和表现的方式具有不同的侧重和各自的特征,避免套用刻板格式的实验探究报告“八股文”,应该让学生在理解实验、并具有自己的考虑的情况下写实验探究报告,即学生自己写探究报告和写自己的探究报告。 .......
高中学生写探究报告,内容上应比初中更深入和更完备。实验数据的记载要更准确,实验过程的描述要更详尽,实验数据处理的定量化水平更高,其图表、图象形式的分析方法更为普遍,实验结论的形成更富有逻辑和说服力,陈述的语言更简练。
高中学生写探究报告,观念上应比初中有所提高。学生应该具有把实验数据作为证据的观念,认识实验事实是不可动摇的根据;学生应体现“证据+逻辑”是进行探究的基本理念,所有的结论都应该建立在证据和逻辑分析的基础上,根据证据进行逻辑分析,贯穿着整个探究过程;学生应树立实践是检验理论的惟一标准的观念,该标准应有意、无意地体现在探究报告中。学生应对实验过程中不符合这些基本观念的内容作出评估、提出疑问,这些具有个性化和创造性特征的质疑,应能不时地出现在高中学生的实验探究报告中。
2.在合作中注意既坚持原则又尊重他人
3.有合作精神
科学探究中要发扬合作精神,发挥各人的积极性,就要群策群力,使每个人都贡献出自己的聪明才智。合作精神表现在探究过程中,就是既有分工,也有合作。应使学生体会到,合作能提高探究的质量和效率,例如同一实验小组在收集某个实验信息时,有读数人,有读数审核人,有记录人,还有记录审核人,明确的分工,在短短时间内能准确、有效地获得实验数据,这种互相分工、互相合作、互相关联、互相制约的活动,放大来看,好像是在扮演社会分工中的不同角色,让学生认识到合作能力是现代社会人们必须具备的重要能力。因此,要克服做实验时总是只有成绩好、动手能力强的少部分学生忙碌的现象。
尊重他人,是具有合作精神的重要表现。要尊重他人,就要认真思考别人的观点,分析别人观点与自己观点不同的地方,一旦发现自己的想法有错误时,要勇于承认、放弃或修改自己的错误的地方。尊重他人,还表现为听取别人意见时,能以别人思考问题的角度,能站在别人的立场上,认真琢磨别人意见中的道理。一旦发现别人意见中的合理因素,应尽量吸收到自己的探究方案中来,完善和改进自己的探究方案。
在合作中要坚持原则,具体表现为坚持实事求是的精神,坚持严谨的科学态度,坚持用实践来检验理论的观点,坚持依靠证据结合逻辑分析进行科学探究的
方法等。
第二节 对科学探究及其要素的认识
一、对科学探究的认识
1.科学探究是一种学习方式,是学习目标,也是学习内容
从学生的角度来看,科学探究是一种学习方式,学生在科学探究活动中,通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程,学习物理知识与技能,体验科学探究的乐趣,学习科学家的科学探究方法,领悟科学的思想和精神。
科学探究也是学生完成物理课程所必须达到的学习目标,《标准》对科学探究及物理实验能力提出了明确的要求。
科学探究的方法是一种程序性知识,学生对探究方法的掌握以及对各探究要素意义的认识,都有一个系统学习和不断加深理解的过程,它属于物理课中的重要教学内容。
2.教学中对学生探究行为的设计是提高探究能力的关键
学生探究能力的提高不可能只通过理解就能实现,学生必须经历探究的过程,而且在这个过程中,学生要有相关的探究行为,因为某一方面的基本能力一定是和相关的行为联系在一起的。因此,在课堂教学中,学生探究行为的设计是提高他们探究能力的关键。例如,要提高提出问题的能力,就要让学生去发现、去质疑、去对问题进行抽象和概括;要提高猜想与假设的能力,就要让学生去假定、去解释;要提高制定计划和设计实验的能力,就要让学生去优选实验方法、去选择实验器材、去分析和控制变量、去评价现有的方案;要提高分析和论证的能力,学生就需要去比较(分析)数据、去作因果分析、去形成结论;要提高评估能力,就要让学生去反思、发现新问题,去改进探究方案;要提高交流能力,就要让学生去构思表达的内容结构、去即兴表达、去倾听交流和评价交流。如果学生在探究过程中没有这些行为,相关探究能力的提高将是一句空话。
3.科学探究的行为应渗透在整个物理教学中
由于科学探究能力的提高是和相关行为联系在一起的,而这些行为在非科学探究活动的教学过程中也是可能存在的,因此,尽管学生参与科学探究活动是提高他们科学探究能力的重要途径,但在其它的教学活动也让学生发生这些行为,同样对学生在某一探究要素方面的能力发展具有非常积极的意义。例如在平时一些陈述性很强的教学过程中插入让学生质疑、假定、解释等活动,实际上就是在
发展学生提出问题和猜想、假设的能力;在解答物理问题时引导学生自己进行因果分析、变量分析,自己进行数据处理,归纳结论,这些行为,都是和科学探究中制定计划、分析与论证等要素相吻合的,也有利于提高学生相关的能力。因此,除了科学探究之外,在物理教学的其它方式中渗透科学探究的行为,不仅是可能的,而且是必要的。
4.学生的自主探究和教师的合理指导相结合
学生在科学探究中需要有自主性,学生自主性的体现就是具有独立的探究行为,如前文所说,学生的探究行为的发生是其探究能力发展的关键。同时,学生探究活动的开展也要得到教师的指导。这样一来,教师的指导和学生的自主性之间就构成了一对矛盾:学生要有自主性,教师就不宜过多指导;但教师不指导,探究有时就很难进展下去。
解决这一矛盾的方法就是具体分析和规划科学探究课题的过程目标。对于一个具体的探究课题,学生应该在哪个要素上下功夫,或者说,该探究课题的主要能力目标是哪个要素,对此,教师不仅要十分清楚,而且要进行规划。属于让学生产生独立探究行为要素,应该充分发挥学生的自主性,让学生独立去完成;对于不属于本课题的过程目标,教师可以大胆指导,甚至于可以通过陈述的办法顺利越过这一环节,让学生把主要精力放在教师事先设计需要强化的要素上。一个课题究竟需要强化哪一个要素,应该根据探究课题的特征、学生循序渐进的要求进行合理和全面规划,看起来一节课似乎只突出了某一两个要素,而实际上不同的课题分别突出了不同的要素,学生所得到的是深入和全面的发展。
二、对科学探究要素的作用和意义的认识
《标准》关于科学探究及实验能力的基本要求中,每一科学探究要素的最后一项要求,就是认识该要素的作用或意义,现把它集中进行解读。
1.认识发现问题和提出问题的意义
发现问题和提出问题是科学探究的前提,如果没有发现问题、不能提出问题,科学探究便无从谈起。同时,科学探究过程是围绕着所探究的问题展开的,正是由于有了明确、具体的探究问题,才能使探究过程具有明确的主题,使探究能沿着合理的假设一步一步走下去,可以说,问题是各个探究环节的核心。另外,发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程,要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素,这是很不容易的事,它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维,科学探究的最终目标之一就是发展学生的创造力,发现
问题和提出问题对实现这一目标起着重要的作用。
3.认识猜想与假设的重要性
猜想与假设是科学结论的先导,如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持,它就可能发展成为科学结论。因此,猜想与假设能帮助科学研究者明确研究的方向,指导科学研究沿预定目标展开。
猜想与假设对解决问题的方案作了一定的预见性思考,它为收集信息、分析、处理和解释信息提供了一个大致的框架,因而使制定探究计划、设计实验方案有了必要的基础。而且,科学探究的结论也是围绕着猜想与假设进行的,探究报告最终需要对探究假设是否得到验证作出明确的结论。可见,猜想与假设在整个探究活动起到一种引导性作用,是探究活动的主线。
作为一种教学方式,猜想与假设对发展学生的创造性思维具有积极的作用。假设的前一环节是假定,这是一种非常活跃的非逻辑思维,很具有发散性,假设的后一环节是对假定作出合理解释,这是一种逻辑思维,很具有收敛性。学生在猜想与假设中,不断地在非逻辑思维和逻辑思维间转换,这就是创造过程的体现。
3.认识制定计划的作用
科学探究需要通过具体的操作来获取证据和验证假设,制定探究计划、设计实验方案,将把探究的猜想与假设落实到具体的操作方案上来。
制定探究计划将使探究者确定实验所应用的原理和方法、明确收集信息的途径和方式、确定收集信息的范围和要求、了解探究所需的器材和设备、建立分析数据的思路和选择处理数据的手段。探究计划使探究步骤更加有序、探究过程更加科学。如果没有探究计划,没有实验方案,科学探究的操作也就失去了根据。如果探究计划不当或者实验方案不妥,将直接影响着探究过程的科学性和探究结果的可靠性。
一个合理的探究计划,必然会体现正确的观念,例如实践是检验理论的标准、探究需要依靠证据和逻辑等;一个合理的探究计划,必定有科学的操作程序、有正确解决问题的方法和思路;一个探究计划,必定包含着物理学的相关知识与技能。学生制定自己的探究计划,就是经历把陈述性知识、程序性知识和观念性知识综合应用在一个具体情境中的过程,这将对提高学生的综合素质起到非常积极作用。
4.认识科学收集实验数据的重要性
科学事实是检验科学结论的唯一标准,实验数据就是体现科学事实的证据,
是进行科学分析的根据,如果不收集实验数据,探究根本无法进行下去,结论也就不可能形成。
如果不能科学地收集实验数据,例如由于实验环境的影响、实验条件的改变或者由于实验者的疏忽,造成所收集数据的失真或部分失真,将会对探究结果产生严重影响,甚至有可能得出与真正的科学结果完全相反的结论而致使探究者对这错误结论反倒信以为真。因此,科学收集实验数据在科学探究中的重要性是不言而喻的。
学生要在实验中科学收集实验数据,除了需要理解实验原理、了解实验步骤、具有操作实验仪器的基本技能之外,还要有严谨的科学态度和实事求是的科学精神。学生正确理解科学收集实验数据的重要性,有利于养成他们良好的科学态度和精神。
5.认识在实验中进行分析论证是很重要的
实验数据并不等于探究的结论,实验数据是对实验事实的客观记录,探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。如果没有分析和论证,实验数据根本无法体现其价值。卢瑟福在α粒子散射实验中所获得的只是α粒子穿过金箔后方向改变的实验数据,但通过反复分析和论证之后,提出的却是原子核式结构的学说。开普勒在发现行星运动规律方面的伟大成就,完全归功于他在分析、处理第谷遗留的观测数据时所做的工作,如果没有对数据的分析和论证,就不会有开普勒行星运动定律。
可以设想,科学探究如果只有收集实验数据而无对数据的分析和论证,科学结论将无法形成,探究等于半途而废。收集数据得到的是证据,分析论证靠的是逻辑,在科学探究中,这两者缺一都不可。
相对初中而言,进入高中以后,学生在分析、处理实验数据的思路、方法和手段都有很大的提高,这为发展学生的逻辑思维能力提供了一个很好的途径。同时,分析处理数据时,事实与假设的差异,也为学生发现问题、提出问题提供了机会。
6.认识评估的意义
评估能使实验得到优化。实验方法是否合理,实验数据是否可靠,数据分析是否恰当,这些都是评估的内容。如有不合理、不可靠、不恰当的地方,在作出改进后,实验过程将更加科学,实验结果将更加可信。
评估有可能引出新的发现。在分析实验结果和实验假设的差异的过程中,在