杜偉 張艾妮

一、實(shí)驗(yàn)記錄單：證據(jù)與科學(xué)結(jié)論之間的橋梁

教育部2017年印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提到：科學(xué)探究是圍繞已提出和聚焦的問(wèn)題設(shè)計(jì)研究方案，通過(guò)收集和分析信息獲取證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理得出科學(xué)結(jié)論的過(guò)程。在科學(xué)世界的價(jià)值觀里，“證據(jù)”扮演的角色到底有多重要呢？一條被廣泛認(rèn)可的觀點(diǎn)是科學(xué)命題一定要有可證偽性，不能通過(guò)證據(jù)被證實(shí)或證偽的理論不能成為科學(xué)理論。這是科學(xué)之所以為科學(xué)的典型特征。反過(guò)來(lái)想，只要有一個(gè)觀測(cè)事實(shí)或證據(jù)不支持相對(duì)論的邏輯，其科學(xué)性就會(huì)被質(zhì)疑，甚至被推翻。

如此看來(lái)，在小學(xué)探究型科學(xué)課的開展過(guò)程中，如何幫助學(xué)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(xué)結(jié)論之間的橋梁——探究活動(dòng)記錄單，更是教學(xué)設(shè)計(jì)的重中之重。以“聲音是怎樣產(chǎn)生的”探究記錄單優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，探討如何利用“模塊化連線勾選式”記錄單幫助學(xué)生在證據(jù)和科學(xué)結(jié)論之間建立邏輯關(guān)系。

二、常見的實(shí)驗(yàn)記錄單設(shè)計(jì)

(一)開放式記錄單設(shè)計(jì)

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

在深圳市給全市學(xué)校統(tǒng)一配發(fā)的《知識(shí)與能力訓(xùn)練》手冊(cè)上，對(duì)這節(jié)課的實(shí)驗(yàn)記錄單設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1

該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，內(nèi)容簡(jiǎn)潔，簡(jiǎn)單清晰易懂，觀察目的指向較為明確，便于學(xué)生將關(guān)鍵信息呈現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)然，其缺點(diǎn)也尤為突出。

1.畫圖表征不達(dá)意

學(xué)生記錄填表耗時(shí)較長(zhǎng)，既要畫圖，又要寫文字說(shuō)明。畫圖看似符合學(xué)生的表達(dá)習(xí)慣，但讓學(xué)生用恰當(dāng)?shù)漠嫹ó嫵霭l(fā)聲時(shí)各種物體振動(dòng)的狀態(tài)，有很大的難度，甚至有學(xué)生說(shuō)：“老師，怎么畫?！薄袄蠋煟也粫?huì)畫，我能不能只用文字表達(dá)?！?/p>

2.方法指向不明確

沒有明確對(duì)各種材料施加什么動(dòng)作，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的步驟不太清晰，如讓鋼尺發(fā)出聲音時(shí)，有些學(xué)生用鋼尺敲擊桌面，則認(rèn)為鋼尺在振動(dòng)，且能發(fā)出聲音。

3.證據(jù)分析不聚焦

記錄單沒有把學(xué)生關(guān)注點(diǎn)聚焦到振動(dòng)與發(fā)聲的關(guān)系上。沒能真正讓學(xué)生對(duì)“聲音的產(chǎn)生與振動(dòng)的關(guān)系”理解透徹。物體振動(dòng)時(shí)一定發(fā)出聲音嗎？物體發(fā)出聲音就一定會(huì)有振動(dòng)嗎？沒有振動(dòng)就沒有聲音嗎？

(二)“勾選式”記錄單設(shè)計(jì)

“勾選式”記錄單設(shè)計(jì)如圖2所示。改進(jìn)的主要意圖是突出“有無(wú)振動(dòng)”與“是否發(fā)聲”之間的聯(lián)系。對(duì)于施加在物品上的動(dòng)作，沒有過(guò)多限制，目的在于不限制學(xué)生的操作方法，并弱化此項(xiàng)內(nèi)容在證據(jù)鏈條中的分析比重，讓學(xué)生更關(guān)注聲音和振動(dòng)之間的邏輯聯(lián)系。

圖2

然而，試教中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異很大，根本無(wú)法達(dá)成共識(shí)。其根本原因是對(duì)于觀察者而言，物體有沒有振動(dòng)，不是那么容易判斷的，特別是在動(dòng)作不同的情況下，更難統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。即使動(dòng)作一樣，不同的學(xué)生觀察的結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)，甚至?xí)阎饔^想象也作為證據(jù)呈現(xiàn)在結(jié)果中。因此，問(wèn)題主要還是出現(xiàn)在忽視動(dòng)作對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，最終導(dǎo)致采集的證據(jù)可信度不高。

圖3

(三)“連線式”記錄單設(shè)計(jì)

變“勾選式”為“連線式”設(shè)計(jì)，如圖3所示。強(qiáng)化證據(jù)鏈條意識(shí)。在“動(dòng)作”一欄，設(shè)計(jì)了4個(gè)圈，供學(xué)生選填自己認(rèn)為可以讓物體發(fā)聲的動(dòng)作，但不硬性要求4個(gè)圈一定要填完。以“敲”這個(gè)動(dòng)作為例，如果是作用在鼓這個(gè)物體上，觀察有沒有振動(dòng)，有沒有聲音，并將觀察到的實(shí)際情況，通過(guò)連線記錄在表格內(nèi)，如通常的記錄結(jié)果為“敲—鼓—有振動(dòng)—有聲音”。依此類推，當(dāng)做完全部測(cè)試后，在結(jié)果里進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，正常情況下，“有振動(dòng)—有聲音”和“無(wú)振動(dòng)—無(wú)聲音”的統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他兩類，這就意味著振動(dòng)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(jì)結(jié)果，需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行情況分析，如無(wú)振動(dòng)，卻聽到了聲音，難道真的沒有振動(dòng)嗎？看到了振動(dòng)，卻沒聽到聲音，難道是真的沒有聲音嗎？教師再適時(shí)補(bǔ)充提供一些科學(xué)案例，幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)分析，最終通過(guò)豐富的證據(jù)鏈條和科學(xué)家的研究實(shí)例，證明聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的。

然而，通過(guò)試教實(shí)測(cè)，單純的“連線式”記錄單同樣存在很大的設(shè)計(jì)缺陷。

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

(2)連線混亂。雖然在表格設(shè)計(jì)時(shí)有意識(shí)考慮不同物體的實(shí)驗(yàn)采用不同顏色的連線線條加以區(qū)分，并讓學(xué)生對(duì)每次實(shí)驗(yàn)的連線進(jìn)行序號(hào)標(biāo)注，但實(shí)際效果依舊比較混亂，如圖4所示。

圖4

(3)統(tǒng)計(jì)困難。由于操作過(guò)程的無(wú)序和連線的混亂，學(xué)生在統(tǒng)計(jì)證據(jù)鏈條的過(guò)程中，容易眼花繚亂，在對(duì)特殊情況進(jìn)行分析時(shí)，也容易被雜亂的線條干擾，無(wú)法迅速找到對(duì)應(yīng)的連線。

(四)“模塊化連線式”記錄單設(shè)計(jì)

“模塊化連線式”記錄單如圖5所示。把三種材料分成相對(duì)獨(dú)立的三個(gè)部分，分開記錄。學(xué)生在小組實(shí)驗(yàn)中目的較為明確，探究?jī)?nèi)容依次是鼓、尺子、橡皮筋，排列組合也條理化地濃縮成9個(gè)，避免小組合作實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的無(wú)序操作。實(shí)際試教中，從學(xué)生使用“模塊化連線式”記錄單情況來(lái)看，他們?cè)谶@樣“模塊化”的記錄表中，可以清楚地?cái)?shù)出有振動(dòng)有聲音、有振動(dòng)無(wú)聲音、無(wú)振動(dòng)有聲音、無(wú)振動(dòng)無(wú)聲音4種結(jié)果各有幾個(gè)證據(jù)支撐鏈條，也不會(huì)再出現(xiàn)之前錯(cuò)綜復(fù)雜的連線情況。

圖5

然而，“模塊化連線式”記錄單設(shè)計(jì)也同樣存在問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)記錄單中對(duì)每一個(gè)動(dòng)作已經(jīng)標(biāo)有序號(hào)，但物品與效果的連線需要學(xué)生在線條旁標(biāo)注相應(yīng)的序號(hào)；故在實(shí)驗(yàn)前，需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄單的記錄進(jìn)行演示或解釋說(shuō)明。

教師試教中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生可以根據(jù)每一個(gè)動(dòng)作前的序號(hào)對(duì)效果部分的線條進(jìn)行序號(hào)標(biāo)注，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為清晰明了，但小部分學(xué)生對(duì)效果部分的線條序號(hào)標(biāo)注不夠明確，比如彈鼓和敲鼓都有振動(dòng)有聲音，本應(yīng)屬于兩個(gè)不同的證據(jù)鏈條，但學(xué)生卻只畫了一條連接線，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)證據(jù)鏈條的時(shí)候出現(xiàn)遺漏。

三、“模塊化連線勾選式”記錄單的構(gòu)建

“模塊”讓記錄單的證據(jù)類別變得更規(guī)整，便于對(duì)比分析?！斑B線”讓記錄單的事實(shí)和證據(jù)更為條理有序，便于線索追溯。“勾選”讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄變得高效聚焦。三者在一份記錄單里的整合，事實(shí)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(dòng)作、物品、效果用線一一連接起來(lái)，并做好序號(hào)標(biāo)記，學(xué)生在記錄過(guò)程中不需要再連線及標(biāo)序號(hào)，只需要填入動(dòng)作和對(duì)效果進(jìn)行打勾記錄即可，大大簡(jiǎn)化了學(xué)生記錄的負(fù)擔(dān)，且避免了序號(hào)標(biāo)注錯(cuò)亂的現(xiàn)象，為證據(jù)分析環(huán)節(jié)留出了更充裕的時(shí)間。實(shí)測(cè)效果(如圖7所示)也很好，在實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，學(xué)生能清楚地?cái)?shù)出4種情況各自的支持證據(jù)鏈條數(shù)量，厘清振動(dòng)與聲音產(chǎn)生之間的邏輯關(guān)系。

圖7

在科學(xué)課程中，我們十分強(qiáng)調(diào)針對(duì)科學(xué)問(wèn)題的深度思考和論證，而“模塊化連線勾選式”記錄單是學(xué)生進(jìn)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(xué)生學(xué)會(huì)關(guān)注事實(shí)的全部，用有邏輯有結(jié)構(gòu)的表征方式描述他們所知道的全部事實(shí)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)習(xí)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(jié)論是否存在必然的關(guān)聯(lián)，是否所有的證據(jù)支持結(jié)論，是否有更好的理論來(lái)解釋所有的證據(jù)等。通過(guò)基于證據(jù)的論證活動(dòng)，學(xué)生證據(jù)意識(shí)更突顯，科學(xué)思維更加明晰，對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解更為深刻。

我們?cè)诳紤]記錄單的設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生的記錄能力是一個(gè)重要考慮因素。例如，低學(xué)段的學(xué)生識(shí)字量有限，書寫能力不強(qiáng)，且無(wú)法將自身對(duì)事物的認(rèn)知恰當(dāng)?shù)赜脠D文表示出來(lái)，更適合采用勾選式、補(bǔ)空式的記錄單。中高學(xué)段的學(xué)生在邏輯思維能力、書寫表達(dá)能力方面都有大幅度提升，要采用更開放的記錄單設(shè)計(jì)模式?！澳K化連線勾選式”記錄單既能適應(yīng)低學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知水平，又能滿足中高學(xué)段學(xué)生的發(fā)展需求，幾乎可以適用于小學(xué)全學(xué)段的探究類科學(xué)記錄單設(shè)計(jì)。

四、“模塊化連線勾選式”記錄單的拓展應(yīng)用

“聲音是怎樣產(chǎn)生的”這類探究型科學(xué)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(shè)計(jì)，可以更好地幫助學(xué)生尋找事實(shí)與證據(jù)之間的聯(lián)系，搭建起認(rèn)知發(fā)展的階梯，也通過(guò)這樣的記錄單，在學(xué)生的主觀意識(shí)和潛意識(shí)里，不斷強(qiáng)化科學(xué)的可證實(shí)與可證偽性。在小學(xué)科學(xué)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(qiáng)大作用。

例如，“水珠從哪里來(lái)”，裝冰塊的杯子外面，不一會(huì)兒就會(huì)形成一層水珠，這些水珠是來(lái)自杯子里的冰塊還是杯子外部的空氣？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生可能還有其他推測(cè)。通過(guò)一系列的自主探究實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可能會(huì)看到很多現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)很多細(xì)節(jié)，這些現(xiàn)象和細(xì)節(jié)就是可以用來(lái)解釋 推測(cè)的證據(jù)。哪一個(gè)推測(cè)能被更多的證據(jù)支持，它就可以被升級(jí)為相對(duì)更科學(xué)的結(jié)論。這樣的證據(jù)越多，結(jié)論也就越接近科學(xué)的真相。

再例如“我們來(lái)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(dòng)？這需要通過(guò)一系列逼真的課堂模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)找證據(jù)。把隕石撞擊和火山噴發(fā)模擬實(shí)驗(yàn)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(shí)的月面環(huán)形山進(jìn)行比對(duì)，誰(shuí)更符合真實(shí)環(huán)形山的特點(diǎn)，誰(shuí)就更有可能是環(huán)形山的主要成因。

通過(guò)教學(xué)實(shí)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(xué)課里，學(xué)生可以更高效地完成收集證據(jù)的任務(wù)，他們也會(huì)在實(shí)踐和分析中獲得“科學(xué)可通過(guò)證據(jù)被證實(shí)或證偽”的切身感悟。