杜偉 張艾妮

一、實驗記錄單：證據(jù)與科學結論之間的橋梁

教育部2017年印發(fā)的《義務教育小學科學課程標準》提到：科學探究是圍繞已提出和聚焦的問題設計研究方案，通過收集和分析信息獲取證據(jù)，運用創(chuàng)造性思維和邏輯推理得出科學結論的過程。在科學世界的價值觀里，“證據(jù)”扮演的角色到底有多重要呢？一條被廣泛認可的觀點是科學命題一定要有可證偽性，不能通過證據(jù)被證實或證偽的理論不能成為科學理論。這是科學之所以為科學的典型特征。反過來想，只要有一個觀測事實或證據(jù)不支持相對論的邏輯，其科學性就會被質疑，甚至被推翻。

如此看來，在小學探究型科學課的開展過程中，如何幫助學生更好地發(fā)現(xiàn)和呈現(xiàn)證據(jù)，是必須要著重考慮的環(huán)節(jié)。作為記錄證據(jù)的重要載體，證據(jù)與科學結論之間的橋梁——探究活動記錄單，更是教學設計的重中之重。以“聲音是怎樣產(chǎn)生的”探究記錄單優(yōu)化設計為例，探討如何利用“模塊化連線勾選式”記錄單幫助學生在證據(jù)和科學結論之間建立邏輯關系。

二、常見的實驗記錄單設計

(一)開放式記錄單設計

“聲音是怎樣產(chǎn)生的”主要是讓學生通過觀察鼓、鋼尺、橡皮筋等多種工具發(fā)聲與不發(fā)聲時的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)振動與聲音之間的因果邏輯關系。

在深圳市給全市學校統(tǒng)一配發(fā)的《知識與能力訓練》手冊上，對這節(jié)課的實驗記錄單設計如圖1所示。

圖1

該設計的優(yōu)點在于，內容簡潔，簡單清晰易懂，觀察目的指向較為明確，便于學生將關鍵信息呈現(xiàn)出來。當然，其缺點也尤為突出。

1.畫圖表征不達意

學生記錄填表耗時較長，既要畫圖，又要寫文字說明。畫圖看似符合學生的表達習慣，但讓學生用恰當?shù)漠嫹ó嫵霭l(fā)聲時各種物體振動的狀態(tài)，有很大的難度，甚至有學生說：“老師，怎么畫?！薄袄蠋?，我不會畫，我能不能只用文字表達。”

2.方法指向不明確

沒有明確對各種材料施加什么動作，學生對實驗操作的步驟不太清晰，如讓鋼尺發(fā)出聲音時，有些學生用鋼尺敲擊桌面，則認為鋼尺在振動，且能發(fā)出聲音。

3.證據(jù)分析不聚焦

記錄單沒有把學生關注點聚焦到振動與發(fā)聲的關系上。沒能真正讓學生對“聲音的產(chǎn)生與振動的關系”理解透徹。物體振動時一定發(fā)出聲音嗎？物體發(fā)出聲音就一定會有振動嗎？沒有振動就沒有聲音嗎？

(二)“勾選式”記錄單設計

“勾選式”記錄單設計如圖2所示。改進的主要意圖是突出“有無振動”與“是否發(fā)聲”之間的聯(lián)系。對于施加在物品上的動作，沒有過多限制，目的在于不限制學生的操作方法，并弱化此項內容在證據(jù)鏈條中的分析比重，讓學生更關注聲音和振動之間的邏輯聯(lián)系。

圖2

然而，試教中發(fā)現(xiàn)，學生的實驗結果差異很大，根本無法達成共識。其根本原因是對于觀察者而言，物體有沒有振動，不是那么容易判斷的，特別是在動作不同的情況下，更難統(tǒng)一標準。即使動作一樣，不同的學生觀察的結果也相差甚遠，甚至會把主觀想象也作為證據(jù)呈現(xiàn)在結果中。因此，問題主要還是出現(xiàn)在忽視動作對于實驗結果的影響，最終導致采集的證據(jù)可信度不高。

圖3

(三)“連線式”記錄單設計

變“勾選式”為“連線式”設計，如圖3所示。強化證據(jù)鏈條意識。在“動作”一欄，設計了4個圈，供學生選填自己認為可以讓物體發(fā)聲的動作，但不硬性要求4個圈一定要填完。以“敲”這個動作為例，如果是作用在鼓這個物體上，觀察有沒有振動，有沒有聲音，并將觀察到的實際情況，通過連線記錄在表格內，如通常的記錄結果為“敲—鼓—有振動—有聲音”。依此類推，當做完全部測試后，在結果里進行分類統(tǒng)計，正常情況下，“有振動—有聲音”和“無振動—無聲音”的統(tǒng)計結果數(shù)量會遠遠大于其他兩類，這就意味著振動和聲音之間存在著極大的因果聯(lián)系。至于其余兩種統(tǒng)計結果，需要教師引導學生進行情況分析，如無振動，卻聽到了聲音，難道真的沒有振動嗎？看到了振動，卻沒聽到聲音，難道是真的沒有聲音嗎？教師再適時補充提供一些科學案例，幫助學生進行科學分析，最終通過豐富的證據(jù)鏈條和科學家的研究實例，證明聲音是由振動產(chǎn)生的。

然而，通過試教實測，單純的“連線式”記錄單同樣存在很大的設計缺陷。

(1)操作無序。排列組合的可能性太多，容易造成學生的無序操作，給收集、分析證據(jù)帶來困難。

(2)連線混亂。雖然在表格設計時有意識考慮不同物體的實驗采用不同顏色的連線線條加以區(qū)分，并讓學生對每次實驗的連線進行序號標注，但實際效果依舊比較混亂，如圖4所示。

圖4

(3)統(tǒng)計困難。由于操作過程的無序和連線的混亂，學生在統(tǒng)計證據(jù)鏈條的過程中，容易眼花繚亂，在對特殊情況進行分析時，也容易被雜亂的線條干擾，無法迅速找到對應的連線。

(四)“模塊化連線式”記錄單設計

“模塊化連線式”記錄單如圖5所示。把三種材料分成相對獨立的三個部分，分開記錄。學生在小組實驗中目的較為明確，探究內容依次是鼓、尺子、橡皮筋，排列組合也條理化地濃縮成9個，避免小組合作實驗過程中的無序操作。實際試教中，從學生使用“模塊化連線式”記錄單情況來看，他們在這樣“模塊化”的記錄表中，可以清楚地數(shù)出有振動有聲音、有振動無聲音、無振動有聲音、無振動無聲音4種結果各有幾個證據(jù)支撐鏈條，也不會再出現(xiàn)之前錯綜復雜的連線情況。

圖5

然而，“模塊化連線式”記錄單設計也同樣存在問題：實驗記錄單中對每一個動作已經(jīng)標有序號，但物品與效果的連線需要學生在線條旁標注相應的序號；故在實驗前，需要教師對實驗記錄單的記錄進行演示或解釋說明。

教師試教中發(fā)現(xiàn)，大部分學生可以根據(jù)每一個動作前的序號對效果部分的線條進行序號標注，實驗結果較為清晰明了，但小部分學生對效果部分的線條序號標注不夠明確，比如彈鼓和敲鼓都有振動有聲音，本應屬于兩個不同的證據(jù)鏈條，但學生卻只畫了一條連接線，導致統(tǒng)計證據(jù)鏈條的時候出現(xiàn)遺漏。

三、“模塊化連線勾選式”記錄單的構建

“模塊”讓記錄單的證據(jù)類別變得更規(guī)整，便于對比分析?！斑B線”讓記錄單的事實和證據(jù)更為條理有序，便于線索追溯?！肮催x”讓學生的實驗記錄變得高效聚焦。三者在一份記錄單里的整合，事實上就是收斂思維與發(fā)散思維的完美融合。

圖6

如圖6所示，教師提前將動作、物品、效果用線一一連接起來，并做好序號標記，學生在記錄過程中不需要再連線及標序號，只需要填入動作和對效果進行打勾記錄即可，大大簡化了學生記錄的負擔，且避免了序號標注錯亂的現(xiàn)象，為證據(jù)分析環(huán)節(jié)留出了更充裕的時間。實測效果(如圖7所示)也很好，在實驗分析時，學生能清楚地數(shù)出4種情況各自的支持證據(jù)鏈條數(shù)量，厘清振動與聲音產(chǎn)生之間的邏輯關系。

圖7

在科學課程中，我們十分強調針對科學問題的深度思考和論證，而“模塊化連線勾選式”記錄單是學生進行深度思考的良好媒介和載體。這樣的記錄單，一定程度上讓學生學會關注事實的全部，用有邏輯有結構的表征方式描述他們所知道的全部事實。在此基礎上，通過學習共同體的研討，深入剖析證據(jù)是否可靠，證據(jù)是否全面，證據(jù)之間是否有沖突，證據(jù)與結論是否存在必然的關聯(lián)，是否所有的證據(jù)支持結論，是否有更好的理論來解釋所有的證據(jù)等。通過基于證據(jù)的論證活動，學生證據(jù)意識更突顯，科學思維更加明晰，對科學本質的理解更為深刻。

我們在考慮記錄單的設計時，學生的記錄能力是一個重要考慮因素。例如，低學段的學生識字量有限，書寫能力不強，且無法將自身對事物的認知恰當?shù)赜脠D文表示出來，更適合采用勾選式、補空式的記錄單。中高學段的學生在邏輯思維能力、書寫表達能力方面都有大幅度提升，要采用更開放的記錄單設計模式?！澳K化連線勾選式”記錄單既能適應低學段學生的認知水平，又能滿足中高學段學生的發(fā)展需求，幾乎可以適用于小學全學段的探究類科學記錄單設計。

四、“模塊化連線勾選式”記錄單的拓展應用

“聲音是怎樣產(chǎn)生的”這類探究型科學課利用以證據(jù)的記錄和呈現(xiàn)為主要目的的“模塊化連線勾選式”記錄單設計，可以更好地幫助學生尋找事實與證據(jù)之間的聯(lián)系，搭建起認知發(fā)展的階梯，也通過這樣的記錄單，在學生的主觀意識和潛意識里，不斷強化科學的可證實與可證偽性。在小學科學課里，這種類型的探究課還有很多，均可發(fā)揮“模塊化連線勾選式”記錄單在此類課程里輔助論證的強大作用。

例如，“水珠從哪里來”，裝冰塊的杯子外面，不一會兒就會形成一層水珠，這些水珠是來自杯子里的冰塊還是杯子外部的空氣？對于這個問題，學生可能還有其他推測。通過一系列的自主探究實驗后，學生可能會看到很多現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)很多細節(jié)，這些現(xiàn)象和細節(jié)就是可以用來解釋 推測的證據(jù)。哪一個推測能被更多的證據(jù)支持，它就可以被升級為相對更科學的結論。這樣的證據(jù)越多，結論也就越接近科學的真相。

再例如“我們來造環(huán)形山”，月球上環(huán)形山的成因究竟是隕石撞擊，還是火山活動？這需要通過一系列逼真的課堂模擬實驗來找證據(jù)。把隕石撞擊和火山噴發(fā)模擬實驗所形成的“坑”，從“大小不一、深淺不一、碗狀、中央峰、輻射紋……”等方面與真實的月面環(huán)形山進行比對，誰更符合真實環(huán)形山的特點，誰就更有可能是環(huán)形山的主要成因。

通過教學實踐，有理由相信，在以“模塊化連線勾選式”記錄單為載體的探究型科學課里，學生可以更高效地完成收集證據(jù)的任務，他們也會在實踐和分析中獲得“科學可通過證據(jù)被證實或證偽”的切身感悟。