——从理科教学中实验结果与理论的不相符谈起^①

翻开一本教育学或学科教学论著作，在教学原则的章节中，科学性原则往往被置于首要的位置^②。教师，尤其是新教师，教学中最怕犯的就是科学性错误，因为他们的“上司”和“上帝”们最在乎、最计较这个。因此，“千万不要犯科学性错误”，往往是教学新手被指导老师叮嘱最多、印象最深的教导。不少人一节课下来，只要听到没有犯科学性错误，就会有一块石头落地之感。然而，在多年的理科教师教育和教师专业支持工作实践中，笔者观察到，人们如此恐惧的科学性错误，往往指的是科学知识性错误，而另一类同样可怕的科学性错误却被普遍地忽视，甚至没有多少人意识到它的存在。

教师如何面对实验结果的“不配合”

文科背景的读者请不要因为下面的示意图而跳过这段文字，你们没有那么些已有东西的束缚，也许更能理解笔者下面所述的问题和观点。

“平衡”，是一个如今被广泛使用的概念。而“二力平衡”，则指的是在两个力的作用下物体保持平衡状态。那么，什么情况下物体处于两个力的作用下而又能保持平衡的状态呢？经验和常识告诉我们，这两个力应该沿着一条直线（像拔河的绳子）朝相反的方向使，而且用的力要一样大。这就是所谓的“二力平衡条件”，在我们国家的理科课程里它是一个初中水平的科学知识点，教科书上常见的表述是：“作用在一个物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在一条直线上，这两个力就彼此平衡”。

如果你不是一位科学或物理教师，看了上述的文字，你也许会觉得“二力平衡条件”应该不是一个难教的知识内容。然而，恰恰是这样的一个道理明摆着的知识点，却没少让教它的理科老师们伤脑筋。

首先，理科教学讲究用实验事实说话。具体到“二力平衡条件”的教学，往往要用如图所示的实验装置来获得结论。而不通过实验就直接将结论告诉学生、要求学生记住的做法，虽然在实际中并不少见，但人们都认为那是一种落后的教学方式。然而要想使自己的教学不那么落后，可不是件容易的事。有经验的老师往往有这样的体会：这类实验的演示不易把握，一不留神，就可能弄巧成拙，费力不讨好。

在如图所示的实验中，老师所期待的实验现象是：如果在左右两边的砝码盘中放上完全一样的砝码，小车就保持静止，反之小车就会动起来。然而，实际上由于摩擦力的作用，两盘中所放的砝码即使有点不同，小车也不一定会动。因为完全有可能由于两边砝码质量相差太小，使左右两边的绳子给小车的拉力差异不够大，不足以克服摩擦力的影响。这样一来，即使在原本平衡的系统中加入了不平衡的因素（如在左边或右边盘中添加一个很小的砝码），小车仍然保持静止。对此，老师该如何向学生解释呢？

实验得出这样的结果，对教师来说，已经是一个很棘手的问题了。对此，教师们在教学中又是如何处理的呢？也许对许多老师来说，将结果归为实验的意外结果，归为摩擦力所致的误差，是自然、合理的处理。是实验，总会有误差嘛。于是，就这调整一下，那摆弄两下，一旦得到预期结果，马上“见好就收”，以免再“节外生枝”。

这样的处理方式，导致的结果如何呢？只能是雪上加霜！因为，它十分明显地向学生传递着这样的信息：老师所要教的结论是不容质疑的，做实验只不过是走一种形式、走一个过场，从实验获得的事实，与结论相符的就可取，不相符的就是实验出了问题，就不可取。读者仔细想想，这听起来是不是有点滑稽可笑？作为理科老师，对此一般也应该会感到不自在，可为什么这样的处理在实际的理科教学中却普遍地存在呢？其中的原因当然不很简单，但如果了解一下对儿童假设检验过程的有关研究，看看没有经过正规科学教育的儿童如何对待所面临的实验结果与自己原有的信念，也许会增进我们对这个问题的理解。

在有关儿童假设检验的研究中，人们发现，在把得到的实验结果作为支持或者拒绝假设（理论）的证据时，儿童的思维表现出某些方面的缺陷。即使在儿童进行有效的实验时，他们也常常得出与实验结果不一致、而与他们原有信念相一致的结论。^③④ Chinn和Brewer经实验研究后提出，与专家相比，学习科学的学生在处理不支持已有知识理论的数据（反例）时采用了不同的策略。只有其中的一种策略导致了已有知识理论的改变。一般采取的策略是：忽略反例；反驳反例；将反例排除在理论之外；以无效的方式持有这些反例；重新解释反例，对原有理论作外围的改变；接受反例，改变原有理论。^⑤陈楠以杠杆平衡原理探究活动为载体做研究，也得到了差不多的结论^⑥。

这些研究所反映的问题是，儿童常常不能区分什么是基于观测得出的结论，什么是基于他们原来的信念或理论得出的结论。他们经常忽视不一致的证据，或者以某种选择性、歪曲的方式注意这些证据，他们有时调整证据以适合于他们自己的那一套理论。此外，儿童一般能够基于最近的结果得出恰当的结论，但往往忽视比较早的结果。当矛盾的证据增加并且变得不再能够忽视时，他们最后将承认这些矛盾的证据，但这只有在他们能够形成一个替代的理论以解释这些证据的时候，他们才真正接受这些证据。而且，即使他们正确预测到某个因素的结果，并看到这一预测得到证实，他们仍然不愿放弃他们原有的信念，直到他们能够形成一个可对出其意料的观察结果加以解释的新理论。^⑦

这样，如果我们认真地对照一下，就不难看出，教师在面对实验事实与理论之间矛盾时的行为和没有经过正规科学教育的儿童在本质上是相同的。这当然不是说明教师的事实性知识和智力水平倒退到了相对较低的程度，而是说明，不论对于成人还是儿童、无论对于专业人员还是非专业人员，个人的信念、原有的观念能起多么大的作用。而且可以说，专业知识有时甚至正是问题复杂的一个因素。本文所举的“二力平衡”教学的例子，对于外行来说也许不会认为有多难，而到了理科教师手上则成了复杂棘手的事，处理的方式给人的感觉就想小孩子一样反复无常、幼稚可笑。他们由于自身对科学知识结论的熟知和坚信，加上理科教师常被冠以科学真理传播者的角色，可能会比外人更难意识到这样的教学有什么错误，甚至根本没有觉得有什么不妥。

进而，如果我们能跳出只是计较教师所讲的知识结论是对还是错的视野，而要在意当学生日后将知识结论忘掉之后所剩下的东西，我们就更会感到问题的严重性。因为这样一来，我们传递给学生的是否是科学的思维方式，是否是在强势的结论和当前面对的事实之间应该保持的科学态度，那就是至关重要的了。前述的对待实验结果的方式，如果一再地出现在理科教学之中，那么它给学生的弦外之音就是：一旦有了“结论”，对新收集到的事实证据就可以区别对待，符合“结论”的就敞开放行，不符合的就要“发回重审”，直到符合为止。想到今天课堂上的莘莘学子，明日都要在不同层次上参与不同类型的决策，笔者不禁为这样的理科教育不寒而栗，难道这还不算是犯了科学性错误？它比起犯科学知识性的错误，又能好到哪里去呢？