對“探究擺的等時性”教學的思考

編者按：“單擺的等時性研究”作為小學自然（科學）課程的一個教學內(nèi)容，最早出現(xiàn)在20年前人教版《自然》教材第六冊《擺的秘密》一課中，它以選學課形式編入教材，并被列入“實驗?zāi)芰Α焙汀皻w納概括能力”的培訓系列。該課主要活動是指導學生從兩個層次探討擺的秘密：一是認識同一個擺擺動的快慢是一定的（即擺的周期是一定的）；二是從擺長、擺重入手，研究擺的快慢與什么因素有關(guān)。

在新課程中，教科版《科學》五年級下學期《時間的測量》單元中安排了四課時的活動，對“擺”展開了更寬泛的研究，涉及擺的觀察、擺的研究、擺的制作及一分鐘計時器的制作調(diào)試?！皵[的研究”這一主題以其對比實驗的操作特點被教師們青睞，在歷年的各種研討課、觀摩課、賽課等活動中被廣泛選用。

隨著研究的深入，教學中的一些具體問題尤其是這一主題“與新的教學理念如何更好地接軌”這類更高層面的話題也逐漸暴露出來，例如：如何對待孩子們實驗數(shù)據(jù)中的“誤差”問題？如何更科學地對數(shù)據(jù)進行分析？學生通過實驗得到的不支持結(jié)論的數(shù)據(jù)是否是真實的數(shù)據(jù)？如何對待不支持結(jié)論的數(shù)據(jù)？如何幫助學生理解重復(fù)實驗的意義？如何選擇結(jié)構(gòu)性、科學性更強的材料……

《對“探究擺的等時性”教學的思考》一文，從歷史、實踐和觀念三個維度為我們了解“擺的研究”這一主題提供了許多信息，文章最后提到的六個問題，也需要我們進行更深刻的思考。所有這些問題都將成為這個研究專題展開討論的話題，對這些問題展開深入研究，將有助于我們對科學本質(zhì)有一個更清晰的認識。

在這個研究專題的討論中，每位老師的文章都只是側(cè)重于某一角度發(fā)表其個人的看法，未必全面，但可供我們借鑒、思考。只要我們正確看待文中的觀點，而不僅僅是為了尋找所謂的唯一正確的某一種說法，我們就會更逼近于對科學本質(zhì)的認識。

《機械鐘擺》一課主要引導學生研究擺的等時性問題，本課經(jīng)常被老師選作上公開課、研究課，甚至用來參加優(yōu)質(zhì)課競賽。這節(jié)課的常規(guī)“套路”是：老師一般會先讓學生認識什么是擺，接著提供擺線、作擺錘用的重物、鐵架臺、秒表等材料，讓學生制作一個擺，并利用這個擺來探究擺的等時性，主體探究活動的教學目標設(shè)計指向性非常明確?？墒?，我們經(jīng)常看到的結(jié)果是，學生經(jīng)過多次、分段的實驗、記錄，所獲得的數(shù)據(jù)比較凌亂，并不能說明擺的擺動具有等時性。也就是說，學生所獲得的數(shù)據(jù)，并不支持結(jié)論，沒有達成教師預(yù)設(shè)的探究目標。

導致數(shù)據(jù)凌亂的原因很多，比如：材料問題（擺線和擺錘的選擇是否合適），教室里有風無風的問題，擺線與懸掛的軸如何連接以及之間的摩擦力問題，學生的操作是否合適的問題，學生是否能夠熟練使用秒表的問題，學生的合作問題（操作員、觀察員、記錄員之間的配合是否默契），教師的指導訓練是否到位的問題，等等。也就是說，一個看似簡單的實驗，其實需要控制的因素很多，小學生很難把這些因素控制好，只要有一個因素控制不好，就可能導致實驗數(shù)據(jù)的不準確。

20年前，小學《自然》教材里就有這樣的內(nèi)容，我們就被這些問題困擾，反復(fù)研究也沒有找到好的解決辦法。執(zhí)教老師曾經(jīng)把學生帶到教室外，從教學樓的5樓吊一根可伸縮的長繩子到樓下，繩子下端系一個水桶，桶內(nèi)可增減重物以改變擺錘重量，用這種辦法實驗，效果要好些，但仍不盡人意。

如今，許多老師上這節(jié)課時，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)不支持結(jié)論時，仍然會按照教學設(shè)計的流程，組織學生對數(shù)據(jù)進行分析，常見的處理方法有：

1.引導學生關(guān)注支持結(jié)論的數(shù)據(jù)，忽略不支持結(jié)論的數(shù)據(jù)。

老師往往會說明那些不支持結(jié)論的數(shù)據(jù)不準確，指出學生的實驗是有誤差的，然后依據(jù)支持結(jié)論的數(shù)據(jù)得出擺的擺動具有等時性的結(jié)論。

這樣處理帶來的問題有：

一是老師憑什么說學生的實驗是有誤差的？學生是按老師的要求，用老師提供的材料很認真地做了實驗，很認真地做了記錄，實事求是地匯報了數(shù)據(jù)的，老師只是巡回指導，并沒有做實驗，卻說學生的實驗是有誤差的。當我們要求學生說話要有根據(jù)，要有證據(jù)意識時，老師的證據(jù)意識在哪里？

二是為什么說有誤差？學生在探究前，并不知道擺的擺動具有等時性（如果知道還需要“探究”嗎？），而老師是知道的。這里的所謂的“誤差”，其實就是真實的數(shù)據(jù)與老師所期望的不一致，而非真正意義上的科學實驗中的誤差。

2.有些老師發(fā)現(xiàn)第一種處理數(shù)據(jù)的方法有問題時，會采取讓學生計算各組數(shù)據(jù)的平均數(shù)、中位數(shù)或眾數(shù)的方法，以使數(shù)據(jù)趨于一致，以便得出結(jié)論。

這樣的處理，實質(zhì)上是讓一組數(shù)據(jù)“少數(shù)服從多數(shù)”，是把一種“組織原則”移植到特定實驗的數(shù)據(jù)處理上。在這個實驗中，任何一個組的數(shù)據(jù)，只要有一個數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)不同，就不能說明擺的擺動具有等時性。教師這樣處理，實際上是在做一件“撥亂反正”的事情，目的十分明確，就是要把不支持結(jié)論的“亂”數(shù)據(jù)，通過一種數(shù)學方法讓數(shù)據(jù)“統(tǒng)一”起來，使“數(shù)據(jù)”支持老師心中很清楚、學生不清楚的結(jié)論。這種處理方法，表面上看，是在用數(shù)學的方法處理數(shù)據(jù)，貌似科學，實則虛假。

3.有些老師認識到數(shù)據(jù)不支持結(jié)論而要強行得出結(jié)論顯然不是實事求是的，是違背科學精神的。但課還要繼續(xù)上，許多老師就轉(zhuǎn)而引導學生分析討論為什么會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的問題，討論可能有哪些原因造成了誤差。

于是，課堂熱鬧起來，學生紛紛提出“可能是這樣”“可能是那樣”，列舉出一大堆可能造成誤差的原因。最后，老師一般會表揚學生“很聰明”“都像科學家”，然后告訴學生，實驗的確是有誤差的，并告知“正確的結(jié)論”。這樣處理，貌似比前面幾種方法有所進步，但依然存在很大的問題：

一是和第一種方法一樣，老師憑什么說學生的實驗是有誤差的，而且變相地讓學生認可是有誤差的？就學生而言，既然老師說有誤差，那就是有誤差了，老師說的還有錯嗎？也就是說，學生討論的邏輯起點是先得認可實驗是有誤差的，不然怎么會有那么多“可能”呢？如果這個說法成立，那我們就不得不思考：這樣的教學是在進行科學教育嗎？

二是偏離了既定的探究目標。之所以要設(shè)計這個探究活動，其目標是引導學生通過實驗認識擺的等時性，可學生的數(shù)據(jù)不支持結(jié)論，老師被逼無奈地改為引導學生去分析誤差。

三是分析誤差時，學生充其量只是提出一些“可能性”，這些“可能性”沒有一個能在課堂上得到證實，是不是真的存在誤差，并不確定。表面上看，學生的思維有所發(fā)散，但這樣做的意義有多大呢？既然要這樣做，那何必把這個探究活動定位在“探究擺的等時性”呢？要想讓學生認識科學實驗的誤差問題，完全可以專門設(shè)計活動，在專門的時間來引導學生探究，何必這樣“猶抱琵琶半遮面”呢？

比上述處理方法更令人擔憂的是，在組織學生開展這個探究活動前，許多老師是了解他所提供的材料、學生的操作能力、學生的實驗方法、學生的合作能力等許多因素都會對實驗產(chǎn)生影響，有一個因素控制不好，都可能導致得出的數(shù)據(jù)不支持教師想得到的結(jié)論，何況有那么多因素需要控制好。也就是說，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不支持結(jié)論的情況是預(yù)料之中的事情。但老師依然堅持組織學生開展這個探究活動，并為了得出他心中的那個結(jié)論，想各種辦法來曲解數(shù)據(jù)，或不好意思曲解數(shù)據(jù)而煞有介事地引導學生去分析誤差。

上述處理方法有一個共同點：為了老師心中的那個結(jié)論能“順利”得出。當我們和老師就上述問題探討時，他們也感覺到有問題，但許多老師的解釋是：教材就是這么編的，我們要尊重教材，我們實在找不到合適的探究材料。而且進一步解釋：這樣教還是有一定價值的，學生畢竟開展了探究活動，思維也很活躍，探究能力也得到了一定的培養(yǎng)。

分析這些問題，是“就事論事”，并不是說這節(jié)課就一無是處。我們看待一節(jié)課，應(yīng)當盡可能避免以偏概全，不能把某個優(yōu)點或缺點過度放大后，以此來對一節(jié)課作出定性評價。但是，在評價一節(jié)課時，必須考慮一些核心要素，比如：教學目標的設(shè)計是否合適、是否達成？學生的探究式學習是否是真實的、積極的、主動的？學生是否真實地經(jīng)歷了科學概念的轉(zhuǎn)變、建構(gòu)和應(yīng)用過程？“探究擺的等時性”教學中，上述老師們常見的處理方法，在這些核心要素方面，似乎都存在比較嚴重的問題。

對“探究擺的等時性”教學中的問題討論，顯然不能僅限于“術(shù)”的問題，我們還應(yīng)當有更深層次的思考，比如：

在科學課教學中，我們心中有學生嗎？我們的教學是要順應(yīng)學生的認識特點和認識需要，還是順應(yīng)教師“教”的需要？

科學家們?nèi)绻髦约旱膶嶒灧桨负蛯嶒灄l件有問題，不能得到真實的數(shù)據(jù)時，還會強行去做實驗嗎？

我們對科學課程和科學課教學應(yīng)該有怎樣的辯證認識？

學生亦步亦趨地經(jīng)歷被老師嚴格控制的實驗進程，是在開展真實的科學探究活動嗎？

如果科學課教學沒有體現(xiàn)出實事求是的科學精神，還是真實的科學課嗎？

如何站在兒童的立場，上兒童的科學課，上真實的科學課？