培养证据观意识,促进学生科学思维能力的发展

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　　随着哲学界对科学本质研究的不断深入，强调科学“证据观”的建立的探究理解受到国际教育界的广泛关注。本文以学生参与香港“常识百搭”科学专题探究活动中递交的探究报告为分析文本，通过分析缺乏证据观引致的各种认知偏差，探讨探究教学中的改进策略。
　　一、计划探究阶段，缺乏公平测试的观念
　　在开展探究之初，学生常常缺少对探究内容的细致分析，看似提出了很多问题和设想，却无法从实质意义上理解公平测试的原理，提出有效的探究设计。例如，某探究希望比较填充不同材料（发泡胶、鸡毛、棉花等）制作的保温盖的隔热性能。学生提出：“保持保温盖的大小相同，保持盛水器的大小和材质相同，并倒入同样的热水，然后用温度计比较各种保温盖的散热率”。学生容易识别 “外显的”变量，有的甚至可以全部控制，如外观形状、大小、材质等，然而却忽略了“内隐的”的关键变量：保持开始水温的一致性，这一条件因素对于散热率的比较具有很大的影响作用，因为热量的散失会在瞬间受到周围环境的影响。
　　在探究设计阶段，证据观主要指能透过现象之间的各种变量关系，将探究意念转化为可探究性问题。以上的分析表明，表面上学生似乎已熟悉公平测试的各种要素，但他们的认知更多是建立在形式和程序层面，而没有真正理解公平测试对于获取证据的意义。因此，在教学过程中，教师除了要学生理解变量控制的含义，更要提示学生思考不同变量对事物和现象的影响作用，特别是不容易被识别的内隐变量，提出有效的探究设计。
　　二、实施探究阶段，缺乏合理测量的观念
　　在科学探究中，能够使用测量数据而非简单描述以分析探究结果，显示了学生在探究能力上质的进步。但是，能够使用测量工具和手段，是否表示学生已经理解测量的意义和目的？ 例如，在关于摇摇的探究中，为探讨摇摇的负重量对悬停旋转时间的影响，学生测试了摇摇增重2克和5克后的悬停时间，各重复测试了8次，求取平均值为13.0秒和15.5秒。尽管学生能够使用各种工具进行多次测量，但是测量的范围（0~5克）显得过于狭窄。虽然提供了一连串的数据，真正能够说明问题的数据却只有13.0秒和15.5秒，而这两个数据并不足以推出后来所谓的“摇摇重量越重，悬停时间越长”的结论。
　　在开展探究阶段，证据观主要指在测量过程中为获得可靠的证据而形成的决策意识。以上的分析表明，学生更多地将测量理解为某项技能，而缺乏关于如何获得可靠证据的决策意识。因此，在教学过程中，教师除了教会学生测量工具的使用方法，更重要的是与学生一起探讨不同的测试时间、测量时间间隔、测量范围以及仪器的选择等因素对探究结果所产生的影响，在掌握测量技能的同时形成良好的决策能力。
　　三、数据处理阶段，缺乏科学举证的观念
　　一旦完成了数据收集工作，学生就需要进一步着手解释自己发现的结果。在结果解释阶段，学生看似对数据资料进行了归纳总结，但却不能正确地使用图表对数据进行处理，以揭示其中的关系和规律。例如，在某一使用不同物质去除手上蒜味的探究中，学生分别用柠檬汁、牛奶、茶等物质进行大蒜的除味实验，每隔20分钟比较各种物质的除味指数（1分表示能去除蒜味；2分代表轻微改善；3分表示仍有很浓的蒜味），并将测试中除味指数平均值绘制成线状图（见图1）。学生希望将数据转化为可视性的图形使结论更具说服力，但却错误地使用线状图而非柱状图来描述，把“物质的种类”这一类别变量描述为连续变量。显然，学生在进行描述分析时并没有认真考虑数据在图形中所代表的意义。
　　在数据处理阶段，证据观主要指能有意识地使用图表等方式揭示隐含在变量和数据之间的关系和规律，而不仅仅指运用图表的技能。以上的分析表明，学生仅是把图表视为一种“呈现数据”的方式，而不能将数据在图形中代表的含义与现实中的现象相联系。 因此，在教学过程中，教师除了讲解图表的制作与使用，更重要的是与学生一起讨论图表作为 “探寻规律”手段对于科学举证的重要意义。
　　四、完成探究阶段，缺乏反思评价的观念
　　从学生最终递交的探究报告来看，学生较少对整个探究过程和结果进行反思，特别是面对不支持已有知识理论的结果时，学生常常忽略不一致的证据，或者以某种有选择性的、歪曲的方式注意这些证据。例如，在某一关于漂白水功效的探究中，基于牌子A的次氯酸钠含量最高，学生提出假设：牌子A的漂白和杀菌功能最强。最后的结果发现，在漂白效果上，牌子A比牌子B的效果强，但在杀菌效果上，牌子A却比牌子B的效果弱，这一结果与假设并不完全一致。为了“圆满”地解释这两项探究结果，学生对所得证据进行了重新解释，认为：“这个实验结果虽然与我们的假设结果不同，但亦可以解释的。在实验中，沾有牌子A漂白水的面包没有完全被沾湿，故霉菌能在没有漂白水的位置生长。”
　　在评价阶段，证据观主要指能反思整个探究过程，对所得证据是否可信和能否回答探究问题作出理性评估。以上的分析表明，如果缺乏反思评价证据的观念，在处理证据与原有理论不一致时，学生倾向于以个人的主观想法代替理性分析和进一步的求证，而很少去协调证据和解释之间的关系并作出理智判断。因此，在教学过程中，教师除了协助学生完成探究过程，更重要的是鼓励学生理性地评价证据，如：思考探究的预设判断是否可信（需评价所查资料的来源出处、研究方法、结论推导），以及探究过程是否可信（需评价探究设计、测量过程、数据处理）等等。
　　五、建立证据观的重要意义
　　科学的本质在于建立证据，并运用证据发展和修正科学解释。科学探究过程既包含建立在事实信息上的科学解释，也包含建立在过程技能上的证据观。“技能”是探究过程中可观察的行为，而“证据观”则是隐藏在行动背后的思考。如果教学中忽略了“证据观”的培养，那么即使学生经历了探究的各个环节，也不一定能领悟科学探究的本质。虽然对于学生而言，如何确保证据的有效性和可靠性仍是一个很大的挑战。然而，只有教师在教学实践中有意识地培养学生的证据观，在探究过程的各个环节不断渗透科学证据的意识，才有可能真正消解探究中的认识偏差，最终达致科学素养目标。
　　责任编辑 邱丽

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