小学生科学探究证据失真现象剖析与纠正策略研究

夏俊杰

【摘要】在科学探究中，建立证据意识是核心素养倡导的科学精神。学生在探究中表现出来的证据失真现象，对核心素养、知识建构、科学精神培育都会产生不利的影响。我们通过调查研究分析了问题产生的原因，并提出了重复实验、对比实验、评价数据等改进策略，以期有效消除这种现象，促进小学生科学精神、科学素养健康发展。

【关键词】证据 失真 原因 纠正 策略

一、证据失真现象及原因分析

（一）失真现象

证（数）据失真是指学生通过臆造、估计、套用等方法获得的与真实情况不符的实验现象、数据等。在小学科学日常教学活动中，我们注意到这样的现象：

现象1：学生在进行小苏打与白醋的实验中，笔者发现一组学生将反应后产生的气体“倒”在点燃的蜡烛上，蜡烛的火焰变弱了，并没有熄灭。这组学生看了看，了解其他小组的情况后，在实验单上填写下了“蜡烛火焰熄灭了”。

现象2：学生通过木棒影子的长短变化在操场上进行了“阳光下的影子”的测量。第三次测量时，笔者发现有三个学生并没有对影子进行测量，却都在实验单上杜撰了一个数据。

从这两个现象中，我们不难发现：学生在科学探究过程中明显存在证据失真的现象。寻找证据、验证假设是整个科学探究活动的轴心，是构建科学概念、培养科学素养的重要载体。科学探究教学中出现的这种现象引起了我们的高度重视，为了纠正这种行为，改进科学探究教学，提高证据的真实性、可靠性，我们开展了科学探究教学中数据失真现象的调查、剖析及改进策略的研究。

（二）原因剖析

为了进一步了解这种现象出现的原因，我们对相关学生进行了访谈，下面是访谈的实录。

现象1的访谈：

师：关于小苏打与白醋的实验，老师明明看到你们这个实验组的蜡烛火焰没有熄灭，而在实验单反映的却是火焰熄灭了。

学生：在小苏打与白醋的实验中，我们组的情况是蜡烛的火焰没有熄灭，但是我们看到周围几个小组的蜡烛都熄灭了，怀疑自己组在实验操作方面出了问题，所以采用其他组的意见。

师：你们为什么不再重复几次？

（生沉默）

现象2的访谈：

师：老师观察到你们只对阳光下木棒的影子做了两次测量，而在实验单却填得满满的，还有几次数据是如何得到的？

学生：在经过两次测量后，我们知道了下午影子会变长，所以对第三、四、五次测量数据，我们只不过是在前一个数据上加上了第一、二次的差值。

师：你们的数据是推定的。

（生点头）

访谈中，我们还了解到了其他一些相关情况：如只做一次实验就直接确定数据，甚至还存在着臆造数据的情况等。综合来看，学生在科学探究中出现的数据失真情况主要有四种类型：（1）挪用证据;（2）杜撰證据;（3）证据可信度低;（4）推定证据。

调查中，我们发现学生证据失真存在的主要原因有：

1.对证据认识不足

学生为了贪图一时的省力采用随意估摸、推定证据，采用偶然性较大的数据等，充分反映学生在科学探究中对证据的重要性认识不足，态度不严谨。

2.从众心理的影响

现象1中的学生明明知道了自己的探究结果与别人的不同，却最后放弃了自己的数据，反映了学生缺乏自信，受从众心理影响。

3.实验技能不扎实

学生缺乏必要的实验技能，导致了在实验过程中应该发生的现象没有发生，得到的实验数据是不真实的。在无奈之下，学生抄袭了其他组的证据，导致了证据的虚假。

4.“迎合”教师心理

在教学中也确实存在学生为达到教师提出的要求，放弃自己通过探究获得的真实证据，而改写成教师事先设定的、学生必须达到的证据。

二、真实证据的教育价值

学生在科学探究中存在证据失真现象，明显不符合新课标教学要求，也违背科学探究精神。

（一）探寻证据是科学精神的主要内容

中国学生发展核心素养指出，科学精神即崇尚真知，能理解和掌握基本的科学原理和方法，尊重事实和证据，有实证意识和严谨的求知态度，逻辑清晰。能运用科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为是核心素养所倡导的科学精神教育的主要内容。

（二）探寻证据是科学课程标准的基本要求

小学科学课程标准指出：（1）了解科学探究是获取科学知识的主要途径，是通过多种方法寻找证据、运用创造性思维和逻辑推理解决问题，并通过评价交流等方式达成共识的过程;（2）科学探究有8个要素组成，其中搜集证据就是其中的一个重要的组成因素;（3）在科学态度方面“具有基于证据和推理发表自己的见解的意识，不迷信权威，实事求是”。

（三）探寻证据是满足学生好奇心发展的需要

学生在生活、学习中，发现一些自然现象不能用已有的知识和经验来解释，于是产生了认知冲突，产生了探究的好奇心，进而提出了科学问题。然后，进行假设，力图通过观察、实验等多种科学手段获得可靠的证据来支持其假设。因此，可以说科学探究的核心，是用研究获得的可靠证据去解释世界。

（四）探寻证据是培养学生高阶思维能力的需要

在科学探究过程中，探寻证据中要运用分析、综合、比较、分类、抽象、概括、推理、类比等思维方法，这有助于培养学生的高阶思维能力。

三、数据失真的教学纠正策略

教学中存在数据失真的现象，它不利于学生知识的建构、能力的提高，影响学生科学态度的养成。那么，该如何扭转这个局面？我们采取了重复验证、对比验证、多维验证、评价验证的策略，纠正与杜绝数据失真乃至伪证在探究过程中的再现。

（一）重复实验，搜寻必然性证据

证据具有可以重复验证的特征。我们就抓住了证据的这一特点，进行重复验证。验证方法：

1.相同方法的验证

这是我们最常用的方法，每组学生对同一个数据的获得测量三次，然后计算出它们的平均数，这样能够避免在探究过程中出现的误差造成证据不真实。在科学探究过程中，我们要指导学生控制好变量，用同样的方法数次进行实验操作，尽可能地获得相同或相近的数据。

2.g同方法验证

在科学探究过程中，我们可以尝试两种或两种以上的不同方法去验证，殊途同归、异曲同工，提高证据的说服力，也可以培养学生思维的广度、深度。

案例：《探索马铃薯沉浮的原因》

学生利用配制的浓盐水，使马铃薯浮了起来，对同体积的马铃薯和同体积的浓盐水称量，明白了体积相等时，浓盐水的质量大于马铃薯时，马铃薯就浮在浓盐水的上方。

为了更深刻地理解这个概念，我们又提出了另一个问题，马铃薯在其他液体中的沉浮情况也是这样吗？

于是學生用高浓度白砂糖溶液、味精溶液进行试验，结果也获得了同样的结论。

通过多种方法，获得同样的证据，使证据具有更大的说服力。

（二）逆向探究，搜寻多维证据

在科学探究过程中，我们习惯从研究的问题出发，去找寻证据，证明假设。但有时会一筹莫展，换个角度就能柳暗花明。

案例：《声音是怎样产生的》

课堂上，学生忙忙碌碌，一会拨动钢尺，一会敲击鼓面，一会拨橡皮筋，终于知道了物体的振动形成了声音的概念。笔者认为学生仅知道了这点是不够的，于是提出了一个相反的问题：是不是振动停止了，声音就消失了？

学生根据问题，设计了几种实验：（1）用手握住了晃动的钢尺;（2）音叉停止振动水的涟漪消失了;（3）锣面停止了振动，锣面内跳跃的玻璃球停止了滚动。

学生通过自己设计的实验，找到了证据，证实了声音的产生确与物体的振动有关。

案例：《小苏打与白醋的反应》

学生在实验前对白醋进行了识别，了解到白醋具有强烈酸味的特点。实验开始，白醋与小苏打混合，看到了很多气泡的生成。这个现象虽已经能够证明其是化学变化，但是笔者对学生提出了更高的要求：除此之外，还能找出更多的证据，充分地证明它们发生了化学变化。

几分钟后，学生纷纷将目光集中在两者反应后留下的液体，它是不是醋呢？最后，学生找到了它不是醋的证据——反应后的液体没有酸味。

找出证据，可以是正面的、肯定的，也可以是反面的、否定的，总之证据越充分，就越能够说明问题，更能强化学生的证据意识。

（三）创设条件，搜寻隐蔽性证据

案例：《物质发生了什么变化》

蜡烛燃烧过程中发生了哪些变化？

学生经过观察，得知蜡烛受热后从固体变成了液体。这一现象是什么变化？

学生进行了实验操作：将蜡烛放在蒸发皿加热，蜡烛很快溶化成乳白色的液体，然后冷却，蜡烛又凝成乳白色的固体。

通过这一个实验，学生发现了蜡烛在溶化过程中只是形态发生了变化，并没有产生新的物质，是一种物理变化。

蜡烛在整个燃烧过程中除了上面的形态变化外，学生却提出了另外两个问题：（1）蜡烛燃烧，其实是蜡烛中的棉线在燃烧，而没看到蜡油在燃烧;（2）蜡烛燃烧后什么也没剩下，会不会属于化学变化？

为了解决问题，笔者给学生演示了吹灭蜡烛的过程，学生看到了蜡烛在熄灭时飘浮着白气，联想到这种“白气”会不会是一种可燃气体？

学生成功点燃了“白气”，也明白了蜡油受热后会变成气，蜡烛的蒸气是一种可燃气体，我们看到的蜡烛灯芯燃烧其实是蜡烛的蒸气在燃烧。

对于蜡烛燃烧时会生成什么物质？我们采用了下面的实验方法：将一个干净透明的烧杯倒扣在蜡烛的火焰上，烧杯壁上变得模糊了，弥漫了水珠，烧杯底部还留下的黑色物质，最后蜡烛在烟雾中熄灭了。这个实验让我们看到了水珠、炭黑、二氧化碳这些新物质，找到了蜡烛燃烧是化学变化的证据。从整个过程来看，从固体变为液体、水珠、炭黑、二氧化碳气体，有足够的证据证明了蜡烛燃烧时既发生了物理变化，同时又发生了化学变化。

在教学中，我们也会遇到因为物体发生变化呈现的现象不明显或者根本不可见，让我们很难找出有力的证据来验证它们的发生变化情况。为此，我们只能通过借助于工具或技术，找出隐l生的证据，间接地加以证明。

（四）识别控制自变量，搜寻准确性证据

学生证据作伪还有一种原因，就是缺乏在探究中对实验变量的识别与控制。

对比实验是要通过识别变量，并控制和改变变量开展研究的，这样才能获得准确的证据。做好对变量的识别、控制，关系到科学探究整个过程的成功与否，关系到学生知识概念的建构与否。下面举例说明因变量没有控制出现的错误现象与数据。

案例：《电磁铁》

在研究铁钉电磁铁的南北极是否能够改变时，研究方法提示可以通过改变线圈的绕法。但是因为涉及的变量较多，如有线圈绕法的不同，有电流方向的不同，有钉尖、钉帽与小磁针不同端的接触等。在实验中，有的实验组线圈绕法改变了，而电流方向也改变了;有的实验组线圈绕法变了，接触小磁针的钉子部位也变了，总之显得顾此失彼、手忙脚乱。最终的结果，也是大相径庭、五花八门。

针对这个问题，我们采用了分步完成：（1）顺时针线圈;（2）钉尖的线连接电池正极，钉帽的线连接电池负极;（3）钉尖接触小磁针的南极。

这样，学生顺利地完成了这个实验过程。有了成功的开端后，教师再引导学生通过改变线圈的绕法，完成因线圈绕法的改变而产生电磁铁两极改变的研究。

案例：《拱形的力量》

下面是两个实验组不同的实验装置图（见图1、图2）。

从实验图看，图1和图2确实存在着很大的差异，装置2直观地反映出拱形承重能力与拱足边书本的高度是相关的，拱形承重能力随着拱足的牢固而递增，而装置1的数据不能反映出这个规律。

教师指导学生对实验装置进行仔细地观察，学生发现了它们的区别：装置1只有第一本书是真正发挥抵住拱足外推力的作用，上面的书本都与拱形相隔一定距离，不能全力地发挥作用，只有在拱形变形时发挥微小的作用。后来改进了装置，就取得了较为接近的效果，同时对装置2存在的缝隙也做了改进，使实验数据更加精确。

教师要指导学生在探究之前应制订周密的实验探究计划，明确实验中要改变的量，详细地罗列出要控制的量，以及如何控制的方法、步骤，在探究过程中对它们进行严格地控制，分步骤进行实验，从而获得准确的证据。

（五）评价分析数据，搜寻可信性证据

整理评价证据，是一个审视所获信息是否符合事实，剔除不合理信息的过程，是对证据的可信度的一个检验。

案例：《电磁铁的磁力》

笔者从学生的实验记录单中，随机选取了第八组记录情况（见表1）。

笔者要求学生对表中的数据作出评价，找出异常数据，并指出产生的原因和改进的方法，填人合理的数据以完成表中“取值”栏，推导出能产生的结论。最后对异常数据进行实验验证。

通过对实验数据整理、判断，确定合理数据，剔除异常数据，可以提高证据的可信性，同时也提升学生的辨析能力、判断能力。

四、结语

综上所述，我们要以小学科学课程标准为指导，立足于学生科学素养的培养，通过多种途径让学生懂得证据的重要性，经历获取证据的过程。在实验教学过程中，教师要加以积极引领、指导与评价，学生在科学探究过程中证据失真现象就会有效地消除。