寻证?印证?求证

包青锋 俞丽玮

作者简介：包青锋（1984～），男，汉族，浙江杭州人，浙江省杭州高新实验学校，研究方向：课堂教学实践；

俞丽玮（1985～），女，汉族，浙江余姚人，浙江省杭州滨和中学，研究方向：课堂教學实践。

摘 要：发展学生核心素养是《义务教育科学课程标准（2022年版）》赋予的教学使命，也是新课程改革的基本理念之一。“实证思维”属于“态度责任”和“科学思维”范畴，是在进行科学探究的过程中必须学会的一种科学思维方法，属于科学核心素养中的关键能力之一，文章以《阿基米德原理》一课为例，重点阐述了在探究实践中，培养学生“实证思维”的具体途径，即通过真实问题的情境创设，引导学生经历“寻证”“印证”和“求证”过程，运用实证思维方法，培养实证思维能力。“实证思维”还有助于学生建立实事求是的科学态度与责任，有助于学生养成分析证据的习惯，有助于学生形成批判性思维和论证意识。

关键词：核心素养；探究；实证

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1673-8918（2024）21-0001-05

一、 体现“实证思维”的科学教学现状

（一）探究留白太少，缺乏实证思维

探究过程中，很多教师为了确保学生可以高效地完成实验，会把实验目的、实验器材、实验步骤、注意事项等全部梳理在活动单上，学生只需要按照活动单上的步骤完成实验即可。对一些需要学生独立、创新完成的实验步骤，教师通过实验单的方式进行具体呈现，这种探究方式留白太少，学生经历了一种“只动手不动脑”的实验历程，由于操作的机械化，学生并没有经历真实探究，在探究过程中缺乏实证思维，最多只能算是验证性实验，其中暴露的也不过是学生实验操作中的问题，缺失了探究的意义，也不利于培养学生的实证思维能力。

（二）急于得出结论，缺乏实证意识

学生缺乏实证的意识，主要体现在以下三个方面：一是在探究实践过程中通过一、两个实验现象或事例就急于得出结论，没有依据系统的证据论证得出结论的意识；二是对实验中出现的一些“不合常规”数据缺乏敏锐的捕捉意识，那些有价值的“不合常规”被不合理地忽略了，不去深入分析“不合常规”数据或现象产生的原因，急于得出教材中的实验结论，缺少对实验真实数据的必要尊重；三是学生获得的实验证据或结论与他人不同时，缺乏依据证据大胆提出自己观点的科学态度。

（三）不会分析论证，缺少推理能力

《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出科学核心素养之一是科学思维，而三大科学思维之一就是推理论证。在课堂上，教师只注重科学知识的教授，缺少对学生归纳与概括、比较与分类等思维能力的培养，因此学生在探究时，会为实验而实验，为探究而探究，不明确收集何种数据，不清楚收集信息的方法，不会对实验证据进行有效的分析及处理，在“不合常规”现象面前，不敢质疑，不具备申辩思维和证据推理等学科关键能力。

基于以上分析，在教学实践过程中通过优质的教学活动设计，引导经历真实有效的探究，是落实学生核心素养的主要手段，而培养学生“实证思维”能力又是发展学生核心素养的主要目标。所谓的“实证思维”是指基于实证，运用科学推理，引导学生在寻证的过程中进行质疑和反思，在证据和主张（观点）之间建立逻辑关系，对相关现象和数据进行理性分析和处理，并做出有逻辑的阐述。

二、 基于“实证思维”的教学设计

（一）模型分析

立足学生核心素养发展，培养学生实证思维能力的教学设计：以知识为载体，夯实学生的基础知识，落实科学观念；从培养学生实证意识入手，质疑反思，引导学生进行真实的科学探究，在不断地“寻证”“印证”和“求证”中逼近事实真相，从而提高学生推理认证、创新思维等能力；从态度责任上，培养学生实事求是、严谨务实的科学态度。

如图1所示是基于实证思维的教学设计，其本质内涵是：从某一科学知识或科学观念入手，学生根据相关的事实、数据及收集到的资料等，先进行初步推理，提出可探究问题并做出假设。设计实验方案，收集新的事实，获取新证据，从新旧证据对比中，发现偏差，引发学生质疑，修改方案，进入迭代后的新探究，最终实现新旧证据的互相映衬。在该过程中，通过反思培养了学生的实践操作能力，促进了学生推理认证和创新思维能力的提高，使学生对原有观念的认识有了新的定义和升华，同时建立起实事求是、用事实说话的正确的科学态度。

（二）设计思路

现以《阿基米德原理》一课为例，说明“实证思维”课型的教学设计思路。

根据以上模型分析，该课例有3条逻辑主线，分别为素养线、知识线、方法线。教师的重点干预场合在：学生基于实证意识质疑课本上阅读资料（图2），阅读资料中把阿基米德这个故事定位成“传说”。既然是“传说”，可能是假的，也可能是真的。其真假的判断就是一种绝佳的科学探究动机。

材料中有一段话：“依次把王冠和等重的纯金放到盛满水的盆中，通过比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子。”验证这句话的真伪成了本次研究“寻证”的起点。引导学生围绕这个寻证起点，运用科学推理，在“质疑—寻证”的不断循环中建立逻辑关系，接近事实的真相。这样的教学设计，既是一种兴趣激发手段，又是一种绝佳学习动机，事实到底如何？学生都想试一试。在该过程中，学生的“实证思维”能力得到了有效的锻炼。

三、 基于“实证思维”的探究实践

（一）聚焦中心问题，培养“寻证”意识

书本阅读资料（图2）中的一句话：“依次把王冠和等重的纯金放到盛满水的盆中，通过比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子。”事实真的如此吗？为了解决这一中心问题，引导学生经历了理论分析、探究实践、质疑反思等过程，根据探究的结果，发现理论成立的科学现象与事实不一定相符。当探究结论和课本内容（理论成立）不相符合时，是迁就课本还是寻证续探？我们选择了后者。进一步探究的价值，就是探究的敏锐性和实证意识的体现。

“寻证”意识：书本上的阅读资料往往会被老师和学生所忽视，而阅读资料往往也蕴含着科学家的探索历程或探究实践过程中存在的困惑，若在平时的教学过程中能关注这些细节，引导学生提出疑问，并进行探究实践，变被动探究为主动探究，从而激发学生的寻证意识。

（二）借助资料背景，进行“印证”实践

“印证”实践需要以事实为基础，以实验操作过程中产生的相关数据作为支撑。在这里，笔者引导学生通过模拟实验获取事实与证据，从而质疑中心问题。

资料背景：已出土的桂冠最重714g，但可能有少量叶片脱落。设桂冠重1000g，若为纯金则体积51.8cm3；若含有30%的银，则体积64.8cm3，增大13cm3。

“印证”实践：

模拟实验：用纯铜制作的王冠模拟金王冠，用铜中掺了铁的王冠模拟掺了银的金王冠。两个模拟王冠质量相同，分别用排水法测量王冠的体积。

学生分析得出：通过测量相同质量的真王冠和假王冠体积判断，假王冠排开水的体积应大于真王冠排开水的体积。为了测量王冠和纯金的体积，在这里用到了排水法。

实践发现一开始两个量筒中水的体积都为 1000 毫升，分别放入真、假王冠后，两者的体积都为 1020 毫升。实验显示两个王冠排开水的体积基本一致，无法通过“比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子”。

“寻证”实践：通过资料背景——王冠的相关数据，引导学生通过实践去判断该方法是否适用，去判断阿基米德可能用到的方法，引导学生感受科学家研究的背景。通过实践操作来寻证传说的真实性。

（三）跳出思维禁锢，实施多维“求证”

通过“印证”发现，“依次把王冠和等重的纯金放到盛满水的盆中，通过比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子”的实验过程并不真实，也就是阅读资料中提到的关于阿基米德测皇冠的“传说”不是真的。

一般的教学，关于“传说”的探究也就到此为止了。

但是笔者引导学生不要轻易否定既定结论。去尝试用进一步“求证”的方式，让“传说”的探究进一步延续。假如你是阿基米德本人，当你发现无法通过真假王冠溢出的水量来判断王冠真假的时候，有无进一步求证的方法？

“求证”方案一：利用放大原理

学生探究1：利用连通器原理将容器内的体积变化转化为右侧细玻璃管中体积的变化（图3），观察两次实验的数据，并分析。

发现掺了铁的铜王冠水面上升的体积比纯铜王冠水面上升的体积略大。

实验衔接：回顾上节课瓶子浸入水中的实验，当瓶子压入水中的体积越大，手受到瓶子向上的力越大。同时水槽中的水面在上升。

学生探究2：浮力的大小可能跟什么因素有关？

学生利用弹簧测力计、水槽、重物等实验器材进行实验验证。

探究结论：浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。

引出阿基米德原理：浸在液体里的物体，受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。

“求证”方案二：利用杠杆原理

在通过各种实验逐步接近事实真相时，再次给予学生新的认知冲突，激发学生解决新问题的欲望，从而拓展学生思维。

出示老师在科技館中看到的实验装置（图4），发现掺了假的金王冠和相同质量的金块在空气中能达到平衡，放入水中时平衡被破坏了。引发学生进一步“求证”实践。

“求证”实践：

1. 将相同质量的纯铜王冠和掺了铁的铜王冠分别放置在杠杆两侧，杠杆平衡；

2. 将两边王冠同时浸没在液体中，观察杠杆的平衡情况，并记录。

学生汇报实验结果：放掺了铁的铜王冠的一端上翘。（图5）

引导学生对水中王冠和金块进行受力分析，并解释出现这一现象的原因。从而拓展学生的思维，阿基米德当时测量真假王冠还可能利用浮力的方式，落实实证思维的培养。

多维“求证”：帮助阿基米德借助更科学的原理——放大原理、杠杆原理，引发学生的思维冲突和继续探究的欲望，用实证来检验装置的真实性，同时渗透学科方法，培养学生勤于思考、敢于质疑的优良品格，拓展学生的思维。

本节课的教学设计从为了证实“依次把王冠和等重的纯金放到盛满水的盆中，通过比较溢出的水量，得知王冠中掺了银子”入手，引导学生经历“寻证”“印证”到“求证”这一系列科学探究过程。在“寻证”中聚焦真实的探究问题，在“印证”中推翻原有证据，在“求证”中建立新证据，并逐步建构阿基米德原理的概念模型，学生的认知过程也经历了从“平衡”到“不平衡”到“再平衡”的循环过程，该过程中学生的“实证思维”得到了有效的落实和培养。

在科学教学中，基于实证思维进行的教学案例有很多，例如《地球的形状和内部结构》一课中，笔者以探寻人类认识地球形状的历史为主线，设计了一系列的寻证链，引导学生提出相关印证链，在印证链的基础上进行相应的求证，进而训练学生的实证意识，提升学生的核心素养，具体探究设计见图6。

该教学案例的最大特征是利用地球形状的科学发现历史脉络，提炼了寻证链、印证链、求证链，在培养学生“实证思维”的基础上，感受科学发展的逻辑规律，有助于学生理解科学本质。

四、 基于“实证思维”的成效与反思

（一）实践成效

1. 实现了课堂结构的改变，变被动为主动

科学是以实验为基础的学科，引导学生进行科学探究，能让学生更加积极地通过动手、动脑来验证有关的科学概念、定律，激发学生学习科学的兴趣，有助于知识的自主建构。在基于培养学生实证思维的课堂教学中，学生在反思、质疑的基础上，主动寻证、印证、求证，进行实证探究，实证一定是建立在实践操作的基础上的，所以该“实证思维”的模型提高了课堂教学的参与度，将传统的被动操作转化为主动探究。笔者发现在这样的课堂中，学生思维的活跃度和灵活度更高、更持久。

2. 实现了课堂探究系列化，发展创新思维

在实证思维的课型环境下，课堂的情境属于真实情境，并且该真实情境还体现了两大特征：第一，该真实情境一定能引发学生的共鸣和质疑，诱发学生去积极寻证；第二，该真实情境能形成探究系列化，通过“是真的吗？”等形式，让学生在寻证的基础上开展印证和求证这一系列化循环探究，培养学生的“质疑”精神和实证意识。所以，实现课堂真实情境系列化也是本研究一个成果。同时，在“是真的吗？”这种真实情境的刺激下，学生的创新潜能得到有效激发，往往能从不同的角度去分析、思考问题，提出新颖而有价值的观点。如在证伪阿基米德测王冠故事的案例中，学生就从多个角度，创造性地提出了求证方案，采用转化与放大法、杠杆和浮力引入法等方法完成任务，这就是创新思维的一种良好体现。

（二）实践反思

1. 有选择的实证思维——解决思维的深度问题

对有些课程内容，基于实证思维的探究实践学生会提出各式各样的疑问，而一节课的时间有限，有时候不得不有选择地抛弃一部分猜想，对学生实证思维培养会出现冲突；有些学生提出的疑问受实验器材的限制，也很难做到一一实证。如何选择，从而解决思维的深度问题需要继续实践。

2. 有综合的实证思维——解决思维的广度问题

科学是一门综合性课程，包括了物理、化学、生物、地理四门学科的内容，那么在使用实证意识下的探究实践教学时是否可以尝试将学科间的内容打通，逐步引导学生进行更为完整、思维含量更高的科学探究，这也是笔者接下来需要继续思考的问题。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］胡先锦，胡天保.基于发展学科科学素养的高中科学教学实践与思考［J］.中学科学教学参考，2016（4）：4-6.

［3］李陈.核心素养视角下的初中科学实验教学实践［J］.中学教学参考，2020（4）：81-84.

［4］陈海深.基于核心素养的科学探究活动与设计——以“炒过的加碘盐是否含碘”探究活动为例［J］.教育与装备研究，2019（2）：39-43.