小學(xué)科學(xué)現(xiàn)象分析須強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)

孔令強(qiáng) 武國(guó)棟

摘 要 ?自然界中的很多現(xiàn)象可以作為科學(xué)探究的證據(jù)來(lái)使用，其中不便于觀(guān)察的現(xiàn)象需要模擬現(xiàn)象探索原理，遮蔽事物本質(zhì)的現(xiàn)象需要跳出思維的局限，洞察事物本質(zhì)。小學(xué)科學(xué)現(xiàn)象分析須強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)，可通過(guò)一系列方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即：透視現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的可靠性;放大現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的可視性;累積現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的說(shuō)服力;關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的有效性;反思現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的應(yīng)用性。

關(guān)鍵詞?小學(xué)科學(xué) 科學(xué)現(xiàn)象 證據(jù)意識(shí) 實(shí)踐探索

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017）指出：“以證據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種信息分析和邏輯推理得出結(jié)論，公開(kāi)研究結(jié)果，接受質(zhì)疑，不斷更新和深入，是科學(xué)探究的主要特點(diǎn)?！盵1]課程標(biāo)準(zhǔn)將證據(jù)作為論證的前提，突出了證據(jù)的重要性。如何在現(xiàn)象分析中引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)證據(jù)、獲得可靠證據(jù)、利用證據(jù)解決生活中的問(wèn)題，我們探索出一條通過(guò)分析現(xiàn)象培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識(shí)的有效途徑。

一、透視現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的可靠性

現(xiàn)象是人能夠看到、聽(tīng)到、聞到、觸摸到的?！氨举|(zhì)”一詞中的“本”源于《說(shuō)文·木部》：“木下曰本。從木，一在其下。”“本”本義為樹(shù)根，所以有“根本”一詞。樹(shù)根深埋在地下，由之而生發(fā)樹(shù)干、樹(shù)枝、花葉乃至果實(shí)。如果把枝干、花葉、果實(shí)比作可見(jiàn)的現(xiàn)象的話(huà)，那么深埋在地下的根須則可喻為事物的本質(zhì)。透視現(xiàn)象就是看到現(xiàn)象背后隱藏的科學(xué)本質(zhì)。

1.基于現(xiàn)象，尋找規(guī)律

自然界中的現(xiàn)象千變?nèi)f化，錯(cuò)綜復(fù)雜，有的現(xiàn)象反映著事物的本質(zhì)，這樣的現(xiàn)象可以作為可靠的證據(jù)。在科學(xué)教學(xué)中，我們引導(dǎo)學(xué)生留心觀(guān)察生活中的現(xiàn)象，尋找現(xiàn)象之間的聯(lián)系，運(yùn)用各種方法尋找證據(jù)，探索事物發(fā)展變化的規(guī)律。

如探究“雨的形成”時(shí)，我們運(yùn)用“現(xiàn)象類(lèi)似，發(fā)現(xiàn)事物規(guī)律”的方法，引導(dǎo)學(xué)生多次觀(guān)察夏季下雨前空氣的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)下雨前空氣的變化總是相似的，從而總結(jié)出“夏季降雨這一現(xiàn)象發(fā)生時(shí)空氣濕度很大”。

在探究下雨前燕子為什么低飛時(shí)，我們運(yùn)用“現(xiàn)象關(guān)聯(lián)，尋找因果聯(lián)系”的方法，引導(dǎo)學(xué)生分析：下雨前空氣濕度大，昆蟲(chóng)翅膀較濕，只能貼近地面附近飛行，這種現(xiàn)象與燕子捕食昆蟲(chóng)建立聯(lián)系，從而找到燕子低飛的原因。

2.模擬現(xiàn)象，探索原理

自然界中有些現(xiàn)象不便于觀(guān)察，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法觸及現(xiàn)象的本質(zhì)，難以獲得直接證據(jù)。教學(xué)中可以通過(guò)模擬現(xiàn)象，探索現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，總結(jié)出通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)的方法：模擬現(xiàn)象發(fā)生的條件、運(yùn)動(dòng)變化的軌跡以及現(xiàn)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀(guān)察，帶領(lǐng)學(xué)生探索現(xiàn)象背后的原理。這條路徑可以總結(jié)為：“建立模型——檢驗(yàn)?zāi)Ｐ汀忉屇Ｐ汀@得證據(jù)——探索原理”。如認(rèn)識(shí)月相時(shí)，由于觀(guān)察者觀(guān)察視角的局限性，無(wú)法洞察到月相的成因。我們制作月相觀(guān)察盒，建立月相成因模型;通過(guò)從不同方位觀(guān)察月相，檢驗(yàn)月相成因模型;通過(guò)月相變化規(guī)律，解釋模型，從而推測(cè)出月相的成因。

3.審視現(xiàn)象，修正認(rèn)識(shí)

有的現(xiàn)象遮蔽了事物的本質(zhì)，這樣的現(xiàn)象就不能作為證據(jù)來(lái)使用。我們引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)史，了解人類(lèi)科技手段不斷革新、研究方法不斷豐富的歷程，知道人類(lèi)的視野不斷擴(kuò)大，認(rèn)識(shí)不斷加深，經(jīng)歷了艱難的不斷修正認(rèn)識(shí)的過(guò)程。例如在認(rèn)識(shí)地球的形狀時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生重演人類(lèi)探索地球的歷程：古人單純地依賴(lài)肉眼觀(guān)察，臆想的“天圓地方”認(rèn)識(shí)——麥哲倫借助航船環(huán)球旅行的探索——人類(lèi)借助航天器進(jìn)入太空觀(guān)測(cè)地球。

二、放大現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的可視性

科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常遇到一些微小的、不易被實(shí)驗(yàn)者或儀器直接觀(guān)察或測(cè)定的量，通常為了測(cè)量精度，采用合適的途徑、相應(yīng)的裝置將待測(cè)量進(jìn)行放大后進(jìn)行觀(guān)察和測(cè)量的方法，就是放大法[2]。在尋找證據(jù)的過(guò)程中，我們利用放大法，讓證據(jù)變得“看得見(jiàn)”，可以提高獲取證據(jù)的效能。

1.觀(guān)察轉(zhuǎn)移法

在尋求證據(jù)的過(guò)程中，一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不明顯，有的只發(fā)生了一些難以觀(guān)察的細(xì)微變化，這時(shí)須借助其他物體，將觀(guān)察點(diǎn)從原物體轉(zhuǎn)移到其他物體，通過(guò)觀(guān)察其他物體的顯著變化，推想原物體的變化，獲得明顯的證據(jù)。如研究聲音的產(chǎn)生時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生借助小球的彈跳放大音叉的振動(dòng)、借助激光筆光斑的運(yùn)動(dòng)軌跡放大桌面的振動(dòng)、借助錄像設(shè)備用慢鏡頭播放橡皮筋的振動(dòng)，從而歸納概括出聲音產(chǎn)生時(shí)物體都在振動(dòng)。

2.材料替代法

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有些現(xiàn)象借助傳統(tǒng)材料不容易觀(guān)察到，須借助新型材料替代傳統(tǒng)材料，利用新型材料的特性，將不容易觀(guān)察到的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來(lái)。如在研究熱傳導(dǎo)時(shí)，利用傳統(tǒng)材料——銅鐵鋁作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，無(wú)法直接觀(guān)察到熱傳導(dǎo)發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象。此時(shí)，我們指導(dǎo)學(xué)生借助新型材料——變色油墨，利用它能隨溫度改變顏色發(fā)生改變的特性，將變色油墨涂在鐵片上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)油墨顏色的變化，可以推想熱傳導(dǎo)時(shí)的特點(diǎn)。

3.現(xiàn)象排除法

在科學(xué)探究中，面對(duì)質(zhì)疑要拿出一些現(xiàn)象作為證據(jù)進(jìn)行回應(yīng)，排除不支持結(jié)論的一系列現(xiàn)象，有利于得出科學(xué)的結(jié)論。如在研究壓縮空氣時(shí)，有的學(xué)生認(rèn)為注射器內(nèi)空氣體積變小是由于部分氣體溢出的緣故。面對(duì)這種質(zhì)疑，我們引導(dǎo)學(xué)生思考：假如空氣溢出，將注射器放入水中推動(dòng)活塞時(shí)，一定會(huì)有氣泡冒出;去掉作用在活塞上的推力，注射器內(nèi)的空氣無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的體積。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，排除了兩種現(xiàn)象，說(shuō)明空氣沒(méi)有溢出，從而消除質(zhì)疑，證明空氣體積變小是因?yàn)榭諝饪梢员粔嚎s。

4.技術(shù)支持法

在科學(xué)觀(guān)察中，有時(shí)常規(guī)儀器不夠敏感，測(cè)量不夠精確，須借助數(shù)字化儀器，讓測(cè)量的數(shù)據(jù)成為更有力的證據(jù)。如在研究力的大小、溫度高低、聲音強(qiáng)弱時(shí)，我們利用拉力、溫度、聲音等傳感器，將輕微的變化通過(guò)數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。

三、累積現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的說(shuō)服力

科學(xué)研究中的證據(jù)多是以現(xiàn)象呈現(xiàn)的，現(xiàn)象中有證據(jù)，發(fā)掘現(xiàn)象可以獲得更多的證據(jù)，有利于增強(qiáng)證據(jù)的說(shuō)服力。在教學(xué)中，我們采用以下三種方法，引導(dǎo)學(xué)生搜集不同的證據(jù)。

1.歸納類(lèi)似現(xiàn)象，尋找支持性證據(jù)

在科學(xué)研究中，僅僅靠一種現(xiàn)象或一種證據(jù)不能得出科學(xué)的結(jié)論。當(dāng)某種現(xiàn)象要作為證據(jù)使用時(shí)，須歸納整理更多類(lèi)似的現(xiàn)象作為支撐，才能形成具有說(shuō)服力的證據(jù)。如在研究重力現(xiàn)象時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察身邊各種物體下落時(shí)的現(xiàn)象，盡管物體的大小、輕重、運(yùn)動(dòng)軌跡各不相同，但是都會(huì)落向地面，這些現(xiàn)象具有相似性，都體現(xiàn)了事物的本質(zhì)，都可以作為證據(jù)來(lái)使用，支持物體由于地球吸引而落向地面的結(jié)論。

2.對(duì)比異?，F(xiàn)象，尋找反面性證據(jù)

在探究事物的規(guī)律時(shí)，僅僅靠支持性的證據(jù)還不足以形成科學(xué)的結(jié)論。事物具有復(fù)雜性，總有一些異?，F(xiàn)象挑戰(zhàn)既有的認(rèn)識(shí)，須修正結(jié)論，形成科學(xué)的認(rèn)識(shí)。如在研究金屬熱脹冷縮時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到銅、鐵、鋁、錫、鉛等常見(jiàn)金屬都具有熱脹冷縮的性質(zhì)，得出所有金屬都具有熱脹冷縮的性質(zhì)。但是，通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)銻、鉍、鎵三種金屬具有熱縮冷脹的性質(zhì)時(shí)，就改變了原有的認(rèn)知，形成了科學(xué)的結(jié)論：大多數(shù)金屬具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

3.擴(kuò)展領(lǐng)域現(xiàn)象，尋找廣泛性證據(jù)

科學(xué)規(guī)律具有普遍性。當(dāng)我們研究某一事物時(shí)，可以聯(lián)想到同一領(lǐng)域的其他事物，探究其他事物是否具有相同的性質(zhì)，獲得更多的證據(jù)，得出具有普遍意義的結(jié)論。如研究細(xì)胞時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)植物體是由細(xì)胞構(gòu)成，動(dòng)物體是由細(xì)胞構(gòu)成，由此得出細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本單位。當(dāng)學(xué)生把研究的范圍擴(kuò)大到微生物時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌、真菌也是由細(xì)胞構(gòu)成的。此時(shí)，學(xué)生得出了更為廣泛的結(jié)論。

四、關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的有效性

科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中會(huì)產(chǎn)生一系列的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，它們是衡量實(shí)驗(yàn)效果的重要指標(biāo)，是得出正確結(jié)論的重要依據(jù)。“證人”“證言”“證物”是我們常用的判定標(biāo)準(zhǔn)，但被孤立的現(xiàn)象、缺乏聯(lián)系的數(shù)據(jù)、毫無(wú)根據(jù)的流言，不能成為證據(jù)。因此，我們要尋找到現(xiàn)象間或數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)，以此收集證據(jù)，關(guān)聯(lián)證據(jù)，驗(yàn)證證據(jù)，形成具有普遍性的觀(guān)點(diǎn)和結(jié)論。

1.現(xiàn)象附加條件，揭示變化規(guī)律

一個(gè)好的科學(xué)假設(shè)，需要有兩個(gè)變量，即因變量和自變量。當(dāng)尋求證據(jù)時(shí)，所需要的現(xiàn)象要與兩個(gè)變量相關(guān)聯(lián)，同時(shí)還要思考導(dǎo)致現(xiàn)象發(fā)生的條件，讓現(xiàn)象附加條件，此時(shí)的現(xiàn)象就會(huì)成為證據(jù)。如探究一天中溫度高低、物體影長(zhǎng)、方向的變化與太陽(yáng)在天空中位置之間的關(guān)系時(shí)，首先讓學(xué)生知道太陽(yáng)在天空中的位置為自變量，溫度高低、影子長(zhǎng)短和方向都是因變量。然后在不同時(shí)間段測(cè)量溫度和物體影長(zhǎng)，觀(guān)察影子的方向，意識(shí)到只有自變量和因變量關(guān)聯(lián)時(shí)，現(xiàn)象才能成為我們所需要的證據(jù)。

2.現(xiàn)象還原條件，尋找問(wèn)題根源

對(duì)現(xiàn)象的解讀，須還原條件或者背景。如教學(xué)《兩小兒辯日》時(shí)，針對(duì)善于質(zhì)疑的兩小兒，如何引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)呢？在教學(xué)實(shí)踐中，我們通過(guò)現(xiàn)象還原條件的策略，針對(duì)兩小兒出現(xiàn)的“近大遠(yuǎn)小”“近熱遠(yuǎn)冷”的思維誤區(qū)，從太陽(yáng)的直射與斜射對(duì)溫度的影響、不同參照物對(duì)視覺(jué)的影響進(jìn)行深度分析，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：比較兩種不同的現(xiàn)象時(shí)，需要在同一條件下進(jìn)行，如果證據(jù)出現(xiàn)了問(wèn)題，將錯(cuò)覺(jué)代替了事實(shí)，就不會(huì)得出正確的結(jié)論。

3.現(xiàn)象轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)變化趨勢(shì)

在科學(xué)探究中，可以通過(guò)儀器將現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，讓關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)成為驗(yàn)證假設(shè)的有力證據(jù)，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)。如在教學(xué)沸騰時(shí)，為了揭示水沸騰的變化規(guī)律，我們引導(dǎo)學(xué)生在將水加熱至沸騰再到持續(xù)沸騰的過(guò)程中，每加熱2分鐘測(cè)量一次水溫，這樣獲得了10多組加熱時(shí)間與水溫的數(shù)據(jù)，學(xué)生將數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，畫(huà)出變化趨勢(shì)圖，揭示水溫的變化規(guī)律。

4.現(xiàn)象進(jìn)階本質(zhì)，澄清事實(shí)真相

經(jīng)驗(yàn)的復(fù)制、環(huán)境的局限、流言的蒙蔽，都會(huì)影響我們的思維和眼界。跳出慣性思維，不輕易相信一面之詞，多維度思考問(wèn)題，將現(xiàn)象進(jìn)階本質(zhì)，就是將經(jīng)驗(yàn)進(jìn)階為知識(shí)，將知識(shí)作為有價(jià)值的證據(jù)，澄清事實(shí)的真相。如教學(xué)《小馬過(guò)河》時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生分析老牛和松鼠的“經(jīng)驗(yàn)”，得出它們的經(jīng)驗(yàn)對(duì)小馬不起作用。引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象，進(jìn)一步分析得出小馬過(guò)河的經(jīng)驗(yàn)對(duì)駱駝也不起作用，意識(shí)到經(jīng)驗(yàn)不可復(fù)制。怎樣讓經(jīng)驗(yàn)變得更有價(jià)值呢？假如老牛、松鼠、小馬建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，親自測(cè)量一下河水的深度，將經(jīng)驗(yàn)以客觀(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)的時(shí)候，不僅對(duì)將要過(guò)河的駱駝起作用，還會(huì)對(duì)即將過(guò)河的角馬、斑馬、羚羊等都起作用。

五、反思現(xiàn)象，增強(qiáng)證據(jù)的應(yīng)用性

生活中，人們經(jīng)常會(huì)遇到一些難以辨別的現(xiàn)象，怎樣引導(dǎo)學(xué)生思考，形成明辨是非的能力，我們形成了以問(wèn)題形式進(jìn)行深度思考的認(rèn)知工具。

你是怎么知道的？——考察結(jié)論的來(lái)源，關(guān)注學(xué)生的思維過(guò)程。

你確信這個(gè)觀(guān)點(diǎn)嗎？有哪些證據(jù)支持這個(gè)觀(guān)點(diǎn)？有哪些證據(jù)不支持這個(gè)觀(guān)點(diǎn)？——審視觀(guān)點(diǎn)，考察觀(guān)點(diǎn)的形成過(guò)程。

這些證據(jù)可靠嗎？哪些證據(jù)說(shuō)服了你做出了這樣的判斷？——考察證據(jù)的來(lái)源，比較不同證據(jù)的說(shuō)服力。

你考慮過(guò)其他的觀(guān)點(diǎn)嗎？哪些證據(jù)支持著其他的觀(guān)點(diǎn)？——考察對(duì)方的觀(guān)點(diǎn)，學(xué)會(huì)換位思考。

看到這些新的證據(jù)，你還會(huì)堅(jiān)持自己的觀(guān)點(diǎn)嗎？你會(huì)放棄哪些觀(guān)點(diǎn)，為什么？——考察是否有尊重證據(jù)的精神。

你想過(guò)協(xié)調(diào)這些觀(guān)點(diǎn)嗎？你的觀(guān)點(diǎn)會(huì)有哪些改變？——考察不同觀(guān)點(diǎn)的協(xié)調(diào)能力。

通過(guò)使用反思工具，讓學(xué)生掌握一套多維思考的策略，增強(qiáng)證據(jù)意識(shí)，學(xué)會(huì)在解決生活問(wèn)題時(shí)利用證據(jù)進(jìn)行思考。

綜上所述，強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)意識(shí)需要以分析現(xiàn)象為基礎(chǔ)，以獲得確實(shí)的證據(jù)為核心，以培養(yǎng)學(xué)生“有幾分證據(jù)說(shuō)幾分話(huà)”[3]的意識(shí)為宗旨，以使用認(rèn)知工具為策略，提高學(xué)生的探究能力，增強(qiáng)學(xué)生的生活智慧。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2] 王強(qiáng)，鄭萍，郭明.小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)論[M].北京：人民教育出版社，2015.

[3] 胡適.胡適談治學(xué)方法[M].北京：北京大學(xué)出版社，2014.

[責(zé)任編輯：王 穎]