在科学探究中的培养学生“收集证据”能力

 

摘要：科学探究是一个收集证据和利用证据对科学现象做出解释的活动过程，它以提出问题是科学探究的开始，对问题的解释与结论为结束，而收集证据是科学探究得出解释与结论的唯一依据。小学科学探究中可以通过观察、实验、测量、调查、查阅公共资源等途径让学生能顺利地收集到所期望的事实证据；可以从指导制定探究计划、提供有结构的材料、动手与动脑相结合、用事实说话、对证据进行评价等方面使收集的证据真实、客观、准确、可信，培养学生的收集证据能力。

关键词：证据  收集  途径  能力

　 　

《科学（3-6年级）课程标准》（实验稿）提出，亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。科学探究包括提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等环节。收集证据是探究过程的一个重要环节，提出问题是科学探究的开始，对问题的解释与结论为结束标志，而收集证据是科学探究能否得出解释与结论的唯一依据。

一、收集证据在科学探究中的作用。

“证据”，顾名思义，就是证明的依据，它是为要证明的猜想、假设、理论服务的。科学探究中的证据可以是科学事实、科学史实，也可以是自然现象、生活经验，还可以是科学技术发展及其应用的重大成果、科学对个人和社会发展产生重要影响的事件等。

1、从假设——解释，关键是收集证据。

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，提出了科学问题，然后，进行合乎逻辑的、能自圆其说的假设，于是力图通过观察、实验等多种科学手段获得可靠的证据来支持其假设。如果证据能完全支持原有的假设，并经得起重复检验，原有问题的假设就得以解释或得出结论；如果证据能部分支持原有的假设，那么就要对证据不支持部分进行修正、完善，改进原有的假设，直到完全支持。因此，可以说科学探究的核心，是用研究获得的可靠的证据去解释世界。

2、收集证据是学生通过探究获得新知的关键所在。

科学事实是检验科学结论的唯一标准，证据是进行科学分析的根据。将观察、实验收集的证据与已有的知识联系起来，进行归纳、概括、推理等思维活动，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，并内化纳入学生的知识结构之中。如果不收集证据，假设就将变得毫无意义，探究将无法地进行下去，所探究问题的结论也就不可能形成。

3、收集证据是培养科学素养的需要。

“科学课既强调学生亲历探究的过程，还重视在实验的过程中搜集和积累数据，强调对事物的认识不仅要在质上认识，更要从量的分析中得出结论。由于定量分析会使学生的头脑更加精确化，更加科学化，只有用一定的数据来描述事物时，才算是达到了对事物内在性质的真正的了解。”因此，科学探究中，必须教会学生在重视数据的搜集和积累，提高科学探究能力。在这个过程中，学生积累了科学知识，训练了能力，尤其是在科学精神、科学态度、科学的价值观等方面都易积累感性经验，受到锻炼。科学素养就是在这样不断探究中逐步形成和提高的。

二、小学科学探究中收集证据的途径。

科学探究中，证据的获得是学生通过自己的感官或借助于工具、仪器等，对自然情境下的观察和测量以及在实验室中进行的实验和测量进行，图书馆、阅览室、互联网上查阅资料，结合自己的已有知识经验，对问题的假设作出解释和结论。

1、观察。

观察是科学探究中收集证据的主要方式，是获取感性材料的基本途径。观察是围绕一定的问题，在一定的观察和测量工具的支持下，尽可能多地搜集有关研究对象的相关证据。

教学中要引导学生有目的、有计划地利用多种感觉器官，进行全面、深入的观察，要引导学生灵活选择观察方式，及时调整观察思路，从不同的角度思考和分析观察的实验现象，做到观察和思考相结合，要引导学生客观地进行观察，即采取实事求是的科学态度，观察到什么就如实地反映什么，不修改实验现象及数据，对观察结果进行客观评价；既全面又分清主次，善于排除观察中各种无关因素的干扰；要引导学生敏捷地捕捉稍纵即逝或不易发现的反应现象，不忽视某些细微的变化情况。

例如，教学“热往哪里传”时，首先提出问题：热在金属里是怎样传递的？其次让学生假设：让学生预测热在金属里是怎样传递的，并画出传递的示意图；最后学生进行观察验证：在一块金属片均匀地涂满一层蜡烛油，然后在金属的一角用蜡烛进行加热，让学生注意观察金属片上的蜡烛油的溶化过程。学生通过细致观察实验的过程，发现蜡烛油是呈扇形散开的。这证明热在金属里沿着物体进行传递的，从高温处传向低温处。

2、实验。

实验也是科学探究中收集证据的另一种主要方式。实验是一种有计划的、在控制条件的基础上进行的系统观察方法，通过系统地变化某些条件来引发不同的实验现象，目的在于确定条件与现象之间因果关系。实验更鲜明地体现了人在问题探究活动中的目的性、主动性、计划性，因而更复杂更精细，收集的证据更有说服力。

小学科学中模拟实验和对比实验是实验的两种基本类型。模拟实验真实地再现事物运动变化的过程，清楚地说明了物体运动的机理。对比实验，对变量的控制尤为重要，它直接影响到实验的公平性与实验证据的可信度。在教学中，要明确实验中要保持不变的条件是什么？要改变的条件是什么？要让学生感受并理解控制实验变量的重要性。首先要梳理影响实验的因素（变量），其次是控制变量，并在实验过程中始终要关注实验变量的有效控制。

例如研究“影响电磁铁的磁力大小的因素”时，学生提出的假设有：“与电池的节数有关”、“和线圈的匝数有关”、“可能和电池的极性有关”等，验证实验时，通过提问：每次实验时哪些条件是不变的，改变的是哪个条件？为什么要这样？学生思考、讨论后明确对比实验时必须公平实验条件、只能改变一项影响结果的因素。

3、测量。

测量是科学探究中收集证据的重要方式。所谓测量，是指用实验的方法，将被测量（未知量）与已知的标准量进行比较，以得到被测量大小的过程；是对被测量定量认识的过程。小学科学探究中经常要测量诸如温度、距离、时间等，直接获取证据。

测量需要有工具。长度——直尺；质量——天平；时间——秒表；体积——液体或形状不规则的固体梯级的测量：量筒、量杯；力—测力计等。

科学探究活动中测量时要注意：

①正确读出刻度尺的零刻度、最小刻度、测量范围；

②把刻度尺的刻度尽可能与被测物体接近，不能歪斜；

③读数时，视线应垂直于被测物体与刻度尺；

④除读出最小刻度以上各位数字外，还应估读最小刻度下一位的数字；

⑤记录的测量数据，包括准确值、估计值以及单位（没有单位的数值是毫无意义的）．
4、调查。

调查也是科学探究中收集证据的重要方式。调查是指围绕一定的问题，通过访谈、问卷、测试等形式，有目的、有计划地搜集有关研究对象的材料和数据，并据此认识事物、发现规律的探究方法。

科学探究的调查通过学生对家庭、学校、社会的访问、咨询；去自然、生活区、工厂等实地察看以捕获信息，收集证据，了解我国人口众多、资源有限的基本国情、了解与掌握有关科学技术的基本知识，培养对科学的兴趣、求知欲及社会责任感。

例如教学“自然水域的水是不纯净的”时，不仅要让学生亲眼看到我们周围的自然水域，切身感知自然水域中的水，到河边、池塘边去观察、调查：自然界的那些水怎么样？

5、查阅公共资源。

查阅公共资源是收集证据的常见方式。查阅公共资源是围绕一定的问题，通过检索和阅读文献资料，寻找问题答案的过程。文献资料包括图书资料、手稿、书籍、报刊、影片、录音（像）带、幻灯片、互联网资源等。

在探究过程中，教师注意培养学生通过公共信息资源来收集解决问题所需要的证据的意识和初步能力，鼓励学生阅读科普书刊杂志，收看有关科普电视节目，上网浏览、查询，阅读了解某些产品说明使用书等。

例如，研究“恐龙灭绝的原因”时，有的学生学会从图书馆、阅览室所收藏的图书和报刊中收集有关证据，有的学会从图书索引中查找自己所需要的条目，能从自己需要收集的资料内容来选择应查找的刊物，有的尝试用摘抄和复印的方式来收集所需的证据，有的从互联网上查找与证据有关的网站，下载所需要的证据。

三、培养学生收集证据的能力。

在科学探究中，收集证据这一环节是我们花力气最多的地方，也是决定着探究是否有效，因此，教师要通过激励和帮助，促使每一个学生都能够积极主动地参与，教师要给予学生最大限度的自主权和充裕的时间，同时又要发挥必要的指导作用，培养学生收集证据的能力。

1、指导学生制定探究计划。

科学探究不能盲目进行，应该选择取得证据的途径和方法，决定收集证据的范围与要求，明确探究的目的以及所需要的材料、仪器和技术等，并拟定相应的计划，从操作角度来说制定探究计划就是猜想与假设的具体化、程序化，计划的条理性、完整性、可行性、方向性直接影响后续探究活动的进行和成败。

（1）分析：该探究活动要解决哪几个问题，每个问题有哪几种解决问题的方法，根据现有的条件和探究的要求，各应该选择哪种方法为好，然后根据这些被选中的方法确定需要什么实验器材、按这些方法的逻辑关系构思出探究步骤。

（2）反思：在制订计划的过程中，学生必须明确在探究活动中，为什么要这样做，先做什么，再做什么，最后做什么，还应该注意些什么。

（3）讨论：对探究计划进行小组讨论，让组内、组外评价计划的可行、缺陷，提出更好的改进措施，集众家之长，教师适时、适当加以点拨，确保探究顺利进行。

2、提供有结构的材料。

要使学生收集证据更有效率，使观察实验取得良好的效果，材料的选取非常重要，科学学科要求教师提供给学生有结构的材料。所谓“有结构的材料”就是教师经过精心设计的典型教学材料的组合。这种材料的组合，既要揭示教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生的日常生活，还应具有趣味性，使学生喜欢并有能力通过对材料的探索来发现问题，解决问题，获取新知。正是这些“有结构的材料”才把有结构的知识、有结构的活动有机地联系起来。

例如教学“空气在哪里”，教师可以提供以下典型而有结构的材料来达到学生探究的目的：①.用塑料袋来做“捉”空气；②.用感官来感知空气并描述（看、闻、尝、摸……）；③.用天平来称充满气的气球和放掉气的气球；④.探究一些简单表面有孔的物体海绵、蛋糕……是否有空气；⑤.探究表面看似无孔的物体如木头、粉笔……是否有空气，最终使学生理解空气无处不在、无孔不入，空气充满空间。

3、动手与动脑相结合。

科学探究中不仅要动手更要动脑，动手前先动脑。要根据不同的要求，让学生发挥想象，作出实验安排。这样学生既动手，又动脑，能有效提高实验能力及科学探究能力。探究要强调动手做，但更强调动脑想。毕竟，真正的学习不是发生在学生的手上，而是发生在他们的头脑里。这包括强调学生在观察中的思考、对探究问题进行猜测、为后续实验制定探究计划、考虑变量的选择和控制、对获得的数据进行分析整理、在与同伴的对话和交流中相互质疑和评价、反思自己的假设、考虑可能的其他解释、得出结论和作出报告并向其他人展示或陈述等等。

因此，动脑是有价值的动手活动的前提，而充分、恰当的动手活动势必引发深层次的动脑活动，两者的结合会相得益彰。

4、指导学生做好科学记录。

科学记录是学生科学探究活动中重要的实验证据，它记录了学生科学思维的轨迹，是他们研究的经历，也是我们评价学生科学学习的重要依据。探究中的记录很重要，必须要求学生力争做到：一是准确无误，即观察到了什么就记录什么，不能凭主观想像，更不能凭空捏造、编造实验现象和数据；二是周密完整，即要根据实际情况，尽可能将探究全过程记录下来，如日期、目的、仪器和装置、步骤、现象和数据、实验条件等，不能凭主观随意取舍；三是形式多样，可以用文字、画示意图、符号、统计表等自己最擅长的方式来记录。

科学探究中让学生学会仔细观察实验现象，既要强调对结果的观察，更要强调对过程的观察，准确记录实验事实，使学生通过观察，全面了解事物的变化过程，了解变化过程导致的变化结果，树立事物是发展变化的辨证观点。

5、对证据进行评价。

收集证据的过程还是学生自我反思、自我评价的过程。学生要运用多种形式对证据进行整理、加工，去伪存真，去粗取精，要将所获得的证据与他人进行交流，并对证据的可靠性进行评价，将所收集的证据及时、仔细、全面、分类、不间断地进行整理，可以反映出学生科学素养的发展、进步情况，成为学生成长记录的重要组成部分。

科学探究中对收集证据进行评价，主要从以下方面进行评价：

①观察是否全面，计划是否合理，测量是否准确，表达是否清晰；

②是否尊重事实，尊重证据，能否大胆想象，勇于创新；

 

 

 

 

 参考文献

[1]科学（3－6年级）课程标准:中华人民共和国教育部制订.北京师范大学出版社.2001.7 

[2] 罗星凯：探究式学习：含义、特征和核心要素， “科学探究性学习的理论与实验研究”课题组

[3] 史柏良：在科学探究活动中提升学生科学素养的策略研究

[4]《美国国家科学教育标准》：科学技术文献出版社，1999年；