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物理科學(xué)探究的評估策略論文
物理新課程科學(xué)探究過程包括以下要素:①提出問題;②猜想與假設(shè);③制定計劃與設(shè)計實驗;④進(jìn)行實驗與收集證據(jù);⑤分析與論證;⑥評估;⑦交流與合作。課程標(biāo)準(zhǔn)中闡述“評估”要達(dá)到的目標(biāo):①有評估探究過程和探究結(jié)果的意識;②能注意假設(shè)與探究結(jié)果間的差異;③能注意探究活動中未解決的矛盾,發(fā)現(xiàn)新的問題;④嘗試改進(jìn)探究方案;⑤有從評估中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)的意識;⑥認(rèn)識評估對科學(xué)探究的意義。其中的“評估”環(huán)節(jié)在實際的探究活動中實施起來卻顯得蒼白和脆弱,不管是老師還是學(xué)生都沒能對它有足夠重視。
在探究活動中,如果能對探究的行為和收集信息的科學(xué)性、可靠性進(jìn)行評估;能注意假設(shè)與探究結(jié)果間的差異;能對這種差異及引起這種差異的規(guī)律進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)和提出新的問題;能對探究過程和結(jié)果進(jìn)行評估,提出改進(jìn)探究方案的具體方法,那么評價的能力就有了突破性地提高。下面筆者針對評估的策略提供幾個參考意見。
1 評估控制變量法的思想和方法是否加以合理滲透和使用
在評估活動中就應(yīng)該觀察和領(lǐng)會是否把該變的物理量改變了,不該變化的物理量控制不變了,有沒有遺漏等。
例、在探究“電流發(fā)熱快慢與什么因素有關(guān)”時,小華猜想可能與:①電流大小有關(guān);②電阻大小有關(guān)。在驗證猜想②時,他設(shè)計的實驗方案如圖所示:用兩段長短粗細(xì)相同的銅絲和鎳鉻合金絲,分別給等質(zhì)量的煤油加熱,所用電源都是兩節(jié)干電池串聯(lián)組成的電池組,他發(fā)現(xiàn)銅絲加熱時煤油溫度升高更快,因此他得出結(jié)論:電阻越小發(fā)熱越快。這結(jié)論與其他同學(xué)正好相反。
評估策略:你認(rèn)為他的實驗方案有什么問題?應(yīng)該怎樣更正?
顯然,小華控制的不變量是兩電阻絲兩端電壓,而不是使兩電阻絲中的電流一定,因而得出與別人不同的結(jié)論。
2 評估實驗器材的選擇是否符合和滿足實驗需要
實驗器材的選擇決定實驗方法的優(yōu)劣和實驗的精確性,選擇得當(dāng),就能提高實驗的科學(xué)性和準(zhǔn)確性給人以強(qiáng)烈的信服感。因此,對器材的選擇的合理性和優(yōu)劣進(jìn)行評估也是一個恰當(dāng)?shù)那腥敕椒ā?/p>
例、小民同學(xué)想通過實驗探究大氣壓究竟有多大。如圖他將蘸水的塑料掛鉤的吸盤按在光滑水平桌面上,擠出里面的空氣,用彈簧測力計鉤著掛鉤緩慢往上拉,直到吸盤剛剛拉脫時記下彈簧測力計的讀數(shù),這就是大氣對吸盤的壓力。再設(shè)法量出吸盤與玻璃板的接觸面積,然后算出大氣壓。他選擇的實驗器材是:量程為5N的彈簧測力計,底面積為5cm2的吸盤。
評估策略:①這種通過測量拉力和接觸面積來計算大氣壓強(qiáng)的方法是否可行?②如果上述實驗方案可行,小明同學(xué)選擇的器材能否測出大氣壓的值?
顯然,這些器材的選擇注定這種方法只能大致測出大氣壓的值,由于皮碗內(nèi)空氣不可能排盡,皮碗直徑和彈簧測力計的即時讀數(shù)有很大偶然性和偏差,使得測量結(jié)果不精確。
3 評估減小實驗誤差的方法
減小實驗誤差的方法有很多,選擇精密的測量工具,改進(jìn)實驗方法,取多次測量的平均值等。
例、掛在繩下的小球在位置O處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示,將物體拉到A處,松手后,物體會在A、B間來回擺動,李明、王芬已經(jīng)知道物體每擺動一次所用的時間相等。為了精確測定擺動一次所用的時間,李明的方法是:當(dāng)小球運(yùn)動到位置A時,用停表開始計時,當(dāng)小球再次運(yùn)動到位置A時停止計時,直接測量出物體擺動一次的時間。王芬的方法是:當(dāng)小球運(yùn)動到A時,用停表開始計時,擺動30次再回到A處時停止計時,用測得的時間除以30,求出小球擺動一次所用的時間。
評估策略:請你分析他們二個人的方法誰的最好?并簡要說明理由。答案不言而喻。
4 評估實驗操作是否存在錯誤
錯誤和誤差不同,錯誤是違反實驗規(guī)則而產(chǎn)生的行為,是可以避免的,它所得出的數(shù)據(jù)不能作為分析和論證的依據(jù)。因此進(jìn)行實驗錯誤評估也是對實驗有效性的驗證。
例、在探究斜面的機(jī)械效率時,小紅猜想斜面的機(jī)械效率可能與“斜面傾斜程度”和“斜面的粗糙程度”有關(guān)。她想探究斜面的機(jī)械效率與“斜面傾斜程度”的關(guān)系。她選用二個長木板和一個小木塊搭成了如圖所示的斜面,測出了物體的重力G、斜面的長度s、和高h(yuǎn),并測出物體在不同斜面上運(yùn)動時的拉力大小F。通過計算,最后得出結(jié)論:斜面的傾斜程度越大,它的機(jī)械效率就越高。
評估策略:請你分析說明小紅同學(xué)這一實驗方案和結(jié)論中存在哪些的不足,并提出相應(yīng)的改進(jìn)意見。
仔細(xì)觀察該圖,發(fā)現(xiàn)斜面長和斜面高不對應(yīng),小紅把小木塊的高當(dāng)作了斜面的高。這是一個認(rèn)識和操作上的錯誤。
5 評估分析論證、處理數(shù)據(jù)的方法是否得當(dāng)
對數(shù)據(jù)的分析處理是將第一手感性材料上升為理性結(jié)論的重要過程,通過觀察、分析、演繹、推理、綜合、歸納而得出一個普遍的規(guī)律是學(xué)生思想認(rèn)識的升華,是一個質(zhì)的飛躍,是完成了一次再創(chuàng)造。
例、下表小華在測小燈泡電功率的實驗中記錄的數(shù)據(jù)。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)他得出:燈泡額定電壓越高,電功率越大。
評估策略:請你就他設(shè)計的表格和得出的結(jié)論進(jìn)行評估,指出其中的不妥之處。
這里,表格中設(shè)計有平均功率一欄并計算平均功率,這既是對電功率知識認(rèn)識上的混亂,也是對求平均值減小誤差方法的濫用。這種情況下得出的結(jié)論自然就是沒科學(xué)性的。
6 評估結(jié)論是否具有普遍性
由一次的實驗數(shù)據(jù)或者不是隨機(jī)的幾組數(shù)據(jù)得出的結(jié)論是具有很大的偶然性的,其結(jié)果可以有多種解釋,其中甚至包含一些貌似正確實則錯誤的“規(guī)律”。
例、楊帆同學(xué)在探究串聯(lián)電路電壓規(guī)律的實驗中,提出了猜想:串聯(lián)電路中各用電器兩端的電壓相等,總電壓等于各部分電壓之和。何瑞同學(xué)準(zhǔn)備了兩只相同的燈泡L1、L2和其他實驗器材。①按如圖所示電路圖連接電路;②閉合開關(guān),用電壓表分別測出AB、BC、AC間電壓,并記錄在表格中:
評估策略:這個實驗的不足之處是:(1);(2)。由于選擇的燈泡規(guī)格是相同,測量次數(shù)也只有一次。沒有改變燈泡的規(guī)格多測幾次,因而容易產(chǎn)生“串聯(lián)電路中各用電器兩端的電壓相等”這個不具有普遍性的結(jié)論。
7 評估實驗所得結(jié)論與所學(xué)知識相矛盾的原因
學(xué)生從課本上所學(xué)的知識規(guī)律是前人探索的成果,是人類智慧的結(jié)晶,具有科學(xué)性和權(quán)威性;而實驗又是獲得真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),實驗中獲得的規(guī)律也是不容置疑的。但是當(dāng)二者看似發(fā)生矛盾時又如何對待和評估取舍呢?
例、小芳同學(xué)在“探究定滑輪和動滑輪特點(diǎn)”的實驗中,完成了如下圖所示的實驗并記錄了數(shù)據(jù)。通過分析數(shù)據(jù),她覺得與書中的結(jié)論有較大偏差。你一定也做過這樣的實驗,有她類似的實驗經(jīng)歷吧。
評估策略:①該實驗中出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是什么?②請你對小芳的實驗方法提出合理的改進(jìn)意見。
由于機(jī)械效率、額外功是后面章節(jié)所學(xué)內(nèi)容,因而學(xué)生對拉力克服摩擦、繩重和動滑輪重做功而不太了解,這里提前討論這些額外因素是對學(xué)生思維的一次有力考驗。
科學(xué)探究是無止境的,評估活動也是沒有盡頭的,以上只是探究評估的幾個側(cè)面和縮影,實際評估策略應(yīng)該有很多,教師應(yīng)該在平時的活動中善于發(fā)現(xiàn)和總結(jié),這樣,科學(xué)探究就愈趨完整,科學(xué)評估帶來的震撼就愈振奮人心,人的認(rèn)識就越趨深刻,我們在探究的道路上就愈走愈完美!
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