對(duì)初中物理課堂科學(xué)探究“分析、論證與評(píng)估”現(xiàn)狀的分析

孫 彬

(威海市教育教學(xué)研究中心,山東 威海 264200)

1 課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

2011“課程標(biāo)準(zhǔn)”中有關(guān)科學(xué)探究中的分析、論證與評(píng)估的表述如下.

1.1 課程目標(biāo)

知識(shí)與技能5.“知道簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄和處理方法,會(huì)用簡(jiǎn)單圖標(biāo)等表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,會(huì)寫(xiě)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告．”

過(guò)程與方法3.經(jīng)歷信息處理過(guò)程,有對(duì)信息的有效性、客觀性做出判斷的意識(shí),經(jīng)歷從信息中分析、歸納規(guī)律的過(guò)程,嘗試解釋根據(jù)調(diào)查或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)得出的結(jié)論,有初步的分析概況能力．

1.2 內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)科學(xué)探究要素“分析與論證”的基本能力要求:經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過(guò)程;能對(duì)收集的信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的歸類(lèi)和比較;能進(jìn)行簡(jiǎn)單的因果推理;嘗試對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行描述和解釋;了解分析論證在科學(xué)探究中的意義．對(duì)要素“評(píng)估”的基本能力要求:有評(píng)估探究過(guò)程和探究結(jié)果的意識(shí);能關(guān)注探究活動(dòng)中出現(xiàn)的新問(wèn)題;有從評(píng)估中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的意識(shí);了解評(píng)估在科學(xué)探究中的意義．

2 研究方法

2.1 研究課例

本研究從2016年第12屆全國(guó)中學(xué)物理青年教師教學(xué)大賽初中組共32節(jié)課例中選取科學(xué)探究要素較為齊全、科學(xué)探究進(jìn)行較為深入的16節(jié)課例作為研究的樣本,涉及到透鏡、凸透鏡成像規(guī)律、焦耳定律和測(cè)量小燈泡的電功率4個(gè)課題和16個(gè)省市,一定程度上反映了我國(guó)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀．

2.2 研究方法

首先,根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)科學(xué)探究中分析、論證與評(píng)估環(huán)節(jié)的要求,從課堂施教者與學(xué)習(xí)者兩方的行為表現(xiàn)中選取可以觀察和記錄的點(diǎn).這些觀察點(diǎn)與課程標(biāo)準(zhǔn)要求相互映照與補(bǔ)充,制定了較為詳細(xì)的觀察量表．根據(jù)觀察量表對(duì)每一節(jié)課例進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和文字的記述．最后,從分析論證與評(píng)估環(huán)節(jié)的時(shí)間,分析、論證與評(píng)估過(guò)程,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析,結(jié)論的呈現(xiàn)形式,實(shí)驗(yàn)的論證與評(píng)估,對(duì)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的問(wèn)題的處理,教師的某些“陋習(xí)”共7個(gè)大項(xiàng)和23個(gè)小項(xiàng)剖析當(dāng)前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)“分析論證與評(píng)估”的教學(xué)現(xiàn)狀．

3 研究分析

3.1 分析、論證與評(píng)估的時(shí)間

由表1可知,不同課題此環(huán)節(jié)的用時(shí)不太一樣,這與課題和教師的教學(xué)設(shè)計(jì)有關(guān)．16節(jié)課例平均用時(shí)為9 min 25 s,有7節(jié)課例低于平均值,有5節(jié)課例低于5 min 30 s,有3節(jié)課例高于15 min．筆者認(rèn)為,課堂是要講究效率的,此環(huán)節(jié)用時(shí)過(guò)長(zhǎng)必然會(huì)影響其他環(huán)節(jié),而用時(shí)過(guò)短往往會(huì)導(dǎo)致討論不充分、思維提升過(guò)于膚淺．

表1 實(shí)驗(yàn)探究中“分析、論證與評(píng)估”時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3.2 分析、論證與評(píng)估過(guò)程

3.2.1 實(shí)驗(yàn)與“分析、論證與評(píng)估”的教學(xué)組織方式

由表2可知,“總-總模式”與 “分-總模式”是教師最常用的教學(xué)組織方式,而混合模式較少運(yùn)用．筆者認(rèn)為,前兩種模式結(jié)構(gòu)清晰,對(duì)“教”和“學(xué)”更容易操作,而混合模式對(duì)師生雙方的默契度和教師駕馭課堂提出很高的要求,因此很少使用．

表2 實(shí)驗(yàn)與“分析、論證與評(píng)估”的教學(xué)組織方式統(tǒng)計(jì)

3.2.2 學(xué)生思考的組織方式

由表3可知,教師在組織學(xué)生思考時(shí)通常會(huì)以讓學(xué)生獨(dú)立思考的方式,只有約50%采用了生生交流的形式．

表3 學(xué)生思考的組織方式統(tǒng)計(jì)

3.2.3 交流活動(dòng)方式傾向

交流活動(dòng)方式傾向統(tǒng)計(jì)如表4所示.

表4 交流活動(dòng)方式傾向統(tǒng)計(jì)

3.2.4 教師提出問(wèn)題的發(fā)散性

由表4、表5可知,教師主宰、主導(dǎo)的課堂占68.75%,師生互動(dòng)的課堂僅占31.25%,教師提出的發(fā)散問(wèn)題只有11.11%,而思維含量很低的“填空型問(wèn)題”卻高達(dá)35.19%．可以發(fā)現(xiàn)教師在課堂提問(wèn)環(huán)節(jié)還是 “以我為主”,真正站在學(xué)生的角度提問(wèn)、讓學(xué)生真正的思考、深度的思考做得不夠．

表5 教師提出問(wèn)題的發(fā)散性統(tǒng)計(jì)

注: 筆者對(duì)以上3種類(lèi)型問(wèn)題的“界定”．發(fā)散性的問(wèn)題:沒(méi)有明顯提示,本節(jié)課也沒(méi)有直接的證據(jù)能夠解決．引導(dǎo)性問(wèn)題:有提示,但是潛在的答案可能不唯一．填空型的問(wèn)題:提示已經(jīng)很明顯,或者只是回答數(shù)據(jù),是與不是,好與不好等思維很弱的問(wèn)題．

3.2.5 學(xué)生在信息處理過(guò)程中的能力

由表6可知,只有18.75%的案例對(duì)信息的有效性有所體現(xiàn),表明很多師生沒(méi)有甄別信息的意識(shí)．任何的實(shí)驗(yàn)由于其本身的局限性,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性都是相對(duì)的,因其受到器材、方案設(shè)計(jì)、人的因素等多方面的影響,如果不分析數(shù)據(jù)的可靠性是否是我們實(shí)驗(yàn)分析結(jié)論可以接受的話,結(jié)論就有可能站不住腳．比如:焦耳定律實(shí)驗(yàn)由于系統(tǒng)熱量的損失其誤差是很大的;比如凸透鏡成像規(guī)律中物距在一倍焦距附近實(shí)驗(yàn)的誤差也很大,甚至是無(wú)法測(cè)量的;比如透鏡的光心對(duì)光線的作用,當(dāng)入射光線與主光軸成很大的銳角時(shí),其通過(guò)光心后的折射光線會(huì)偏折一個(gè)很大的角度．

只有1個(gè)案例的學(xué)生采用書(shū)寫(xiě)的形式表達(dá)自己的觀點(diǎn).筆者認(rèn)為,一是由于書(shū)寫(xiě)的效率低,二是在充分分析交流之后學(xué)生自己的觀點(diǎn)也需要完善和補(bǔ)充,三是由于有些結(jié)論是無(wú)法用文字來(lái)形象的表示．

表6 學(xué)生在信息處理過(guò)程中的能力統(tǒng)計(jì)

表6可以很清晰地看出,只要給學(xué)生交流的機(jī)會(huì),學(xué)生是有能力表達(dá)觀點(diǎn)和總結(jié)結(jié)論的．因此筆者建議廣大教師要讓學(xué)生放的開(kāi),有更多的交流展示的機(jī)會(huì),這對(duì)于教學(xué)是有明顯的促進(jìn)作用的．

3.2.6 提出的問(wèn)題數(shù)量與參與討論的學(xué)生、小組的數(shù)量

由表7可知,現(xiàn)時(shí)的課堂習(xí)慣由教師提問(wèn),而學(xué)生幾乎沒(méi)有提問(wèn)或質(zhì)疑的習(xí)慣．學(xué)生在教師引導(dǎo)下參與討論的人數(shù)平均只有4.9375個(gè),而參與討論的學(xué)生小于等于5個(gè)的竟然有10節(jié)課例,學(xué)生的參與度還是過(guò)低．每個(gè)課例平均只有1.4375個(gè)小組進(jìn)行了展示,11節(jié)課例只有師生之間的討論,說(shuō)明學(xué)生參與討論的方式單一．

表7 提出問(wèn)題數(shù)量與參與討論的學(xué)生、小組的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

3.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的效率問(wèn)題

在分析規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,需要大量的數(shù)據(jù),因此實(shí)驗(yàn)后立即分析數(shù)據(jù)是比較高效的,表8中后兩種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的方法效率有點(diǎn)低,但占比卻有56.25%．

表8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的效率問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

3.3.2 數(shù)據(jù)記錄方法

表9 數(shù)據(jù)記錄方法統(tǒng)計(jì)

3.3.3 數(shù)據(jù)處理方法

由表10可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法還是很豐富的,除了紙上作圖和畫(huà)表格外,電腦軟件、手機(jī)軟件和實(shí)物圖表各有一定的比例．

表10 數(shù)據(jù)處理方法統(tǒng)計(jì)

3.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“豐富性”

由表11、12 可知,71.3%的實(shí)驗(yàn)中學(xué)生測(cè)量的數(shù)據(jù)小于等于3個(gè),而在分析結(jié)論時(shí)在30個(gè)實(shí)驗(yàn)中,43.3%的實(shí)驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)小于等于3個(gè),只有26.6%的實(shí)驗(yàn)采用的數(shù)據(jù)大于等于7個(gè)．筆者認(rèn)為學(xué)生測(cè)量的數(shù)據(jù),和分析結(jié)論實(shí)際利用的數(shù)據(jù)都太少了．

表11 習(xí)慣記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)

表12 分析時(shí)采納的數(shù)據(jù)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

注: 對(duì)于組成最終結(jié)論的每一個(gè)分布實(shí)驗(yàn),觀察其分析結(jié)論時(shí)采用的數(shù)據(jù)數(shù)量,而不是計(jì)算得到總的結(jié)論而采用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量總和．

3.3.5 學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“同質(zhì)化”統(tǒng)計(jì)

由表13可知,由1/4的課例出現(xiàn)了數(shù)據(jù)的同質(zhì)化現(xiàn)象,說(shuō)明部分教師在此問(wèn)題上沒(méi)有引起足夠的重視．?dāng)?shù)據(jù)的同質(zhì)化往往導(dǎo)致全班只能提供很少的數(shù)據(jù),直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的合理性．

由于器材的限制導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)的同質(zhì)化的案例:在探究透鏡對(duì)光的作用時(shí),提供的光源只能對(duì)特定方向發(fā)出光線,導(dǎo)致所有的學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相同的．

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 26.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)由雙人核對(duì)、錄入，對(duì)考試成績(jī)，考試方案的難度、區(qū)分度及信度、效度指標(biāo)進(jìn)行分析。

由于教師的規(guī)定或?qū)嶒?yàn)的設(shè)計(jì)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)的同質(zhì)化的案例:在測(cè)量小燈泡的電功率的課例中,有一位教師要求測(cè)量同一規(guī)格的小燈泡在電壓分別為2 V、2.5 V和3 V下測(cè)量,導(dǎo)致所有學(xué)生實(shí)際上只得到3組數(shù)據(jù),證據(jù)很不充分,學(xué)生之間也無(wú)法相互借鑒和對(duì)比．

表13 學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“同質(zhì)化”統(tǒng)計(jì)

3.4 結(jié)論的呈現(xiàn)形式

由表14可知,大部分教師還是用習(xí)慣板書(shū)呈現(xiàn)結(jié)論,筆者認(rèn)為這是由于板書(shū)能長(zhǎng)時(shí)間保存,而課件給學(xué)生呈現(xiàn)結(jié)論的時(shí)間較短．

表14 結(jié)論的呈現(xiàn)形式統(tǒng)計(jì)

3.5 實(shí)驗(yàn)的論證與評(píng)估

由表15可知,學(xué)生質(zhì)疑的習(xí)慣還沒(méi)有養(yǎng)成,教師缺乏培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑的意識(shí)和習(xí)慣,課堂教學(xué)沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)評(píng)估、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的再次驗(yàn)證意識(shí)．

表15 實(shí)驗(yàn)的論證與評(píng)估的“意識(shí)”統(tǒng)計(jì)

3.6 對(duì)無(wú)法用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的問(wèn)題的處理

問(wèn)題1:在凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)中,很少有學(xué)生或教師會(huì)注意物距大于但接近一倍焦距的成像問(wèn)題,此時(shí)由于光源太弱,光屏太小,像距很大,在實(shí)驗(yàn)中是觀察不到的．這個(gè)課題的4個(gè)案例都沒(méi)有對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行處理,筆者認(rèn)為很多教師或許以為這不算什么問(wèn)題,但是如果要講邏輯的嚴(yán)密和證據(jù)的充分,這個(gè)問(wèn)題必須要探討．

問(wèn)題2:透鏡的光心對(duì)光的作用,由于光心是針對(duì)“薄透鏡”的一個(gè)理想模型,所以實(shí)際透鏡是無(wú)論如何也找不到的．5個(gè)案例中,有3個(gè)案例教師自己做實(shí)驗(yàn),1個(gè)案例中教師用沿著主光軸的光射向透鏡避開(kāi)了其它方向的光的問(wèn)題;另外2個(gè)案例教師自己演示實(shí)驗(yàn),但都選擇接近主光軸的入射方向;有2個(gè)案例讓學(xué)生自己體驗(yàn),但是也沒(méi)有找到證據(jù),反而加深了學(xué)生的困惑．總之,上述做法或者證據(jù)不充分,或者將實(shí)際的透鏡與“薄透鏡”概念混淆．

3.7 教師某些“陋習(xí)”

陋習(xí)1:用演示實(shí)驗(yàn)代替學(xué)生實(shí)驗(yàn)．例如焦耳定律實(shí)驗(yàn)中,有一個(gè)教師采用與兩位學(xué)生共同演示實(shí)驗(yàn)的方式,其他學(xué)生只是作為旁觀者,這樣做教師更容易掌控課堂,但是卻使學(xué)生的參與度降低．

陋習(xí)2:數(shù)據(jù)造假．例如在探究凸透鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,有1個(gè)課例學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有要求測(cè)量物體和像的大小這兩個(gè)數(shù)據(jù),但是教師卻用軟件模擬出像與物的大小．

陋習(xí)3:證據(jù)不足,急于讓學(xué)生找規(guī)律．部分教師在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上沒(méi)有考慮到數(shù)據(jù)的有效性和豐富性,讓學(xué)生在少量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上強(qiáng)行總結(jié)規(guī)律．例如在探究凸透鏡成像規(guī)律時(shí),每一個(gè)物距范圍的成像特點(diǎn)只利用2到3組數(shù)據(jù)．在測(cè)量小燈泡的電功率實(shí)驗(yàn)時(shí),在小燈泡的每一種亮度時(shí)通常只有一個(gè)電功率數(shù)據(jù)．

陋習(xí)4:輕易否定學(xué)生的思想．

案例1:師生分析透鏡的焦距

生:我覺(jué)得焦距是20cm

師:不好．另一位同學(xué)回答．

案例2:師生分析當(dāng)凸透鏡成倒立縮小的實(shí)像時(shí)物距的范圍．

生:物距小于20 cm,然后似乎還要大于20 cm．

師:不要似乎、要肯定．

陋習(xí)5:語(yǔ)言的陋習(xí):教師以“自我”為中心．

案例:誰(shuí)“給我”總結(jié)一下?誰(shuí)能“給我”說(shuō)一下?誰(shuí)能“給我”描述一下．你能看圖“給我”總結(jié)一下?你來(lái)“給我”想．“給我”觀察一下虛像是個(gè)什么性質(zhì)．哪位小組“給我”匯報(bào)一下?

陋習(xí)6:定勢(shì)思維．

案例:師:那么大家思考一下綜合剛才的3個(gè)結(jié)論,什么時(shí)候電流產(chǎn)生更多的熱量呢?

生集體回答:電阻越大、電流越大、時(shí)間越長(zhǎng)．

師:對(duì)的,這是我們通過(guò)剛才的活動(dòng)得到的一個(gè)結(jié)論,對(duì)吧?那么大家都知道,要得到一個(gè)普遍結(jié)論的話,至少要做幾次實(shí)驗(yàn)?

生集體回答:6次．

筆者提出疑問(wèn):任何類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)至少6次就能得出結(jié)論?更何況在實(shí)際教學(xué)中有的教師灌輸?shù)氖且髮W(xué)生做3次實(shí)驗(yàn)．筆者認(rèn)為,無(wú)論教師給學(xué)生留下的印象是3次還是6次,都無(wú)形中給學(xué)生的思想套上了牢牢的枷鎖,這種枷鎖雖然看不見(jiàn),但是影響卻是極其深刻的．它讓學(xué)生們認(rèn)為人類(lèi)對(duì)真實(shí)世界的探索是多么輕而易舉．

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

部分教師在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)后的分析、論證與評(píng)估環(huán)節(jié)所用的時(shí)間過(guò)多或過(guò)少,實(shí)驗(yàn)與“分析、論證與評(píng)估”的教學(xué)組織方式不敢嘗試對(duì)教學(xué)水平要求較高的混合模式．學(xué)生思考組織方式單一,交流活動(dòng)方式傾向于教師主宰、主導(dǎo),教師提出的部分問(wèn)題思維含量低、啟發(fā)性弱．學(xué)生有初步的信息處理能力,但是參與討論的學(xué)生和小組數(shù)量較少．?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的效率低,學(xué)生實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和分析結(jié)論采用的數(shù)據(jù)較少,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“同質(zhì)化”現(xiàn)象嚴(yán)重．學(xué)生提出質(zhì)疑和對(duì)實(shí)驗(yàn)評(píng)估的習(xí)慣還沒(méi)有很好的養(yǎng)成,部分教師也存在某些教學(xué)“陋習(xí)”,有待改進(jìn)．

4.2 建議

4.2.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)必要的環(huán)節(jié)合理劃分時(shí)間,時(shí)間的分配相對(duì)固定,師生長(zhǎng)期相互影響達(dá)成默契,形成自己獨(dú)特的上課習(xí)慣和課堂文化．

4.2.2 重視“分析、論證與評(píng)估”的課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)．以引導(dǎo)性問(wèn)題為主,輔以少量發(fā)散性問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生深度思考．設(shè)計(jì)多種生生思考、交流和展示的機(jī)會(huì)和交流方式．師生之間要多用“交流”的學(xué)習(xí)方式,讓學(xué)生習(xí)慣提出問(wèn)題和質(zhì)疑并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估．

4.2.3 提高統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的效率、用數(shù)據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瞥鼋Y(jié)論．可以人工統(tǒng)計(jì),也可以利用現(xiàn)代科技手段智能化統(tǒng)計(jì)．在有條件的前提下,讓學(xué)生多測(cè)量幾組數(shù)據(jù),并盡可能用數(shù)據(jù)證明而不是猜測(cè)或推測(cè)物理結(jié)論．

4.2.4 教師要常常剖析自己并改正某些“陋習(xí)”．自己的口頭語(yǔ)言和肢體語(yǔ)言是否合適?自己是否有違背基本的物理觀念和物理常識(shí)的思維定式?教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)自己是否符合學(xué)生學(xué)習(xí)的“導(dǎo)”師角色?