包青鋒 俞麗瑋

作者簡(jiǎn)介：包青鋒（1984～），男，漢族，浙江杭州人，浙江省杭州高新實(shí)驗(yàn)學(xué)校，研究方向：課堂教學(xué)實(shí)踐；

俞麗瑋（1985～），女，漢族，浙江余姚人，浙江省杭州濱和中學(xué)，研究方向：課堂教學(xué)實(shí)踐。

摘 要：發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)是《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》賦予的教學(xué)使命，也是新課程改革的基本理念之一。“實(shí)證思維”屬于“態(tài)度責(zé)任”和“科學(xué)思維”范疇，是在進(jìn)行科學(xué)探究的過(guò)程中必須學(xué)會(huì)的一種科學(xué)思維方法，屬于科學(xué)核心素養(yǎng)中的關(guān)鍵能力之一，文章以《阿基米德原理》一課為例，重點(diǎn)闡述了在探究實(shí)踐中，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)證思維”的具體途徑，即通過(guò)真實(shí)問(wèn)題的情境創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“尋證”“印證”和“求證”過(guò)程，運(yùn)用實(shí)證思維方法，培養(yǎng)實(shí)證思維能力。“實(shí)證思維”還有助于學(xué)生建立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，有助于學(xué)生養(yǎng)成分析證據(jù)的習(xí)慣，有助于學(xué)生形成批判性思維和論證意識(shí)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；探究；實(shí)證

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8918（2024）21-0001-05

一、 體現(xiàn)“實(shí)證思維”的科學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）探究留白太少，缺乏實(shí)證思維

探究過(guò)程中，很多教師為了確保學(xué)生可以高效地完成實(shí)驗(yàn)，會(huì)把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等全部梳理在活動(dòng)單上，學(xué)生只需要按照活動(dòng)單上的步驟完成實(shí)驗(yàn)即可。對(duì)一些需要學(xué)生獨(dú)立、創(chuàng)新完成的實(shí)驗(yàn)步驟，教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)單的方式進(jìn)行具體呈現(xiàn)，這種探究方式留白太少，學(xué)生經(jīng)歷了一種“只動(dòng)手不動(dòng)腦”的實(shí)驗(yàn)歷程，由于操作的機(jī)械化，學(xué)生并沒有經(jīng)歷真實(shí)探究，在探究過(guò)程中缺乏實(shí)證思維，最多只能算是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，其中暴露的也不過(guò)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的問(wèn)題，缺失了探究的意義，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證思維能力。

（二）急于得出結(jié)論，缺乏實(shí)證意識(shí)

學(xué)生缺乏實(shí)證的意識(shí)，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：一是在探究實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)一、兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或事例就急于得出結(jié)論，沒有依據(jù)系統(tǒng)的證據(jù)論證得出結(jié)論的意識(shí)；二是對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一些“不合常規(guī)”數(shù)據(jù)缺乏敏銳的捕捉意識(shí)，那些有價(jià)值的“不合常規(guī)”被不合理地忽略了，不去深入分析“不合常規(guī)”數(shù)據(jù)或現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，急于得出教材中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)真實(shí)數(shù)據(jù)的必要尊重；三是學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)證據(jù)或結(jié)論與他人不同時(shí)，缺乏依據(jù)證據(jù)大膽提出自己觀點(diǎn)的科學(xué)態(tài)度。

（三）不會(huì)分析論證，缺少推理能力

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出科學(xué)核心素養(yǎng)之一是科學(xué)思維，而三大科學(xué)思維之一就是推理論證。在課堂上，教師只注重科學(xué)知識(shí)的教授，缺少對(duì)學(xué)生歸納與概括、比較與分類等思維能力的培養(yǎng)，因此學(xué)生在探究時(shí)，會(huì)為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，為探究而探究，不明確收集何種數(shù)據(jù)，不清楚收集信息的方法，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)證據(jù)進(jìn)行有效的分析及處理，在“不合常規(guī)”現(xiàn)象面前，不敢質(zhì)疑，不具備申辯思維和證據(jù)推理等學(xué)科關(guān)鍵能力。

基于以上分析，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)經(jīng)歷真實(shí)有效的探究，是落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要手段，而培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)證思維”能力又是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的主要目標(biāo)。所謂的“實(shí)證思維”是指基于實(shí)證，運(yùn)用科學(xué)推理，引導(dǎo)學(xué)生在尋證的過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)疑和反思，在證據(jù)和主張（觀點(diǎn)）之間建立邏輯關(guān)系，對(duì)相關(guān)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行理性分析和處理，并做出有邏輯的闡述。

二、 基于“實(shí)證思維”的教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）模型分析

立足學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證思維能力的教學(xué)設(shè)計(jì)：以知識(shí)為載體，夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，落實(shí)科學(xué)觀念；從培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)入手，質(zhì)疑反思，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)的科學(xué)探究，在不斷地“尋證”“印證”和“求證”中逼近事實(shí)真相，從而提高學(xué)生推理認(rèn)證、創(chuàng)新思維等能力；從態(tài)度責(zé)任上，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

如圖1所示是基于實(shí)證思維的教學(xué)設(shè)計(jì)，其本質(zhì)內(nèi)涵是：從某一科學(xué)知識(shí)或科學(xué)觀念入手，學(xué)生根據(jù)相關(guān)的事實(shí)、數(shù)據(jù)及收集到的資料等，先進(jìn)行初步推理，提出可探究問(wèn)題并做出假設(shè)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，收集新的事實(shí)，獲取新證據(jù)，從新舊證據(jù)對(duì)比中，發(fā)現(xiàn)偏差，引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，修改方案，進(jìn)入迭代后的新探究，最終實(shí)現(xiàn)新舊證據(jù)的互相映襯。在該過(guò)程中，通過(guò)反思培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐操作能力，促進(jìn)了學(xué)生推理認(rèn)證和創(chuàng)新思維能力的提高，使學(xué)生對(duì)原有觀念的認(rèn)識(shí)有了新的定義和升華，同時(shí)建立起實(shí)事求是、用事實(shí)說(shuō)話的正確的科學(xué)態(tài)度。

（二）設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)以《阿基米德原理》一課為例，說(shuō)明“實(shí)證思維”課型的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

根據(jù)以上模型分析，該課例有3條邏輯主線，分別為素養(yǎng)線、知識(shí)線、方法線。教師的重點(diǎn)干預(yù)場(chǎng)合在：學(xué)生基于實(shí)證意識(shí)質(zhì)疑課本上閱讀資料（圖2），閱讀資料中把阿基米德這個(gè)故事定位成“傳說(shuō)”。既然是“傳說(shuō)”，可能是假的，也可能是真的。其真假的判斷就是一種絕佳的科學(xué)探究動(dòng)機(jī)。

材料中有一段話：“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過(guò)比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子?！彬?yàn)證這句話的真?zhèn)纬闪吮敬窝芯俊皩ぷC”的起點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生圍繞這個(gè)尋證起點(diǎn)，運(yùn)用科學(xué)推理，在“質(zhì)疑—尋證”的不斷循環(huán)中建立邏輯關(guān)系，接近事實(shí)的真相。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，既是一種興趣激發(fā)手段，又是一種絕佳學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，事實(shí)到底如何？學(xué)生都想試一試。在該過(guò)程中，學(xué)生的“實(shí)證思維”能力得到了有效的鍛煉。

三、 基于“實(shí)證思維”的探究實(shí)踐

（一）聚焦中心問(wèn)題，培養(yǎng)“尋證”意識(shí)

書本閱讀資料（圖2）中的一句話：“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過(guò)比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子?！笔聦?shí)真的如此嗎？為了解決這一中心問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷了理論分析、探究實(shí)踐、質(zhì)疑反思等過(guò)程，根據(jù)探究的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)理論成立的科學(xué)現(xiàn)象與事實(shí)不一定相符。當(dāng)探究結(jié)論和課本內(nèi)容（理論成立）不相符合時(shí)，是遷就課本還是尋證續(xù)探？我們選擇了后者。進(jìn)一步探究的價(jià)值，就是探究的敏銳性和實(shí)證意識(shí)的體現(xiàn)。

“尋證”意識(shí)：書本上的閱讀資料往往會(huì)被老師和學(xué)生所忽視，而閱讀資料往往也蘊(yùn)含著科學(xué)家的探索歷程或探究實(shí)踐過(guò)程中存在的困惑，若在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中能關(guān)注這些細(xì)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生提出疑問(wèn)，并進(jìn)行探究實(shí)踐，變被動(dòng)探究為主動(dòng)探究，從而激發(fā)學(xué)生的尋證意識(shí)。

（二）借助資料背景，進(jìn)行“印證”實(shí)踐

“印證”實(shí)踐需要以事實(shí)為基礎(chǔ)，以實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)作為支撐。在這里，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)獲取事實(shí)與證據(jù)，從而質(zhì)疑中心問(wèn)題。

資料背景：已出土的桂冠最重714g，但可能有少量葉片脫落。設(shè)桂冠重1000g，若為純金則體積51.8cm3；若含有30%的銀，則體積64.8cm3，增大13cm3。

“印證”實(shí)踐：

模擬實(shí)驗(yàn)：用純銅制作的王冠模擬金王冠，用銅中摻了鐵的王冠模擬摻了銀的金王冠。兩個(gè)模擬王冠質(zhì)量相同，分別用排水法測(cè)量王冠的體積。

學(xué)生分析得出：通過(guò)測(cè)量相同質(zhì)量的真王冠和假王冠體積判斷，假王冠排開水的體積應(yīng)大于真王冠排開水的體積。為了測(cè)量王冠和純金的體積，在這里用到了排水法。

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)一開始兩個(gè)量筒中水的體積都為 1000 毫升，分別放入真、假王冠后，兩者的體積都為 1020 毫升。實(shí)驗(yàn)顯示兩個(gè)王冠排開水的體積基本一致，無(wú)法通過(guò)“比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”。

“尋證”實(shí)踐：通過(guò)資料背景——王冠的相關(guān)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐去判斷該方法是否適用，去判斷阿基米德可能用到的方法，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)家研究的背景。通過(guò)實(shí)踐操作來(lái)尋證傳說(shuō)的真實(shí)性。

（三）跳出思維禁錮，實(shí)施多維“求證”

通過(guò)“印證”發(fā)現(xiàn)，“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過(guò)比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程并不真實(shí)，也就是閱讀資料中提到的關(guān)于阿基米德測(cè)皇冠的“傳說(shuō)”不是真的。

一般的教學(xué)，關(guān)于“傳說(shuō)”的探究也就到此為止了。

但是筆者引導(dǎo)學(xué)生不要輕易否定既定結(jié)論。去嘗試用進(jìn)一步“求證”的方式，讓“傳說(shuō)”的探究進(jìn)一步延續(xù)。假如你是阿基米德本人，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)無(wú)法通過(guò)真假王冠溢出的水量來(lái)判斷王冠真假的時(shí)候，有無(wú)進(jìn)一步求證的方法？

“求證”方案一：利用放大原理

學(xué)生探究1：利用連通器原理將容器內(nèi)的體積變化轉(zhuǎn)化為右側(cè)細(xì)玻璃管中體積的變化（圖3），觀察兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，并分析。

發(fā)現(xiàn)摻了鐵的銅王冠水面上升的體積比純銅王冠水面上升的體積略大。

實(shí)驗(yàn)銜接：回顧上節(jié)課瓶子浸入水中的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)瓶子壓入水中的體積越大，手受到瓶子向上的力越大。同時(shí)水槽中的水面在上升。

學(xué)生探究2：浮力的大小可能跟什么因素有關(guān)？

學(xué)生利用彈簧測(cè)力計(jì)、水槽、重物等實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

探究結(jié)論：浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。

引出阿基米德原理：浸在液體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開液體所受的重力。

“求證”方案二：利用杠桿原理

在通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)逐步接近事實(shí)真相時(shí)，再次給予學(xué)生新的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生解決新問(wèn)題的欲望，從而拓展學(xué)生思維。

出示老師在科技館中看到的實(shí)驗(yàn)裝置（圖4），發(fā)現(xiàn)摻了假的金王冠和相同質(zhì)量的金塊在空氣中能達(dá)到平衡，放入水中時(shí)平衡被破壞了。引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步“求證”實(shí)踐。

“求證”實(shí)踐：

1. 將相同質(zhì)量的純銅王冠和摻了鐵的銅王冠分別放置在杠桿兩側(cè)，杠桿平衡；

2. 將兩邊王冠同時(shí)浸沒在液體中，觀察杠桿的平衡情況，并記錄。

學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：放摻了鐵的銅王冠的一端上翹。（圖5）

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)水中王冠和金塊進(jìn)行受力分析，并解釋出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因。從而拓展學(xué)生的思維，阿基米德當(dāng)時(shí)測(cè)量真假王冠還可能利用浮力的方式，落實(shí)實(shí)證思維的培養(yǎng)。

多維“求證”：幫助阿基米德借助更科學(xué)的原理——放大原理、杠桿原理，引發(fā)學(xué)生的思維沖突和繼續(xù)探究的欲望，用實(shí)證來(lái)檢驗(yàn)裝置的真實(shí)性，同時(shí)滲透學(xué)科方法，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、敢于質(zhì)疑的優(yōu)良品格，拓展學(xué)生的思維。

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)從為了證實(shí)“依次把王冠和等重的純金放到盛滿水的盆中，通過(guò)比較溢出的水量，得知王冠中摻了銀子”入手，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“尋證”“印證”到“求證”這一系列科學(xué)探究過(guò)程。在“尋證”中聚焦真實(shí)的探究問(wèn)題，在“印證”中推翻原有證據(jù)，在“求證”中建立新證據(jù)，并逐步建構(gòu)阿基米德原理的概念模型，學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程也經(jīng)歷了從“平衡”到“不平衡”到“再平衡”的循環(huán)過(guò)程，該過(guò)程中學(xué)生的“實(shí)證思維”得到了有效的落實(shí)和培養(yǎng)。

在科學(xué)教學(xué)中，基于實(shí)證思維進(jìn)行的教學(xué)案例有很多，例如《地球的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)》一課中，筆者以探尋人類認(rèn)識(shí)地球形狀的歷史為主線，設(shè)計(jì)了一系列的尋證鏈，引導(dǎo)學(xué)生提出相關(guān)印證鏈，在印證鏈的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的求證，進(jìn)而訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，具體探究設(shè)計(jì)見圖6。

該教學(xué)案例的最大特征是利用地球形狀的科學(xué)發(fā)現(xiàn)歷史脈絡(luò)，提煉了尋證鏈、印證鏈、求證鏈，在培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)證思維”的基礎(chǔ)上，感受科學(xué)發(fā)展的邏輯規(guī)律，有助于學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)。

四、 基于“實(shí)證思維”的成效與反思

（一）實(shí)踐成效

1. 實(shí)現(xiàn)了課堂結(jié)構(gòu)的改變，變被動(dòng)為主動(dòng)

科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，能讓學(xué)生更加積極地通過(guò)動(dòng)手、動(dòng)腦來(lái)驗(yàn)證有關(guān)的科學(xué)概念、定律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，有助于知識(shí)的自主建構(gòu)。在基于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證思維的課堂教學(xué)中，學(xué)生在反思、質(zhì)疑的基礎(chǔ)上，主動(dòng)尋證、印證、求證，進(jìn)行實(shí)證探究，實(shí)證一定是建立在實(shí)踐操作的基礎(chǔ)上的，所以該“實(shí)證思維”的模型提高了課堂教學(xué)的參與度，將傳統(tǒng)的被動(dòng)操作轉(zhuǎn)化為主動(dòng)探究。筆者發(fā)現(xiàn)在這樣的課堂中，學(xué)生思維的活躍度和靈活度更高、更持久。

2. 實(shí)現(xiàn)了課堂探究系列化，發(fā)展創(chuàng)新思維

在實(shí)證思維的課型環(huán)境下，課堂的情境屬于真實(shí)情境，并且該真實(shí)情境還體現(xiàn)了兩大特征：第一，該真實(shí)情境一定能引發(fā)學(xué)生的共鳴和質(zhì)疑，誘發(fā)學(xué)生去積極尋證；第二，該真實(shí)情境能形成探究系列化，通過(guò)“是真的嗎？”等形式，讓學(xué)生在尋證的基礎(chǔ)上開展印證和求證這一系列化循環(huán)探究，培養(yǎng)學(xué)生的“質(zhì)疑”精神和實(shí)證意識(shí)。所以，實(shí)現(xiàn)課堂真實(shí)情境系列化也是本研究一個(gè)成果。同時(shí)，在“是真的嗎？”這種真實(shí)情境的刺激下，學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到有效激發(fā)，往往能從不同的角度去分析、思考問(wèn)題，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)。如在證偽阿基米德測(cè)王冠故事的案例中，學(xué)生就從多個(gè)角度，創(chuàng)造性地提出了求證方案，采用轉(zhuǎn)化與放大法、杠桿和浮力引入法等方法完成任務(wù)，這就是創(chuàng)新思維的一種良好體現(xiàn)。

（二）實(shí)踐反思

1. 有選擇的實(shí)證思維——解決思維的深度問(wèn)題

對(duì)有些課程內(nèi)容，基于實(shí)證思維的探究實(shí)踐學(xué)生會(huì)提出各式各樣的疑問(wèn)，而一節(jié)課的時(shí)間有限，有時(shí)候不得不有選擇地拋棄一部分猜想，對(duì)學(xué)生實(shí)證思維培養(yǎng)會(huì)出現(xiàn)沖突；有些學(xué)生提出的疑問(wèn)受實(shí)驗(yàn)器材的限制，也很難做到一一實(shí)證。如何選擇，從而解決思維的深度問(wèn)題需要繼續(xù)實(shí)踐。

2. 有綜合的實(shí)證思維——解決思維的廣度問(wèn)題

科學(xué)是一門綜合性課程，包括了物理、化學(xué)、生物、地理四門學(xué)科的內(nèi)容，那么在使用實(shí)證意識(shí)下的探究實(shí)踐教學(xué)時(shí)是否可以嘗試將學(xué)科間的內(nèi)容打通，逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更為完整、思維含量更高的科學(xué)探究，這也是筆者接下來(lái)需要繼續(xù)思考的問(wèn)題。

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