基于實(shí)證意識(shí)培養(yǎng)的初中科學(xué)課堂教學(xué)

梁榮君

[摘 要] 理性思維是科學(xué)教學(xué)中學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)。理性思維關(guān)注科學(xué)中的實(shí)證，通過(guò)對(duì)地球形狀證據(jù)的考察和內(nèi)在關(guān)系的邏輯分析，圍繞觀點(diǎn)的提出、證偽、證實(shí)和修正四個(gè)方面展開(kāi)討論，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。

[關(guān)鍵詞] 初中科學(xué)；實(shí)證意識(shí)；課堂教學(xué)

一、實(shí)證意識(shí)的內(nèi)涵

2016年發(fā)布的《中學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》報(bào)告中確立的六大學(xué)生核心素養(yǎng)的“文化基礎(chǔ)”中提出科學(xué)精神具體要點(diǎn)為理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等。理性思維的基本模式為假說(shuō)——尋求證據(jù)——得出結(jié)論——解釋世界或轉(zhuǎn)化技術(shù)，從這個(gè)模式中可以發(fā)現(xiàn)尊重事實(shí)、尊重證據(jù)、用證據(jù)說(shuō)話(huà)是理性思維的開(kāi)始，即實(shí)證意識(shí)的培養(yǎng)。

《地球的形狀》一課，地球形狀是一個(gè)平面、地球形狀是一個(gè)球體等均屬于科學(xué)觀點(diǎn)。對(duì)于科學(xué)觀點(diǎn)，首要問(wèn)題是關(guān)于如何提出，然后在提出科學(xué)觀點(diǎn)之后要通過(guò)觀察的證據(jù)與科學(xué)觀點(diǎn)進(jìn)行的預(yù)測(cè)進(jìn)行比較從而對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，其結(jié)果是科學(xué)觀點(diǎn)的正確和錯(cuò)誤，對(duì)應(yīng)的過(guò)程分別稱(chēng)為證實(shí)和證偽。因此實(shí)證意識(shí)就體現(xiàn)在利用事實(shí)證據(jù)通過(guò)嚴(yán)密推理分析從而提出、證偽、證實(shí)和修正觀點(diǎn)等過(guò)程中。

二、實(shí)證意識(shí)培養(yǎng)的過(guò)程

實(shí)證意識(shí)的培養(yǎng)過(guò)程是學(xué)生利用事實(shí)證據(jù)進(jìn)行思考分析和推理的過(guò)程，在此過(guò)程中教師應(yīng)作為引導(dǎo)者，通過(guò)課堂設(shè)問(wèn)、肢體行為、設(shè)置活動(dòng)等方式實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，讓學(xué)生積極主動(dòng)的參與學(xué)習(xí)。關(guān)于地球的形狀，最初的觀點(diǎn)是天圓地方說(shuō)。

（一）最初觀點(diǎn)的提出和證偽

1.最初觀點(diǎn)的提出

文本摘?。汗艜r(shí)候的人們，由于活動(dòng)范圍很小，認(rèn)識(shí)能力有限，對(duì)地球形狀產(chǎn)生了很大不同的認(rèn)識(shí)。

在觀察手段簡(jiǎn)單和觀察范圍狹隘的古代，人們的經(jīng)驗(yàn)是單薄的，最多的只是當(dāng)時(shí)會(huì)思考的人們通過(guò)觀察廣闊的草原或其他地貌感受大地是如此的寬廣，通過(guò)自身大腦的信息加工，經(jīng)過(guò)合理推斷得出了大地是平坦的，再抬頭仰望則是一片天，這兩者存在何種關(guān)系？于是逐漸形成天圓地方之說(shuō)。

2.最初觀點(diǎn)的證偽

隨著人們活動(dòng)范圍的增加通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)帆船在海邊離我們而去時(shí)，船身先消失，桅桿后消失的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是事實(shí)，針對(duì)這一事實(shí)勢(shì)必要對(duì)其作出科學(xué)的解釋?zhuān)匀辉噲D通過(guò)天圓地方之說(shuō)即海面是平整的這一前科學(xué)觀點(diǎn)去解釋?zhuān)Y(jié)果按該觀點(diǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果為船身和桅桿都不會(huì)消失，與觀察的事實(shí)不符，于是原觀點(diǎn)被證偽。

從科學(xué)進(jìn)程而言要選擇新的海面模型的觀點(diǎn)來(lái)解釋帆船在海邊離我們而去時(shí)，船身先消失，桅桿后消失的現(xiàn)象。

（二）地球形狀是球體觀點(diǎn)的提出和證實(shí)

1.地球形狀是球體觀點(diǎn)的提出

就中學(xué)教學(xué)目的而言培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法是一個(gè)方面，作為無(wú)法直接觀察的海面采用模型法是比較恰當(dāng)?shù)?，因此教材中給出了模擬實(shí)驗(yàn)，船和海面是本體，實(shí)驗(yàn)中的鉛筆和平板及籃球就是比體，按照上面的進(jìn)程，在確定了比體具體模擬本體中的某些部分后，設(shè)置下列模擬實(shí)驗(yàn)：

首先通過(guò)平板進(jìn)行模擬，模擬實(shí)驗(yàn)1（如圖1），鉛筆從A移動(dòng)到B，在觀察者的視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛筆的情況沒(méi)有變化。

選用籃球進(jìn)行模擬，模擬實(shí)驗(yàn)2（如圖2），鉛筆從C移動(dòng)到D，在觀察者的視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛筆變短，下部先消失；比較兩種情況，第二種與本體對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象相符，尋找原因是平板和籃球表面的不同，因此認(rèn)為海面形狀和球面相似更為合理。

此時(shí)得出海面形狀是球面是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，于是進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：

引入模擬實(shí)驗(yàn)3（如圖3）：將平板換成一斜面，進(jìn)行模擬，讓鉛筆沿著E移到F，在觀察者的視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛筆變短，下部先消失；與本體對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象相符，因此認(rèn)為海面形狀是一個(gè)斜面也是合理的。當(dāng)兩種觀點(diǎn)均可以解釋一種現(xiàn)象時(shí)，科學(xué)往往選擇其中的一個(gè)更加合理的，所謂更加合理就是要經(jīng)受住更多事實(shí)證據(jù)的檢驗(yàn)。于是進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)4（如圖4），讓鉛筆沿斜面水平橫向G移動(dòng)到H，在觀察者的視野內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛筆不變短，結(jié)合實(shí)際，帆船朝各個(gè)方向均出現(xiàn)船身先消失，桅桿后消失的現(xiàn)象證偽了海面形狀是斜面的觀點(diǎn)。

就目前而言海面形狀是球面是最為合理的觀點(diǎn)。在此要說(shuō)明一下的是：根據(jù)帆船在海邊離我們而去時(shí)，船身先消失，桅桿后消失的現(xiàn)象是提出地球形狀是球體觀點(diǎn)的事實(shí)根據(jù)，另一側(cè)面而言也可稱(chēng)為支持該觀點(diǎn)的證據(jù)。但海面形狀是球面這一觀點(diǎn)與地球的形狀是什么的問(wèn)題還沒(méi)有完全契合，畢竟海面只是地球的一部分。所以為使地球的形狀是球體的觀點(diǎn)更為準(zhǔn)確，就應(yīng)該尋找更多的證據(jù)來(lái)證實(shí)觀點(diǎn)。

2.地球形狀是球體觀點(diǎn)的證實(shí)

證據(jù)1：麥哲倫環(huán)球航行

文本摘取：1519年，葡萄牙航海家麥哲倫率領(lǐng)船隊(duì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)三年的十分艱苦的海上航行，完成了人類(lèi)歷史上第一次環(huán)繞地球航行一周的壯舉，他們用自己的親身實(shí)踐證實(shí)了地球是球形的。

已明確的歷史事件可以作為證據(jù)。從邏輯角度而言，麥哲倫環(huán)海航行只能說(shuō)明地球是一個(gè)封閉的曲線(xiàn)，因此從這一事件證實(shí)地球是個(gè)球體是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模鳛榈厍虻男螤钍且粋€(gè)球體的證據(jù)則是合理的，這就涉及到了事件證實(shí)觀點(diǎn)和某一事件作為支持觀點(diǎn)證據(jù)的區(qū)別。結(jié)合帆船在海邊離我們而去時(shí)，船身先消失，桅桿后消失的現(xiàn)象使地球是個(gè)球體觀點(diǎn)更加的可靠了，從這一層面而言上述兩個(gè)證據(jù)應(yīng)該是互補(bǔ)的而不是相互獨(dú)立的。

如果說(shuō)上述幾個(gè)證據(jù)觀察范圍只局限在地球本身，那么如下幾個(gè)證據(jù)就將觀察范圍放眼到宇宙空間了。

證據(jù)2：月食證據(jù)

文本摘取：公元前6世紀(jì)，古希臘數(shù)學(xué)家畢達(dá)哥拉斯首先提出了大地是球形的設(shè)想。過(guò)了2個(gè)世紀(jì)，亞里士多德多次觀察月食時(shí)，發(fā)現(xiàn)大地投射到月球上的影子是弧形的，由此推斷地球是個(gè)球體。

關(guān)于月食作為地球形狀是球體的證據(jù)，首先應(yīng)讓學(xué)生明確月食的形成原因，多媒體展示太陽(yáng)、地球和月球的相對(duì)位置配以文字解說(shuō)，讓學(xué)生理解為何月食可以作為地球形狀是球體的證據(jù)。

為了使結(jié)論更加的可靠。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)用幻燈光源模擬太陽(yáng)，屏幕上展示一個(gè)圓形的白色圓圈模擬完整的月球，此時(shí)利用三種物品排球、圓形紙片和圓柱體模擬地球。采用下列的教學(xué)過(guò)程：

（如圖5）在幻燈光源（A處）和屏幕（C處）之間的合適位置（B處）將排球的一部分放入到“幻燈機(jī)光照范圍”發(fā)現(xiàn)在屏幕上留下了邊緣是弧形的現(xiàn)象；同樣方法可以讓圓形紙片和圓柱體放置在合適位置使屏幕上留下了邊緣是弧形的現(xiàn)象。

因此從這一模擬實(shí)驗(yàn)可知，用這三種模型來(lái)模擬地球的形狀是等價(jià)的。然而真實(shí)的月食不論在何時(shí)被觀察到邊緣都是弧形的，基于地球自轉(zhuǎn)的事實(shí)，在上述模擬實(shí)驗(yàn)中讓三種模型均在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下去觀察現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)排球作為地球模型是最符合事實(shí)的。

然而模型永遠(yuǎn)不等同于真實(shí)的事物，但可以說(shuō)月食現(xiàn)象在將觀察范圍轉(zhuǎn)向地球之外作為地球形狀是球體的證據(jù)，使該觀點(diǎn)更為可靠了。其表現(xiàn)在上面的事實(shí)證據(jù)只停留在海面的范疇，而月食證據(jù)則已經(jīng)拓展到了陸地的范疇。

不論是上述任何證據(jù)都是基于事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的一種合理推斷，在推進(jìn)的過(guò)程中加入了主觀意志。因此若能將觀察范圍完全脫離地球，從整體直接去觀察地球本身，將使觀點(diǎn)更為可靠，于是就有了下面證據(jù)。

證據(jù)3：宇宙中的地球照片

文本摘?。含F(xiàn)在，我們從太空拍攝的照片可以看到，地球是一個(gè)近似球形的星球，上面藍(lán)色的海和白色的云。

展示宇宙中的地球照片作為地球是球體的證據(jù)似乎是完美的，但我們卻發(fā)現(xiàn)文本中的措辭卻加了“近似”二字，顯然這是對(duì)原先地球的形狀是球體這一觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑，球體應(yīng)指的是正球體。為了使地球形狀是球體這一觀點(diǎn)更加準(zhǔn)確，可以通過(guò)測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，從上述的一系列定性的證據(jù)轉(zhuǎn)向定量的證據(jù)。

（三）地球形狀是球體觀點(diǎn)的修正

文本摘?。含F(xiàn)代科技測(cè)量表明，地球是一個(gè)兩極稍扁、赤道略鼓的球體。它的赤道半徑是6378千米，兩極方向的半徑約為6357千米，僅差0.33%。

定量數(shù)據(jù)的展示就是對(duì)于兩極半徑和赤道半徑的數(shù)據(jù)展示，然后通過(guò)相差的百分比來(lái)說(shuō)明地球是一個(gè)非常接近一個(gè)球體的觀點(diǎn)，即現(xiàn)在較為準(zhǔn)確的科學(xué)觀點(diǎn)：地球是一個(gè)赤道略鼓，兩極稍扁的球體?？梢哉f(shuō)這是對(duì)于地球形狀是球體這一觀點(diǎn)的修正。

三、實(shí)證意識(shí)培養(yǎng)的意義

地球的形狀究竟是什么？哪一種觀點(diǎn)就是真實(shí)地球形狀的完整體現(xiàn)？我們不得而知。但科學(xué)是發(fā)展的，隨著新的證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，從地球形狀而言直到現(xiàn)在還存在著不斷完善的可能。所以關(guān)于這節(jié)課，我們不能給予學(xué)生簡(jiǎn)單的對(duì)或錯(cuò)，而是讓學(xué)生用謹(jǐn)慎的態(tài)度對(duì)待不同的觀點(diǎn)，注重分析各種觀點(diǎn)形成的過(guò)程中事實(shí)證據(jù)的獲取和利用，理解地球的形狀觀點(diǎn)的得出是實(shí)證的過(guò)程。

科學(xué)是認(rèn)識(shí)自然最有效的途徑，其根本任務(wù)就是對(duì)自然界進(jìn)行全面和深入的研究，從而產(chǎn)生新知識(shí)。[]科學(xué)觀點(diǎn)是科學(xué)知識(shí)的體現(xiàn)，它也是科學(xué)理論的基礎(chǔ)?？茖W(xué)的進(jìn)程就是不斷的在適當(dāng)范圍內(nèi)證實(shí)科學(xué)觀點(diǎn)，然后通過(guò)深入的考察和修正使這些觀點(diǎn)能在更廣的范圍內(nèi)適用，從而使其與真實(shí)的客觀世界接近，但永遠(yuǎn)無(wú)法完全貼合。

總之，在課堂教學(xué)的過(guò)程中，通過(guò)課的預(yù)設(shè)、課堂的實(shí)施和課后的反饋，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐漸認(rèn)識(shí)到科學(xué)是一個(gè)不斷修正和完善的過(guò)程，科學(xué)注重實(shí)證，任何科學(xué)觀點(diǎn)只是特定情況下的某種適當(dāng)而已。在這一過(guò)程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，以此形成理性、批判的學(xué)科思維，促進(jìn)科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]，[3]-[7]朱清時(shí).義務(wù)教育教科書(shū)科學(xué)七年級(jí)上冊(cè)[M].杭州：浙江教育出版社，2014.

[2]沙琦波.基于學(xué)生理性思維發(fā)展的初中科學(xué)課堂教學(xué)[J].中學(xué)教學(xué)參考，2017（2）.

[8]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版集團(tuán)，2011.

（責(zé)任編輯：張華偉）