在實驗中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識

◇夏燦燦（湖北：武漢市洪山實驗小學(xué)）

科學(xué)課要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。其中，關(guān)鍵能力的核心就是科學(xué)思維?？茖W(xué)思維方法主要包括推理論證、模型建構(gòu)和創(chuàng)新思維等。推理論證是科學(xué)教學(xué)中使用得最為廣泛的一類方法，體現(xiàn)在基于證據(jù)與邏輯，運用分析與綜合、歸納與演繹、比較與分類等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解。由此可見，證據(jù)是推理論證的基礎(chǔ)。當(dāng)前，小學(xué)生普遍科學(xué)思維能力較弱，對事物的認(rèn)識停留在表面，容易主觀臆斷，證據(jù)意識不強(qiáng)。因此，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識對學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。以下，筆者以《風(fēng)的成因》一課為例，詳細(xì)闡述教學(xué)中的一些嘗試和思考。

一、活用教材，精簡內(nèi)容，留足探究時間

課程標(biāo)準(zhǔn)指出：遵循“少而精”原則，聚焦學(xué)科核心概念，精選與每個核心概念相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計相應(yīng)的系列學(xué)習(xí)活動，做到適合學(xué)生年齡特征、突出重點、明確要求，確保學(xué)生有充足的時間探究、實踐與思考。這就要求教師在領(lǐng)會教材編寫意圖的同時，不受教材的約束和限制，靈活地使用教材，創(chuàng)造性地處理教材。

《風(fēng)的成因》一課教材共兩頁，分三個部分。第一部分聚焦兩個問題：你有哪些辦法制造風(fēng)？大自然的風(fēng)是怎樣形成的？其中后一個問題是我們要探究的核心問題。結(jié)合研討部分來看，又把這個核心問題分成了兩個層次，先研討模擬實驗中風(fēng)的形成，再解釋自然風(fēng)的形成。

把握好這個整體思路后，我們再看教材探索部分是怎樣建議我們展開探究的。仔細(xì)閱讀教材會發(fā)現(xiàn)，探索部分包括實驗裝置的制作和模擬實驗，而制作相當(dāng)費時間，一節(jié)課就40 分鐘，如果保留這個部分，勢必會擠壓后面實驗和研討的時間。而“風(fēng)的形成原因”對于三年級學(xué)生來說又是一個比較難理解的問題。為了讓學(xué)生有充足的時間探究，制作部分是可以大膽舍棄的。在實際教學(xué)中，我也發(fā)現(xiàn)，這種斷舍離不僅可以有效地把時間用在教學(xué)重難點的落實上，也可以讓我們的探究活動更聚焦。

延伸到平常的教學(xué)中對教材的處理，我們怎么解決時間不夠的問題？怎么解決目標(biāo)不清晰、難以完成的問題？都可以從中找到答案。“雙減”政策下，我們能否做到在把握課標(biāo)的大前提下，“活”用教材，精簡教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生實現(xiàn)深入探究？

二、優(yōu)化學(xué)具，豐富材料，讓證據(jù)可尋

小學(xué)生的思維正從具體形象思維向抽象邏輯思維過渡，但他們的抽象邏輯思維在很大程度上仍與感性經(jīng)驗直接聯(lián)系，具有很大成分的具體形象性。因此，教師提供研究證據(jù)的要求，應(yīng)是具體、形象、直觀的，而不能是粗略、抽象、需要反復(fù)分析的。

三年級上冊科學(xué)實驗箱配套的風(fēng)的成因演示盒和教材中的類似，不僅小，而且學(xué)生只能擠在一側(cè)的“小窗”觀察，不方便小組多個學(xué)生從各個側(cè)面觀察。實驗中，兩個“洞口”的現(xiàn)象也不太明顯。另外，由于紙盒易燃，蠟燭火焰稍大一點就容易將演示盒燒著。加之，市面上各類線香、塔香、蚊香均已“無煙化”，煙霧極小，難以看清煙霧的流動。在這樣的條件下，想讓學(xué)生真正自己找到“有風(fēng)產(chǎn)生”的“證據(jù)”，可以說是非常困難的。針對這些問題，筆者對實驗材料進(jìn)行了改進(jìn)。

（一）風(fēng)的成因裝置優(yōu)化

為了讓學(xué)生能從各個側(cè)面看清現(xiàn)象，這個裝置最好是完全透明的。身邊隨處可見的礦泉水瓶，成了我的首選材料。將4.5L 塑料瓶加工成如下圖裝置1 所示，去掉瓶底，瓶側(cè)開個小口。為了更清楚地看到煙的橫向流動，我在側(cè)邊口接上了一個“小漏斗”（從500ml 小塑料瓶上截取的），連接處用膠槍打上一圈熱熔膠，以增強(qiáng)氣密性。點燃蠟燭，罩上這個自制裝置，放在上瓶口的紙片會有很明顯的飄動，側(cè)瓶口外線香的煙也會向瓶內(nèi)飄。同時，我們讓蠟燭火焰高度與側(cè)瓶口齊平，還可以明顯觀察到火焰向側(cè)瓶口反方向飄動。通過初步實驗，我們認(rèn)為這個裝置是可行的。

裝置1

要讓側(cè)瓶口的現(xiàn)象更明顯，就要想辦法使側(cè)瓶口的風(fēng)力更大一點，就要加快空氣流動的速度。這可以從以下幾點進(jìn)行優(yōu)化：增強(qiáng)熱源，熱空氣升得快，冷空氣從側(cè)瓶口流進(jìn)的速度也會隨之加快。比如，加長燭芯，讓蠟燭的燭芯長一點，火焰會更大，或增加蠟燭數(shù)量。利用“煙囪效應(yīng)”加快空氣流動，如，加高上瓶口。增強(qiáng)除兩個瓶口以外其他位置的氣密性，減少“漏風(fēng)”。當(dāng)然，手工裁剪的瓶底，想要做到完美貼合桌面而不“漏風(fēng)”，是不太可能的。

在思考優(yōu)化裝置1 的同時，我也在摸索用亞克力管設(shè)計一套裝置，在縮減裝置內(nèi)容量的同時，利用煙囪效應(yīng)，設(shè)計成如圖所示的裝置2。將燃香的煙、羽毛、紙片等風(fēng)的指示物，放在上管口和側(cè)管口，現(xiàn)象都很明顯。

裝置2

（二）燃香優(yōu)化

為了讓煙的流動更容易被觀察到，教科版科學(xué)公眾號中展示的兩個課例都用到了黑色背景，一個是在裝置后放黑色底板，一個是在裝置上貼上黑膠帶。我也考慮過借鑒這種方式，但這樣做，必定要讓小組的學(xué)生擠在一側(cè)觀察，可能有的學(xué)生根本就看不見，這也違反了我設(shè)計裝置的初衷。那么，不用黑色背景，還能有什么別的辦法嗎？有沒有煙大點的材料呢？經(jīng)過多次嘗試，同組教師想到了在線香上裹上一層蠟油的方法。經(jīng)過處理后的線香，煙變大了很多，現(xiàn)象非常直觀，學(xué)生可以清楚地看到煙的流動方向。

（三）豐富風(fēng)的“指示物”

讓看不見的“風(fēng)”可見，需要借助“指示物”。煙、羽毛、小紙片、蠟燭火焰等都可以幫助我們觀察風(fēng)，實驗中，為學(xué)生提供多樣化的“指示物”材料，讓學(xué)生自由選擇，開放性地探究，尋找充足證據(jù)。

三、巧設(shè)問題鏈，構(gòu)建梯度式探究，促進(jìn)思維進(jìn)階

當(dāng)探究的問題具有綜合性、學(xué)生理解起來有難度時，可以將該問題分解成若干個子問題。在有層次性的子問題引領(lǐng)下，通過一次次新思考、新問題的交鋒與對決，讓課堂動態(tài)生成，讓學(xué)習(xí)漸入深處。

如，《風(fēng)的成因》一課中，要讓學(xué)生解釋實驗中風(fēng)是如何形成的，單憑兩個管口觀察到的“證據(jù)”是難以完成的。如果將主問題拆分成3 個子問題（如下圖所示），不僅可以降低探究的難度，適應(yīng)學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律，還能增強(qiáng)前后的連貫性以及問題的驅(qū)動性。

前面，學(xué)生由生活場景“發(fā)現(xiàn)風(fēng)”，接著嘗試各種“制造風(fēng)”的方法。此時拿出裝置，順勢提出“這個裝置能造風(fēng)嗎？”可以在很大程度上激起學(xué)生的好奇心與探究欲。怎樣驗證這個裝置是否造出了風(fēng)？學(xué)生聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗，可以說出各種各樣的研究方法，實驗方法順勢而出。在教師簡單提醒安全注意事項后，學(xué)生就可以開始在實驗中尋找證據(jù)了。在收集證據(jù)的同時，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注管口風(fēng)的方向，并用箭頭標(biāo)注。在完成子問題1 和2 后，再讓學(xué)生試著解釋管口風(fēng)的形成，就比較容易了。裝置內(nèi)蠟燭加熱了空氣，熱空氣上升，從上管口流出，裝置外的空氣從側(cè)管口流入補(bǔ)充，從而形成了風(fēng)。學(xué)生類比裝置中風(fēng)的成因，就不難解釋大自然中風(fēng)的形成了。

沿著“制造風(fēng)—尋找有風(fēng)的證據(jù)—解讀證據(jù)—解釋風(fēng)的形成”這條思維主線，學(xué)生的學(xué)習(xí)不斷由淺入深。也正是在層次分明、環(huán)環(huán)相扣的問題鏈中，學(xué)生的思維被激活。在這場思維盛宴中，教師只是啟迪者、點撥者、陪伴者。

在2022 年版課標(biāo)已頒布，而新教材還未到來之際，我們一線科學(xué)教師要領(lǐng)悟新課標(biāo)理念，用好舊教材，著力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，提升學(xué)生證據(jù)意識。運用科學(xué)的教學(xué)策略，引領(lǐng)學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行判斷推理、解決問題和質(zhì)疑，幫助學(xué)生更深入地認(rèn)識事物及自然規(guī)律，從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笳鎽B(tài)度和實證精神，真正提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。