陆永胜
摘要在科学课堂上,学生有效进行科学探究的过程其实就是学生基于证据学习的过程。探究学习要经历依据问题进行假设,制订计划设计实验,进行实验获取结论等环节。在实际教学中,时常会出现假设证据的不合理,研究证据的不可行,获得的证据不正确,运用的证据不全面等现象,使得基于证据的学习虚假化,导致科学探究失败。在教学中,教师需要关注学生学习证据的有效性,引导学生顺利完成科学探究的目标。
关键词 科学探究 证据运用 实验设计
中图分类号:G424文献标识码:ADOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.015
Reflections on the Application of Evidence in Scientific Inquiry
LU Yongsheng
(Jiangsu Pizhou Tiefu Lianfang Primary School, Xuzhou, Jiangsu 221300)
Abstract: In science class, the process of students’ effective scientific inquiry is actually the process of stu? dents’ evidence-based learning. Inquiry learning should go through such links as making assumptions according to problems, making plans, designing experiments, carrying out experiments and obtaining conclusions. In practi? cal teaching, there are often phenomena such as unreasonable hypothetical evidence, infeasibility of research evi? dence, incorrect evidence obtained and incomplete evidence used, which make evidence-based learning false and lead to the failure of scientific inquiry. In teaching, teachers need to pay attention to the effectiveness of students’ learning evidence and guide students to successfully complete the goal of scientific inquiry.
Keywords: scientific inquiry; application of evidence; experimental design
在科学课堂上,学生有效进行科学探究的过程其实就是学生基于证据学习的过程。探究学习要经历依据问题进行假设,制订计划设计实验,进行实验获取结论等环节。各环节都要基于一定的证据进行,比如作出假设时要运用合理的证据,探究过程中要根据实验获得的证据得出结论,拓展运用时要运用的实验结论(学习证据)解决实际问题等。在实际教学中,时常会出现假设证据的不合理,研究证据的不可行,获得的证据不正确,运用的证据不全面等现象,使得基于证据的学习虚假化,导致科学探究失败。在教学中,教师需要关注学生学习证据的有效性,引导学生顺利完成科学探究的目标。
假设的证据要有合理性
探究学习是学生科学学习的重要方式,作出假设是科学探究的重要一步。《义务教育小学科学课程标准》要求,能基于所学的知识,从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设,并能说明假设的依据。这是要求学生不仅能对要研究的问题作出假设,更要做到假设有依据。科学研究是讲究证据的,科学教师应该有意识地培养学生的证据意识。
培养学生的证据意识可以从解决问题的假设开始。假设的依据就是假设的证据,假设也叫猜测。如低年级让学生看动物的影子,猜是什么动物。学生每猜出是什么动物时,都要求说出猜测的理由,他们的回答就不是胡猜的,而是有证据的,都是依据动物的形体结构特征判断的。对于高年级学生可以加大难度,有的教师设计了这样的训练:出示动物的身体的某一小部分,让学生以小见大猜测这是什么动物。学生也需要利用动物的最明显的身体特征这个证据做出自己的判断。
经过长久的训练,学生的证据意识会逐渐增强,他们会意识到:要做到假设合情合理,证据就应有依有据;如果假设时信口胡猜,不考虑假设的证据合理性,那么研究就将无从下手。
在执教“蚯蚓的选择”相关内容时,教师让学生说说蚯蚓喜欢生活在什么样的环境,有学生说蚯蚓喜欢生活在泥土里,教师问他是怎么知道的,学生说,在爸爸翻地时他看到了一些蚯蚓。教师问泥土里是怎样的环境,一下把学生问蒙了,不知如何回答。又有学生说蚯蚓喜欢生活在水泥地上,教师问他这样认为的理由是什么,学生说他在家门口的水泥地上见过爬动的蚯蚓。第一个学生回答得没错,但是他不知道泥土的环境要是黑暗潮湿的,才适合蚯蚓生活。第二个学生的假设是错误的,一场大雨过后,蚯蚓为避免被水淹,爬到水泥地上是正常的,然而他把偶然的现象当成了假设的依据。这样假设证据的不合理使得接下来的探究无法正常进行。
证据的来源要有可行性
针对要研究的问题进行假设后,就要围绕假设的内容进行研究了。科学课上的探究大都通过实验进行的,设计实验方案是探究的基础。实验方案是学生個人或小组智慧的结晶,它的周密性和可行性制约着研究的过程,影响着研究的结果。
在执教“蚯蚓的选择”相关内容时,教师让学生设计研究计划,有学生说把蚯蚓放在黑暗潮湿的地方,看它是否适应这样的环境,再把它放在明亮干燥的地方看它是否适应此环境。这是学生的实验设想,缺乏具体而可行的实验方案。于是,教师引导学生细化实验设计:怎样做才能知道蚯蚓适应黑暗潮湿的环境,还是适应明亮干燥的环境呢?有学生说,用一个长盒子制造两个环境,盒子的一半放上潮湿的土壤并且遮上光线,盒子的另一半放上干燥的土壤并且不遮光,把一条蚯蚓放在正中间,观察蚯蚓爬向哪边的土壤。从两个学生的设计方案可以看出,后一个学生设计的方案比第一个学生设计的方案更容易操作,但是这两个方案都不科学,因为这是公平实验,只能改变一个条件,不能同时改变明亮度和干湿度两个条件。
最后经过教师的指导,学生明白这次研究要分成两个实验进行,一次是研究蚯蚓喜欢干燥的环境还是潮湿的环境,另一次是研究蚯蚓喜欢黑暗的环境还是明亮的环境。同时为了尽量排除其他因素的干扰,每一次放入的蚯蚓数量不应该1只,而是10多只,且重复实验不少于3次。只有研究的方案是可行的,使得证据来源有了保障,实验研究才是可行的。
获得的证据要有真实性
制订的方案即使是可行的,也不一定能保证探究的结论就是百分之百真实有效的。如执教“蚯蚓的选择”相关内容时,在确定好研究方案后,教师又通过视频让学生知道实验时的注意事项,如怎样投放蚯蚓,如何观察,观察多长时间,如何计数,如何收取蚯蚓等。但是在实验中依然会有个别组的实验现象与别的组不同,影响最后的结论。在6个小组中有4个小组发现,有少数的蚯蚓选择明亮的一端。其中有一个小组放了15条蚯蚓,有6条蚯蚓选择了明亮的一端,2条待在了中间,只有7条选择了黑暗的一端。这是学生真实记录的,但是这样的数据是不能得出蚯蚓喜欢生活在黑暗的环境里这个结论的。
于是,教师让学生分析原因,一个学生说,在明亮一端盒子的内壁被涂成了黑色的,蚯蚓待在那儿,说明蚯蚓还是喜欢黑暗的环境。学生这样的解释说明了教师提供的材料存在问题,既然是光亮的一端,为啥还要把内壁涂成黑色的?还有学生认为明亮的这边有个缺口,蚯蚓以为从缺口爬过去外面就是黑暗的——这样的解释是没有说服力的。仔细看了学生的实验操作,可以发现教师提供的用来装土壤的盒子长度不够,用手电筒在盒子的一端照,盒子本该是黑暗的那部分几乎也是亮着的,再加上盒盖的中间又开了一个口,无法形成一个明暗对比的空间,这是影响实验真实性的原因之一。
另外,蚯蚓喜欢安静的环境,不仅要求噪声小,而且不能有振动。实验时的环境是嘈杂的,无法保证每一个小组的盒子在观察中不被学生触动,这都影响蚯蚓的正常行为,这也是影响实验结果真实性的因素。所以在实验观察探究中,考虑的因素不够周全,无法排除干扰因素的话,获得的结果就不真实。
运用的证据要有最佳性
学科学是为了用科学,学生通过实验探究获得的结论也是学生学习的证据之一。用实验获得的知识解决实际问题,这就是学习证据的运用。执教“溶解的快慢”时,通过实验研究,学生明白溶解的快慢与是否搅拌、水的温度和物体颗粒的大小有关。这时教师让学生说说,如何能尽快地喝到一杯浓浓的冰糖水。学生就会学以致用,利用所学的知识去回答,但最佳的方法就是把加快溶解的三种方法全利用上。
同样地,学完了“运动与摩擦力”相关知识后,学生通过探究获得了摩擦力的大小与接触面的光滑程度、物体的重量有关的科学发现。有教师在课的结束部分出了这样的问题:最近学校要举行拔河比賽,每班挑选20名选手组成代表队参赛,你觉得我们班应该怎么做取胜的概率会更大些?学生开动脑筋,想出各种妙招。从增大拉力方面考虑,想到的办法有:从力气大的同学中挑选队员,拉绳时尽可能地身子向后倾斜增加阻力,有人统一指挥或喊号子就能集中发力汇聚成最大的拉力等。从增大摩擦力方面考虑,想到的办法有:挑选体重较重的学生当队员,队员应穿着鞋底凹凸不平的鞋子等。讨论交流后,学生想到如果综合考虑各方面因素,那将是最佳的方法。运用所学知识解决问题应该选最佳的方法,因为这是最高效的。
事实上,学习证据影响着学生的科学探究,如果这些学习证据是科学的、正确的,那么学生的科学研究将是有效的,否则学生的科学研究将是徒劳的,得到的结论也可能是谬论。