科學教學的智慧改進

◇吳穎

通過實驗獲得數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)加以處理、轉化，表達為支持自己結論的證據(jù)，這樣的思維過程在很多科學探究課上存在，并且是重要環(huán)節(jié)。但我們會發(fā)現(xiàn)因為材料、實驗設計或學生操作等原因，或多或少會存在誤差甚至錯誤，對于這樣的結果，有的老師避而遠之只為達到自己預設的教學目標而直奔向前，學生在多次“熏陶”后，也學著更改數(shù)據(jù)而獲得“科學”的結論，久而久之實事求是的科學態(tài)度在科學課上逐漸淡出，師生只是為了獲得書本的結論而實驗，大大違背了科學探究的本質。

《擺的研究》一課主要引導學生研究“擺的等時性”問題，因為其完整的探究步驟被很多老師青睞，是一節(jié)常見的公開課?？墒?，我們經常看到學生經過多次、分段的實驗和記錄，所獲得的數(shù)據(jù)比較凌亂，也不能說明擺的擺動具有等時性，無法達成教師預設的探究目標。所以這堂課經常會出現(xiàn)經過“有效”的活動后，卻獲得了“無效”的結論的情況。

以下呈現(xiàn)了一般會出現(xiàn)的分歧情況：第1組得到結論擺動的次數(shù)與擺錘的重量無關；第4組得到結論擺動的次數(shù)與擺錘的重量有關。

我們來看看老師們遇到這種情況的處理方法。

方案A：引導學生關注支持結論的數(shù)據(jù)，忽略不支持結論的數(shù)據(jù)，認為這類數(shù)據(jù)是不準確的，或者是有誤差的。

方案B：請學生通過計算平均數(shù)、取中位數(shù)或者眾數(shù)的方法，使數(shù)據(jù)趨于一致。

方案C：引導學生分析討論數(shù)據(jù)不一致的原因。

我們可以看到這三種處理方法都是有不當?shù)?。方案A中老師憑什么說學生獲得的數(shù)據(jù)是錯誤的、有誤差的？學生是利用老師發(fā)的材料，按照老師指導的方法認真地進行實驗。方案B的方法其實是讓少數(shù)服從多數(shù)，是通過數(shù)學方法讓數(shù)據(jù)“統(tǒng)一”起來，看似科學，實則虛假。方案C則偏離了既定的探究目標，即使學生分析出了引起不一致的原因，也不會在課堂上進行一一證實，這樣做的意義有多大呢？

其實本課按照教材的操作方法出現(xiàn)數(shù)據(jù)不支持結論的情況是預料之中的事情，因為實驗的材料、學生的操作能力、合作能力等諸多因素都會影響實驗結果。但如果老師依舊要組織學生開展這個探究活動，并為了得出教師心中的那個結論，而采取以上的方法，其實都違背了“以學生為中心”“以獲得的證據(jù)為事實”的教學理念。

智慧改進一:探尋根源，規(guī)避誤差產生

深入小組活動，我發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差或錯誤的出現(xiàn)來源于材料和學生操作兩方面。材料方面：擺繩的質量會影響，有的擺繩在擺動過程中會發(fā)生旋轉；擺的懸掛點也可能會出現(xiàn)移動，擺在做周期運動時向左和向右過程中會引起擺長的不同；增加擺錘時重心位置發(fā)生改變；擺動幅度超過15°時誤差就會較大；擺在擺動過程中不在同一平面，變成了圓錐擺等。學生操作方面：學生的合作配合常出現(xiàn)問題，計時員喊停時，記數(shù)員報出的次數(shù)文字記錄員很難捕捉準確；學生放擺的時候有推力；放擺和開始計時時間不一致等等。針對這些發(fā)現(xiàn)，我在實驗準備材料階段會選擇不容易旋轉的擺繩，并用牢固的燕尾夾固定在懸干上，并在懸干上設置量角器，在實驗前對學生強調：

1.增加擺錘重量的時候要考慮到重心位置；

2.擺角盡量在15°以內；

3.放擺時不能施加力；

4.線拉直，使擺繩盡量處于同一平面；

5.正式測量前，多試幾次，加強組員配合的默契度。

學生是活動中的研究主體，讓他們親自動手做、獲得感知是建立科學概念的前提，教師需要在實驗前花更多的時間為學生創(chuàng)設一個良好的學習情境，包括問題情境的設置、材料的設計等，這樣才能保證學生獲得有效的體驗。當然這并不意味著為學生創(chuàng)設順風順水的探究過程，對于差異數(shù)據(jù)還需要學生去獨立思考、反復實驗、尋找證據(jù)、整理數(shù)據(jù)、去偽存真，培養(yǎng)學生的科學論證思想。

智慧改進二:轉變思維，切換問題方式

針對小組誤差大的情況，在教學中我常采用蹲點在一個小組發(fā)現(xiàn)孩子們操作中實際存在的問題的方法。我發(fā)現(xiàn)學生的擺不可能剛好達到每秒1次的速度，通常15秒的時間點到時，擺可能還沒到起擺點或者終擺點，而我們擺動次數(shù)的記錄又要以整數(shù)為單位，這是不科學的，因為物理學計量中是有估計值的，但是學生在操作中是看不清這個點的，不會發(fā)現(xiàn)這個小問題，所以就會出現(xiàn)實驗結果的偏差。既然這個實驗是讓學生探究擺的等時性，除了“在相同的時間內，擺擺動的次數(shù)相同”這個思維方式，是不是還可以換一種思維，可不可以理解成“擺擺動了相同次數(shù)，用的時間是否相同”以此來測量時間，因為用秒表計時，就可以比較精確的記錄下每次時間，不會產生偏差了。

這樣做轉變了問題方式，但卻依然可以達到研究單擺等時性的目的。這樣的改進在小組有效分工、準確操作的前提下，規(guī)避了學生計次過程中的誤差，符合了學生的心理，體現(xiàn)了“學生本位”。同時，這也利于學生對科學本質的認識，科學是講求證據(jù)的，我們的課堂上經常發(fā)現(xiàn)學生隨意更改自己獲得的數(shù)據(jù)以迎合教師的現(xiàn)象，這除了對自己的不信任外，還表現(xiàn)出學生缺乏實事求是的科學態(tài)度。教師要重視學生心理，從學生能達到的目標出發(fā)，審視教材內容，選擇適合的內容和方式為學生搭起學習的腳手架，讓學生在攀爬過程中不斷建構和創(chuàng)新。

對教學設計中存在難點和歧義的實驗，通過“探尋根源，規(guī)避誤差產生”，抓住誤差產生的源頭，改進實驗設計和操作方法；通過“轉變思維，切換問題方式”將難點轉化為學生容易接受和操作的方式。在這兩種方法的幫助下，實驗探究的主體變?yōu)榱藢W生，使學生通過規(guī)范的、易接受的實驗方式獲得可靠的證據(jù)，并對證據(jù)進行加工，論證自己的結論，在過程中培養(yǎng)了學生實事求是的科學態(tài)度，促進了學生科學素養(yǎng)的形成。