高年级学生搜集证据能力的培养策略

李美凝 王素英

《义务教育小学科学课程标准》从提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价8个探究要素对科学探究的学习目标进行了描述。事实上，探究要素既是科学探究的步骤和环节的体现，也是学生学习探究方法、发展探究能力的重要方面。在课堂教学中，可以根据具体的教学活动对学生的特定探究要素进行有针对性的专项训练。本文主要讨论如何在教学中培养高年级学生搜集证据的能力。

搜集证据的作用、内涵及培养要点

1.搜集证据在科学探究中的地位与作用

科学探究是一个获取证据并利用证据对假设进行论证的活动过程，即以提出问题和作出假设为起始，对假设的解释与得出结论为暂时的终点，进而引发新的科学问题的研究过程。搜集证据在科学探究中的地位和作用体现在两个方面：首先，要为探究者形成研究问题的方案引领方向，即利用提出问题、作出假设及制订计划三个阶段形成对问题的表征、制订研究的方案、进行选择和预期，进而决定怎样搜集证据，搜集什么样的证据，从而使研究有的放矢。其次，搜集到的证据也为后面的处理信息和得出结论等提供直接依据。因此，搜集证据在科学探究中起着至关重要的作用。

2.搜集证据的内涵

课程标准对低、中、高三个年级段关于作出假设与搜集证据探究要素的描述如上表所示。

从课程标准对低、中、高年级段搜集证据要素的学段目标的描述中可以看出，搜集证据的学段目标从低、中学段的在教师指导、引导下，能在作出假设与制订计划的基础上明确实验目的和实验方法，选择合适的工具和仪器进行观察，并对观察结果进行描述，逐步提升到高学段的能够基于所学知识，主动地利用观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方法获取事物的信息。可见，搜集证据能力具有进阶发展的特征。因此，在课堂教学中，应当关注学生搜集证据能力的进阶发展，并实施相应的发展策略。

根据各年级段对搜集证据要素的描述，我们可以将搜集证据理解为两个要义。

第一个要义是“搜集”，涉及搜集的方法及准确性。教学中，应当尽可能地了解学生已有的知识和经验，并以此为教学的生长点，将感官观察和利用工具观察相结合，将观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等多种方法相结合，同时关注实验材料、实验仪器的选择，这将对实验现象的观测及观测结果产生有益影响，进而提高搜集的实验证据的可信度。科学教师要关注这些因素，结合小学生年龄特征、认知特点及实验要求，精心设计实验，让学生能顺利地搜集到所期望的事实证据，并力求搜集的证据真实、客观、准确、可信，培养他们搜集证据的能力和实事求是、尊重证据的科学态度。

第二个要义是“证据”，它是为要证明的猜想与假设服务的，是进行科学分析的根据。从对问题作出假设，到根据搜集到的证据对假设进行解释，其中的关键就是搜集證据。

3.作出假设与搜集证据的关系

搜集证据不是单纯的、孤立的过程，其中蕴含的思维过程也是一个重要方面。例如，该搜集什么样的证据、什么样的事实信息能够转化成什么有力的证据等，这些思考都依赖于学生对问题作出了怎样的假设、选择与预期。所以，在教学中，教师应引导学生关注作出假设与搜集证据的关系。

在杜威的探究学习理论中，详细阐述了探究活动的几个环节，即不确定的情境、问题的设立、方案的确定、推理和事实，搜集证据则处在事实的环节中。杜威特别强调了本环节中假设与事实是相互联系、相互作用的。假设的操作性在于假设会引发、指导进一步的假设，假设使新的事实显示出来，并且事实要形成一个统一的整体才能发挥证据的作用。观察到的事实越充分，观念才会越清晰。可见科学事实是检验科学结论的唯一标准，搜集的证据越多、越详细、越有连贯性，结论才会越清晰。

经过分析，我们可以将搜集证据能力的训练确立在与假设的关联上，通过实验材料的选择和观察，进行搜集方法的训练。通过对证据前后关系的梳理，提升重视证据的意识。

《小孔成像》一课是对六年级上册《探究光的路线》一课中关于光沿直线传播和墨子发现的小孔成像现象这部分内容的放大，目的是让学生理解搜集证据与作出假设的紧密联系。

这节课借助进阶思维，进行四次假设和证据的搜集（如图1），将观察的事实与已有的知识和经验联系起来，即将直接证据与间接证据结合，进行归纳、概括、推理等思维活动的加工，找到问题的因果关系，形成超越已有知识和当前结果的新的理解，作出自己的解释或结论，进而深化学生的元认知。

这里需要特别说明的是，本节课的课前和课上共有四次假设活动，作出假设的水平并不相同。第一至第三次假设可以理解为预测，即根据现有证据和既往经验对将来的事情作出推论。第四次（三孔成像）假设，建立在学生已经自觉形成了一个规律性认识的基础上，是一种有针对性、有依据的假设。这样的假设，使得搜集证据有目的、有方向，也使搜集证据的过程更为明晰、便捷。

培养高年级学生搜集证据的能力

下面以《小孔与像》一课为例，阐述如何培养高年级学生搜集证据的能力。

本课的教学目标是：

能够关注小孔成像现象，在动手操作与积极思考中发现由于光沿直线传播，小孔所成的像是倒立的像，以及像与孔的对应关系。

能够从对一孔成像、两孔成像和三孔成像的观察事实中，对原因进行假设性解释，提高作出假设的水平。

能依据证据运用比较、分析、推理等方法，知道小孔成像倒立的原因并发现孔与像之间的规律。

在一系列的探究过程中，能够基于证据和推理发表自己的见解，逐步提升证据意识。

其中“能够从对一孔成像、两孔成像和三孔成像的观察事实中对原因进行假设性解释，提高作出假设的水平”是本课的教学重点。“能依据证据运用比较、分析、推理等方法，知道小孔成像倒立的原因并发现孔与像之间的规律”是本课的教学难点。

为达成以上教学目标，基于学生的已有知识和经验，本课尝试利用以下三种策略培养学生搜集证据的能力。

1.利用实验材料提高学生搜集证据的效率

在课堂教学中，科学实验是搜集证据的重要方法。在教师指导下，学生借助科学实验获取预期的数据信息，并对数据加以描述和解释，转化为证据，进而得出结论或规律。

实验材料的选取与利用，直接影响着证据的获取路径，在很大程度上决定了实验的质量，并最终影响着作出假设的判定和得出结论的可靠性。

因此，实验材料首先要具有科学性、有效性，保证实验现象明显。其次，实验材料要具有可操作性，合理降低操作难度，保证实验数据或现象的顺利获取。再次，实验材料要关注结构性，具有一定的典型性。例如，本课在探究材料上有所创新，设计了一孔屏、两孔屏到三孔屏，它们之间是有结构的递进关系的，能够给学生的学习发展提供一定的帮助。最后，实验材料要尽可能有所创新，本课从便于学生客观、准确地记录现象的角度上进行了创新，创制了“可移动式立体记录单”。

基于以上考虑，本课的实验材料经历了两次改进，具有科学性、创新性和有结构性的特点（实验材料的改进过程如图2）。

第二次改进后的小孔成像盒具有以下特点。

（1）可操作性更强

成像盒底部用磁力扣吸在有格子的垫板上，蜡烛移动的范围是固定的。经过仔细测算与实验，使得火焰移动范围内的像都能够完整地显示在成像屏上。在实验中，不仅能够满足探究像的大小与距离的关系，还能保证每次都快速准确地看到实验现象，保证学生证据获得的可操作性。

（2）成像更清晰

采用密封较好的盒子，防止光线四处扩散，火焰成像的亮度更高。成像屏的材质选用特殊材料，成像更清晰（如图3），保证学生可以有效获得证据。

（3）记录和展示更准确

以立体成像屏作为学生记录证据的重要载体，材料选用了硬质透明塑料，学生可以将观察到的现象直接画下来，保证了记录的准确性和客观性。同时，可拆卸的成像屏使用磁力扣吸在盒子边框上，每次实验完成后可以很方便地取下来进行证据展示（如图4）。

科学、创新、有结构的实验材料是学生有效地进行搜集证据活动的基础，是培养学生搜集证据能力的保障。教师要关注影响证据搜集的诸多因素，精心设计实验，合理选用材料，切实做好课前预先实验，发现问题及时调整，以确保学生顺利获取证据。

2.逐步强化学生搜集证据的意识

从问题的假设到解释，证据在其中起到了关键作用。在科学探究中，学生要清楚为什么要搜集证据，什么样的事实可以作为证据。这就要求学生对搜集证据的目的、方法、过程、用途等要有全面的理解，这样才能逐步强化他们重视证据的意识。

第一环节，教师带领学生回顾前期对于小孔与像关系的研究，在没有任何经验和知识之前，学生对蜡烛的光穿过一个小孔会成什么像难以有具体想法。在学习了光在空气中沿直线传播的知识后，基于所获得的间接证据进行第二次猜想，这时有6名学生的猜想与观察到的事实是一致的。这一次搜集证据的过程使学生学会了小孔成像实验中搜集证据的方法，并获得了一孔成像的直接证据，即蜡烛的光经过一个小孔会形成一个倒立的像，这一证据也进一步验证了光在空气中是沿直线传播的。这个活动让学生开始关注证据的价值，在他们心中埋下一粒重视证据的意识的种子。

第二环节的设计与一孔成像的探究具有连续性。教师提出“蜡烛的光经过两个小孔会有什么现象”的问题后，学生会积极反省上一阶段所积累的经验（直接证据）与所获得的知识（间接证据）并进行猜想与假设，引发了认知冲突（如图5）。

认知冲突出现之后，学生意识到需要搜集证据一探究竟。此时，对证据的关键性的强调是非常及时而且必要的，学生会有强烈的意愿去进行证据的搜集。有了上一环节的实验基础，本环节证据的搜集非常顺利。当学生检查证据时，他们心中重视证据意识的种子开始生根发芽。

第三环节，在一个蜡烛火焰通过两个孔会形成两个倒立的像的事实基础上，教师提出了新的探究问题：两孔成像中孔与像是怎样的对应关系？学生开始尝试对现象进行解释：因为两个孔会形成两个倒立的像，如果孔与像是一一对应的关系，那么再次证明光是沿直线传播的解释是正确的;如果孔与像不是一一对应的关系，那么就需要考虑其他因素，再次寻找其他证据。基于这样的观察预期，学生制订了探究计划，并搜集了孔与像对应关系的直接证据，积累了新的经验。以下是学生结合预期制订探究计划，主动搜集证据的教学片段：

师：两个倒着的像与这两个孔之间又是怎么对应的？在同学们的猜想中，出现了两种情况，有两位同学都认为会有两个倒着的像，但是仔细看，第一位同学认为孔与像的关系是一一对应的关系，也就是上面的孔成的像在上面，下面的孔成的像在下面。第二位同学认为孔与像的关系是交叉对应的关系，也就是上面的孔成的像在下面，下面的孔成的像在上面（如图6）。你们怎么想呢？

生：我不贊同第二幅的猜想。因为我们已经知道光是沿直线传播的，光在穿过小孔的时候不会发生转折。

师：事实到底是怎样的，我们还是需要拿证据说话。这个实验应该怎么做呢？怎么判断哪个孔跟哪个像对应？

生：我们组觉得，一共有两个孔，如果堵上一个孔，显示出来的是哪一个像，就是没有堵上的孔所成的像。另一个孔也是这样。

师：你们听明白了吗？谁能再来解释一下。

生：这位同学的意思是，如果你堵住一个孔，那么蜡烛发出来的光肯定就没有经过这个孔，而且上次我们也验证了，一个孔出来的像也是倒着的。我们看看如果把上面的孔堵上会出现哪一个像，再把下面的孔堵上再看看会出现哪一个像，这样就知道孔和像的对应关系了。

师：表达得真清楚。为了安全起见，老师给每个小组准备了一个棒棒糖模型，请使用它帮助你们完成实验。请同学们开始搜集证据吧。

从以上教学过程可以发现，学生在本环节中是积极主动地完成探究计划的制订的，他们开始学会根据自己的预期确定观察的目的，选择合适的观察方法，主动地进行证据的搜集。在进行解释时，他们更加重视证据的使用，自觉地运用已验证的知识，重视证据的意识在学生心中进一步发展。从统计数据可以看到，有了直接证据（科学事实）和间接证据（知识）的积累，本次探究有17名学生的猜想与事实是一致的，与第一次只有6名同学一致的数据相比有了很大提升。

第四环节提出的问题“三孔成像中会有怎样的现象，孔与像是怎样的对应关系”与前两个环节具有连续性，而且难度再次升级，小孔在数量上和空间上都更加复杂。基于前面的知识（间接证据）和多次的探究经验（直接证据），学生本次猜想從表达上看更有自信，而且还作出了假设：可能几个孔就有几个像，而且孔与像是一一对应的。如果搜集的证据与预期一致，就再次验证光在空气中是沿直线传播的，新发现的规律应该是正确的。带着这样的预期，学生进行了第四次证据搜集。

经过对事实证据的观察、积累并加以整理，学生已经能够结合多次获取的证据从原理上解释清楚孔与像的关系。从数据上可以看到，这一次全班31名同学的猜想与事实是一致的，这也说明增加事实（直接证据）对得出结论具有重要意义，此时，重视证据的意识已经在孩子们心中越来越强烈了。

从这几个环节的教学过程发现，学生在不断地获得和积累直接证据与间接证据，并主动进行比较、分析和推理的思维加工，他们的猜想与假设意识和能力悄然发生着变化。可以说，每一次假设都离不开上一次探究中搜集到的证据，每一次思维与反省，都使得下次的假设不断前进，最终获得有依据的断言。由此可见，对搜集证据的处理与分析不断推动着学生反省思维的形成。

3.利用回顾总结，培养学生对于搜集证据的元认知

科学教学的意义并不仅仅在于使学生获得科学知识，更重要的是引导他们经历获取科学知识的过程，培养科学探究的方法以及发展元认知的能力。

例如，在最后一次探究和教学结尾处，教师有意识地引导学生深化证据意识，进行反思性训练，从而提升了学生的元认知能力。本环节的教学片段如下：

师：我很想知道，你们这次怎么猜得这么准呢？谁来分享、评价一下自己的猜想？

生：我们前两次实验已经知道了光是沿直线传播的。三个孔也不例外，和刚才同学讲的一样，火焰顶端穿过第一个小孔到达这里，下面火焰穿过第一个小孔到达这里，形成一个倒着的像。后面两个孔也是一样的，那三个孔就形成了三个倒着的像。我很高兴自己还学会了怎样找规律。

师：很好！他是用我们学习过的“光是沿直线传播的”这个知识，也就是用间接证据猜对的，还自我评价学会了怎样寻找规律。还有没有用别的方法也猜对的？

生：我是靠前两次经验也就是直接证据获得这个结论的。我看第一次它有一个小孔，光又是沿直线传播，它会有一个倒着的像。第二次有两个小孔就有两个倒着的像，所以我认为第三次有三个孔就会有三个倒着的像。我发现，获取证据后的思考很有用，为下次假设提供了依据。

师：掌声鼓励。我们一起来回顾一下这个过程。在小孔与像的研究活动中，之所以我们的猜想假设越来越接近于事实，是因为我们的知识（间接证据）在一点点增多，我们的经验（直接证据）也在逐渐丰富，我们每个人都在不断地反思总结。

这里，我们可以把知识和经验都理解为事实，知识是概念性事实，经验是经验性事实。经验性事实是由直接明确的、经观察得来的证据支撑的事实，就是直接证据。概念性事实是人们深信不疑的一些观点，就是间接证据。

不管是预测还是作出假设，都有着由简单到复杂，由单因素到多因素，由不正确到逐渐接近正确，以“渐进”形式发展的特点。学生的这种发展正是依靠证据的增多和发现证据之间的联系，形成统一的整体而实现的。