例談科學教學中的科學性問題

李勤富?お?

[摘要]科學性是科學教學的基石?？茖W性問題最容易出現在實驗教學、練習教學和科學史教學中。出現科學性問題的根源是教師的教育思想與觀念。教師只有真正將正確的教育思想與觀念和科學方法融入教學，才能從根本上避免科學性問題的發(fā)生。

[關鍵詞]科學性問題；科學教學；實驗教學；練習教學；科學史教學

[中圖分類號]G633.98[文獻標識碼]A[文章編號]16746058

（2017）20007703

科學性是科學教學的生命，是科學教學的基石。出現科學性問題是科學教學的大忌，會影響科學教學的根本。課堂教學的科學性具體體現在講授的內容具有正確性和科學性，對教材的把握、課堂結構的設計、教學方法的選擇等科學合理。由于長期的慣性思維及科學性問題的潛伏性，教師自身往往看不到科學性問題的存在，也認識不到，以為是一種正常的現象，從而影響到對科學性問題的正確認識。通過實踐發(fā)現，科學教學中的科學性問題更容易出現在實驗教學、練習教學和科學史教學中。

一、實驗教學中的科學性問題

在實驗教學中，教師更關注學生應試時如何運用實驗知識解題，缺乏對實驗進行深入的引導，對實驗的分析和講解也很不到位，如在分析和表述時只看到表象，導致講解時偏離科學知識的本源，從而形成科學性問題。具體表現為科學邏輯偏差、因果關系顛倒、偷換科學概念等。

[案例1]對電流表和電壓表連接方式的解釋。

關于電流表的連接方式，教材這樣表述：電流表必須串聯在被測電路中。教師的解釋是：因為電流表的電阻很小，如果其與被測電路并聯，會因為電流過大而被燒壞，所以必須串聯在被測電路中。

關于電壓表的使用，教材這樣表述：測量某一部分電路的電壓時，必須把電壓表與這部分電路并聯。教師的解釋是：因為電壓表的電阻很大，在理想情況下可以認為是無窮大，如果將其與被測電路串聯，電路會因為電阻過大而造成電流過小，影響其他用電器的使用，所以必須將電壓表與被測電路并聯。

將上面兩種情況進行歸納，可以得出：電流表在電路中串聯使用的原因是電阻太小，而電壓表在電路中并聯使用的原因是電阻太大。也就是說，兩種電表連接方式不同的根本原因是電阻的大小不同。

事實真的如此嗎？

通過對兩種電表的拆解，發(fā)現它們的結構都為靈敏電流計與電阻的組合，核心的靈敏電流計允許通過的電流很小。當它串聯在電路中時，通過的電流會過大，因而需要并聯一個阻值比自身小的電阻，讓大部分電流從并聯電阻一路通過。而當它并聯在電路中時，因為電阻小，電流絕大部分會通過靈敏電流計對其造成損壞，與其并聯的電路也會因此被短路，所以要串聯一個大阻值的電阻，讓大部分電流從原電路通過，只讓很小的電流來驅動靈敏電流計。

通過以上分析可知，電流表也可以將電阻做得很大，電壓表也可以將電阻做得很小。電流表不是因為電阻很小才串聯，而是因為要串聯所以做成電阻很??；電壓表不是因為電阻很大才并聯，而是因為要并聯才做成電阻很大。

可見，電阻的大小不是決定其連接方式的根本原因。那是什么決定電流表和電壓表的連接方式呢？

測電流是測導體中某點的電流，因此要求測量工具接到這一點上，因此是串聯。測電壓是測導體兩端的電壓，本質就是測出同時刻兩點之間的電勢差，因此要求測量工具要同時接到兩個點上，即并聯。

綜上可知，這是一個科學邏輯偏差、因果關系顛倒的問題。不是因為電阻大（小），電壓（流）表才要并（串）聯，而是因為電壓（流）的特性要求電壓（流）表必須并（串）聯，所以才將電阻做大（?。?。原先的電阻決定論之所以沒有引起懷疑，主要是因為這種科學性問題對學生做題的正確性不會產生影響，只會影響學生對科學知識本質的理解，因此沒有引起教師的注意。教師在一遍遍錯誤的重復中，就把謬論當成了真理。

為避免這種科學性問題的發(fā)生，教師在教學中要探尋知識的根源，厘清知識間的關系，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力。教學不能以應試為中心，否則將會使很多的科學知識異化，造成科學知識上的錯誤。而如果教師一再地重復強化這些錯誤知識，其自身也會深受影響，誤認為這就是知識的本來面目，那必將失去科學教學的根本。防止出現這類科學性問題的有效方法是，對感覺不舒服或不順暢的解釋，多問一個為什么，對問題有“打破砂鍋問到底”的探究精神，對問題的歸因能多運用逆向思維推理來強化和驗證。

二、練習教學中的科學性問題

在練習教學中，最容易出現的科學性問題就是知識歸納和推理中的錯誤。主要表現在對知識間的關聯挖得不深，僅憑一些不完全事例或不完整的原理分析，就得出一個小范圍使用的知識歸納，且由于忽視科學方法的指導，無視適用條件擴大

使用范圍，從而造成知識歸納的不全面，引發(fā)應用上的錯誤。

[案例2]杠桿平衡條件的應用歸納。

如圖2所示，用撬棒撬石頭，手握在撬棒的末端B端，其中AB=2米，OB=1.6米，DO=0.1米，石頭對撬棒的壓力是800牛，求在B端最少要用多大的力才能撬起石頭。

如果根據以上的結論，只要找到最大的動力臂就可以找到最小的動力，動力臂最大時應當以A為支點，力的方向是垂直于AB向上，此時動力臂就是AB整根撬棒的長（2米）。

由F1l1=F2l2可得

F1×2米=800?！?.3米

F1=120牛

再看如果力是垂直于AB向下的，其支點為O，動力臂為OB=1.6米。

由F1l1=F2l2可得

F1×1.6米=800?！?.1米

F1=50牛

當動力臂為2米時，需要動力為120牛，而動力臂為1.6米時反而只需要50牛的力，動力臂短的反而所需要施加的力小，完全推翻了教師的結論。

教師上述的知識歸納問題出在哪里？他沒有意識到歸納出的知識是有適用范圍的，要明確使用的條件。

前面的實驗中，“要使動力最小，只要找到最大的動力臂即可”的結論實際上隱含了一個條件，即阻力與阻力臂的乘積不變。由F1l1=F2l2的平衡條件可知，要得到“l(fā)1最大，F1最小”的結論，就必須確?！癋2l2不變”。而上述題目中恰恰F2l2在變，不再適合原來的結論。

自然科學的發(fā)展史表明，一種理論或一個定律都有其適用的范圍，并不是可以無限延伸的。作為科學教師，要有同樣的理念，要意識到自身歸納總結得出的結論，有其自身的應用范圍，教學中必須突出它的應用條件。在描述科學探究結論時，教師都會一再強調科學結論的得出必須有限制條件，如“當質量相同時，速度越大，動能越大”，會著重強調“當質量相同時”這個條件的有無。對科學知識的歸納也有這樣的前提條件，但教師對此卻熟視無睹，造成推論的適用性錯誤。這也說明教師平時對于科學方法的運用還是停留在以事論事的表面上，沒有將內化為自身知識與素養(yǎng)的一部分。

要避免這種科學性問題，從根本上講，教師要將科學方法真正內化成自身知識與素養(yǎng)的一部分，而不是僅僅停留在表面。就像平時雖然知道不能隨地吐痰，但這種行為往往會在不經意間發(fā)生，這就是沒有真正內化。對此，較為有效的一種方式就是回頭看，比較歸納得出的知識與原先的知識的區(qū)別，再深入思考形成區(qū)別的原因，同時問自己“這一知識點為何不采用歸納后的表述”，這樣就會意識到有應用條件的存在。這使得自己時刻會關注知識的應用范圍及條件，在一定程度上能讓浮于表面的科學方法內化。

三、科學史教學中的科學性問題

對于科學史教學，教師往往不夠重視，缺乏相應的設計與研究，只是將科學史簡單地進行呈現。有時會因未將關鍵事實全部敘述，或是在不恰當的環(huán)境中敘述，同時又沒有做好相應的引導，導致學生的認識滑向錯誤的方向，對科學學習造成負面影響。

[案例3]“認識地球”的教學（片段）。

師：地球是運動的，還是靜止的？

生（齊）：運動的。

師：你知道古人是怎么認識地球的嗎？他們?yōu)槭裁磿羞@樣的認識？

生1：古人認為地球是靜止不動的，他們是憑自己并不可靠的感覺得出結論的。

（教師對此給予了肯定，并講述人類對此問題的認識過程。）

生2：

這個在我很小的時候就已經知道了，古人太笨了！

生3：他們太自以為是了，不會用大腦思考，看到什么就是什么！

生4：古人的認識都是很可笑的，都是不正確的！

……

在出現大量這樣“不當”的言論后，教師只是無關痛癢地說了一句：“古人的認識也是有可取之處的，下面我們來看一下哪些現象可以說明地球是在運動的。”這樣的教學是很差強人意的。

關于地球是靜止還是運動的問題，鑒于古代的科學水平和觀察條件，古人很難解決，而對于生活在現代的學生來說則只是一個常識性問題。但學生很容易將現代人與古人的認識進行忽略前提條件的絕對性對比，從而得出簡單、錯誤的結論。這就是科學史教學中容易出現的科學性問題。教師在講述時不考慮當時的情況，給學生的一個感覺就是“古人是勤勞的但有點笨，他們不太會思考，跟現代人相比差很多”。要糾正以上的錯誤認識，事實上只要在教學中做一點點改變即可，如可提問學生：“你感覺到地球在運動了嗎？感覺不到，你又是如何知道地球是運動的？”

事實上，古人的思維并不是學生想象的那么簡單，他們也不是感覺地不動就認為地球是靜止的。當時他們也像現在的我們一樣會從多個方面考慮事物的可能性，再得出一個較為符合當時認知水平的解釋。當時古

人也曾想到過地球是否存在運動的可能性，但這會帶來許多問題，而這些問題以當時的知識水平是解釋不了的。