在探究中培养学生的科学论证能力

来源:中小学教育 作者: 张宁素

   [摘  要]科学论证影响学生的思维方式，有利于学生概念的发展更靠近科学本质。本文从借助图示，架构初始观点；搭建支架，获取可靠证据；引发辩论，提升论证质量。它能有效地培养学生的证据意识，发展学生对科学本质的理解，从而培养学生的科学论证能力。

  [关键词] 观点；证据；论证
  小学科学倡导探究式学习，其主要特点是以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论。
  目前的小学科学教学中，学生在教师的指导下能进行较好地开展探究，但探究后，不能较好的将信息转化成证据，往往直接利用观察到的现象或数据直接得出结论。这样的教学不利于学生的思维发展。我们将科学论证引入课堂之中，能让学生感悟科学产生过程，形成科学的思维方式，发展对科学本质的深层理解。
  一、借助图示，架构初始观点 
  科学探究源于科学问题，当学生通过观察或参与情境体验，提出可研究的问题时，教师要引导学生对此问题展开大胆猜想，有理由地尽情发表初始想法。由于低年级孩子表达能力较弱，不能较好地展示自己的想法，中高年级孩子则对一些抽象的现象难以用语言清晰表达。因此我们在课前、课上，引导学生利用学习单画一画、说一说、比一比，使发言者明晰自己的初始想法，利于其他学生的补充和质疑。
  如教学《光是怎样传播的》一课前，给每个学生一份“光可能是怎样传播的”学习单，引导学生把自己的真实想法用图画下来。当学生在学习单上画灯光是怎样照亮房间的过程中，能回忆起生活中的光传播现象，为后面的观点交流提供初始的证据，也能让其他同学听懂他的想法。接着借助学习单进行交流，“我是用什么方式来表示光的传播路线？我是怎样想的？”引导学生有理有据地表达自己的观点。最后组织学生跟同伴的观点作比较，如：
  生1：我觉得光应该是直线传播的。因为影子是由于遮挡物挡住了光，光不能转弯，所以屏上就出现了遮挡物的影子。
  生2：我也是这样想的，影子的形状不一样嘛，那是因为挡光的部位形状不同形成的，这也可以证明光是直线传播的。
  生3：每当晚上，中山公园山顶的电视塔会发出射线一样的各种颜色的光，我看到这条光是直直的，所以我也认为光是直线传播的。
  师：大家的想法里面，有没有共同的地方？大家共同的观点是什么？
  生：光是沿直线传播的。
  从上面的片断中，可以发现，对于像光的传播方式这种抽象的内容，利用图示表达学生的真实想法，有利于在全班交流中明晰观点。当学生带着明晰的观点去寻找证据时，他们更能清楚自己需要什么样的证据，寻证目的明确且发自内心需求，使接下去的探究活动更具指向性。
  二、搭建支架，获取可靠证据
  论证活动过程中，我们要让学生明白，只有收集到可靠的证据才能用来解释自己的观点；证据越充分，结论越准确。在学生想法设法收集想要的证据时，教师则要为学生搭建好收集可靠证据的脚手架，使学生收集到的证据具有客观性、精准性、科学性，使论证更具说服力。
（一）引导“实验想象”，关注证据的客观性
  建构主义认为，学习总是与一定的情境相联系，利用直观生动的形象能有效地激发联想，使学习者能利用原有认知结构中的有关知识和经验去“同化”当前学习的新知识，赋予新知识以某种意义。引导学生“实验想象”，利于学生在探究过程中去重点关注所想象的实验现象是否正确，关注真正的实验现象是否可以作为证据来解释自己的观点。
  在《岩石会改变模样吗》一课中，学生的初始观点是“冷热（温度）、流水等作用都会改变岩石的模样”。那么如何设计实验证明观点呢？
  生1：我们可以把岩石放到太阳下去晒，然后用水浇。
  生2：我认同，但我认为晒一节课或者一天，是看不出什么的。
  生3：那我们可以做模拟实验，岩石先用火烧，然后放到冷水里，这样多次反复，可以减少实验时间。
  很多学生表示同意这种实验方法。
  师引导：那用火烧、放到冷水里，分别模拟自然界里的什么？
  为什么要反复多次？这样多次实验后，你认为可能会看到什么现象？
  生：岩石会有裂痕，可能会破碎，杯子里会有岩石颗粒掉落，水也会变浑浊吧！
  师继续引导：如果看到了这些现象，能说明什么？        
  ……
  这个环节中，学生围绕初始观点“冷热（温度）、流水等作用都会改变岩石的模样”展开实验讨论，通过“实验想象”后明确实验中可能看到的能证明观点的现象，在接下去的模拟实验中，他们会更关注所发生的实验现象。此时教师要引导学生思考：实验中哪些现象能作为证据，哪些现象与观点关系不大，从而帮助他们去获取客观的证据。
（二）优选结构材料，关注证据的精准性
  教学过程中，我们往往会发现，缺乏有结构的材料，会给学生收集证据带来干扰因素，造成实验现象不明显或各组数据偏差大，使证据缺乏说服力，造成论证活动效率偏低。
  因此在教学中，我们要以证据为本，提供充足的、与观点紧密联系的探究材料。操作这些具有严密结构的材料，能使学生观察到的明显的现象，获得准确的数据，使证据更直观精准，论证更加有效。
  五年级下册《沉和浮》单元中的《橡皮泥在水中的沉浮》、《浮力》、《下沉的物体会受到水浮力吗》，这几课需要研究物体的沉浮与它排开的水量间的关系，当学生试图用量杯或贴有自制刻度的烧杯来测量时，发现这些材料只能初略感知到排开的水量的变化，而不能收集到准确的数据变化。于是改进装置，设计了溢水杯。溢水杯杯口大，容易放入较大的橡皮泥、泡沫块等物体，排开的水直接流入量筒中，读数快速方便又精准。在《探索马铃薯沉浮的原因》一课中，自制溢水杯帮助量取与马铃薯同体积的清水和浓盐水，操作简单，数据准确，使证据的解释更加合理、科学。
  选用溢水杯这一有结构的材料进行实验，改定性研究为定量研究，大大降低了实验误差，提高了实验效率。同时也给学生启示，在寻找证据时，应该优选操作性强、能帮助获得精准证据的实验材料。
（三）给予多元示范，关注证据的科学性
  学生参与科学实验是获取证据的一个重要途径，但若实验不够严谨或操作不当，则会使实验数据出现偏差，导致不能得出科学的结论或得出结论比较牵强，缺乏说服力。因此在组织学生实验前，教师可根据本实验重点、操作难点等，运用多元方式适度指导示范，引导学生正确操作实验，使收集到的证据具有科学性。
  三年级上册《水能溶解一些物质》一课中，搅拌虽是学生第二次接触，但还需教师指导正确的操作方法。小苏打的溶解第一次接触，由于其溶解相对较慢，且在搅拌时比较难判断是否完全溶解，因此这一课实验前，我采用多种方式示范指导。
首先采用教师示范的方式，指导学生如何搅拌？如何观察、判断小苏打完全溶解？了解基本操作方法后，采用“微视频”方式指导学生开展严谨的对比实验。微视频中的小组来自于同伴，更能引发学习热情；视频中的四人小组分工明确，有效合作。微视频后，利用“问题串”的方式，让学生再次明确注意点，“看了视频中的小组做实验，你认为哪些操作很重要，你能提醒大家吗？”（如下一份物质什么时候加？怎么样算完全溶解等）
  多元化示范指导，确保了学生在本环节中收集到的证据具有科学性，也让学生知道了严谨实验的重要性。
  三、引发辩论，提升论证质量
  在课堂上，学生公布他们的解释，使别的学生有机会就这些解释提出质疑，指出解释中有悖于事实证据的地方，或者就相同的观察提出不同的解释。教师应关注发言者是否将收集的事实转化为证据，能否利用证据来解释自己的初始观点？发言者则对他人的质疑进行辩解，重新反思自己的解释。在生生互动、师生互动中，学生有机会解释、质疑、辩论，提升论证的质量。
  教科版六下《小苏打与白醋的变化》一课，学生围绕“小苏打与白醋的变化属于化学变化”这一核心观点寻找证据后，给每组1—2分钟的时间进行组内交流，先让学生厘清小组实验的结果与原先的观点之间的联系，然后组织全班交流。
  生1：小苏打与白醋混合后，有大量的气泡产生，所以我认为属于化学变化。
  师：大量气泡是你看到的现象，这能说明什么吗？
  生：说明产生了气体。
  生2：我认为产生的气体非常多，因为当白醋倒入集气瓶，和小苏打相遇后，气泡涌上来，毛玻璃片在不断地抖动，这是瓶内的气体太多了，而空间太小装不下那么多。
  师对生2：你些现象能不能为你的观点提供证据？
  生2：气体是新产生的一种物质，所以能支持我的观点：发生了化学变化。
  生3：我认为是属于物理变化，因为小苏打溶解在白醋里了，这跟食盐溶解在水里一样，食盐溶解是物理变化，所以小苏打和白醋也是物理变化。
  师：对于这个观点，大家有什么看法？
  生4：我不同意小苏打溶解在白醋这个说法。因为食盐溶解时没有气泡，而小苏打和白醋混合后却有大量气泡，这个现象是完全不同的。
  生5：食盐溶解在水里能再分离，而这杯液体里应该不能分离出小苏打了，因为它和白醋的一些成分已经变成气体了。
  ……
  这个片断中，学生将各种事实转化为证据，利用多个证据来证实或证伪不同的观点。通过相互质疑、释疑和补充，将己有知识、实验证据和新的解释这三者之间更紧密地联系起来，提炼出更为合理的解释。
  综上所述，科学论证贯穿在小学科学教学中，教师能够引导学生依据观点去收集可靠证据，并基于证据分析、解释自己的观点，促进学生有效建构科学概念，发展科学思维能力，提升学生的科学素养。
  参考文献：
  [1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.
  [2] 张红霞.科学究竟是什么[M].北京：教育科学出版社，2003.12.
  [3] 袁优红.新课程背景下小学科学有效教学探索：上学生喜欢的科学课[M].上海：上海交通大学出版社，2018.
  [4] 金娜.科学论证的课堂实践[R].北京：教育学院宣武分院，2014.
  (作者单位：浙江省宁波市奉化区锦屏中心小学 )