìn)行嚴(yán)格地控制，分步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而獲得準(zhǔn)確的證據(jù)。

（五）評(píng)價(jià)分析數(shù)據(jù)，搜尋可信性證據(jù)

整理評(píng)價(jià)證據(jù)，是一個(gè)審視所獲信息是否符合事實(shí)，剔除不合理信息的過程，是對(duì)證據(jù)的可信度的一個(gè)檢驗(yàn)。

案例：《電磁鐵的磁力》

筆者從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄單中，隨機(jī)選取了第八組記錄情況（見表1）。

筆者要求學(xué)生對(duì)表中的數(shù)據(jù)作出評(píng)價(jià)，找出異常數(shù)據(jù)，并指出產(chǎn)生的原因和改進(jìn)的方法，填人合理的數(shù)據(jù)以完成表中“取值”欄，推導(dǎo)出能產(chǎn)生的結(jié)論。最后對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、判斷，確定合理數(shù)據(jù)，剔除異常數(shù)據(jù)，可以提高證據(jù)的可信性，同時(shí)也提升學(xué)生的辨析能力、判斷能力。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我們要以小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，立足于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，通過多種途徑讓學(xué)生懂得證據(jù)的重要性，經(jīng)歷獲取證據(jù)的過程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要加以積極引領(lǐng)、指導(dǎo)與評(píng)價(jià)，學(xué)生在科學(xué)探究過程中證據(jù)失真現(xiàn)象就會(huì)有效地消除。