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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(guò)程包括以下要素:①提出問(wèn)題;②猜想與假設;③制定計劃與設計實(shí)驗;④進(jìn)行實(shí)驗與收集證據;⑤分析與論證;⑥評估;⑦交流與合作。課程標準中闡述“評估”要達到的目標:①有評估探究過(guò)程和探究結果的意識;②能注意假設與探究結果間的差異;③能注意探究活動(dòng)中未解決的矛盾,發(fā)現新的問(wèn)題;④?chē)L試改進(jìn)探究方案;⑤有從評估中吸取經(jīng)驗教訓的意識;⑥認識評估對科學(xué)探究的意義。其中的“評估”環(huán)節在實(shí)際的探究活動(dòng)中實(shí)施起來(lái)卻顯得蒼白和脆弱,不管是老師還是學(xué)生都沒(méi)能對它有足夠重視。
在探究活動(dòng)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;能注意假設與探究結果間的差異;能對這種差異及引起這種差異的規律進(jìn)行分析,發(fā)現和提出新的問(wèn)題;能對探究過(guò)程和結果進(jìn)行評估,提出改進(jìn)探究方案的具體方法,那么評價(jià)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(gè)參考意見(jiàn)。
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(dòng)中就應該觀(guān)察和領(lǐng)會(huì )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(méi)有遺漏等。
例、在探究“電流發(fā)熱快慢與什么因素有關(guān)”時(shí),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(shí),他設計的實(shí)驗方案如圖所示:用兩段長(cháng)短粗細相同的銅絲和鎳鉻合金絲,分別給等質(zhì)量的煤油加熱,所用電源都是兩節干電池串聯(lián)組成的電池組,他發(fā)現銅絲加熱時(shí)煤油溫度升高更快,因此他得出結論:電阻越小發(fā)熱越快。這結論與其他同學(xué)正好相反。
評估策略:你認為他的實(shí)驗方案有什么問(wèn)題?應該怎樣更正?
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論。
2 評估實(shí)驗器材的選擇是否符合和滿(mǎn)足實(shí)驗需要
實(shí)驗器材的選擇決定實(shí)驗方法的優(yōu)劣和實(shí)驗的精確性,選擇得當,就能提高實(shí)驗的科學(xué)性和準確性給人以強烈的信服感。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(gè)恰當的切入方法。
例、小民同學(xué)想通過(guò)實(shí)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(pán)按在光滑水平桌面上,擠出里面的空氣,用彈簧測力計鉤著(zhù)掛鉤緩慢往上拉,直到吸盤(pán)剛剛拉脫時(shí)記下彈簧測力計的讀數,這就是大氣對吸盤(pán)的壓力。再設法量出吸盤(pán)與玻璃板的接觸面積,然后算出大氣壓。他選擇的實(shí)驗器材是:量程為5N的彈簧測力計,底面積為5cm2的吸盤(pán)。
評估策略:①這種通過(guò)測量拉力和接觸面積來(lái)計算大氣壓強的方法是否可行?②如果上述實(shí)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,由于皮碗內空氣不可能排盡,皮碗直徑和彈簧測力計的即時(shí)讀數有很大偶然性和偏差,使得測量結果不精確。
3 評估減小實(shí)驗誤差的方法
減小實(shí)驗誤差的方法有很多,選擇精密的測量工具,改進(jìn)實(shí)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處于靜止狀態(tài),如圖所示,將物體拉到A處,松手后,物體會(huì )在A(yíng)、B間來(lái)回擺動(dòng),李明、王芬已經(jīng)知道物體每擺動(dòng)一次所用的時(shí)間相等。為了精確測定擺動(dòng)一次所用的時(shí)間,李明的方法是:當小球運動(dòng)到位置A時(shí),用停表開(kāi)始計時(shí),當小球再次運動(dòng)到位置A時(shí)停止計時(shí),直接測量出物體擺動(dòng)一次的時(shí)間。王芬的方法是:當小球運動(dòng)到A時(shí),用停表開(kāi)始計時(shí),擺動(dòng)30次再回到A處時(shí)停止計時(shí),用測得的時(shí)間除以30,求出小球擺動(dòng)一次所用的時(shí)間。
評估策略:請你分析他們二個(gè)人的方法誰(shuí)的最好?并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。答案不言而喻。
4 評估實(shí)驗操作是否存在錯誤
錯誤和誤差不同,錯誤是違反實(shí)驗規則而產(chǎn)生的行為,是可以避免的,它所得出的數據不能作為分析和論證的依據。因此進(jìn)行實(shí)驗錯誤評估也是對實(shí)驗有效性的驗證。
例、在探究斜面的機械效率時(shí),小紅猜想斜面的機械效率可能與“斜面傾斜程度”和“斜面的粗糙程度”有關(guān)。她想探究斜面的機械效率與“斜面傾斜程度”的關(guān)系。她選用二個(gè)長(cháng)木板和一個(gè)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(cháng)度s、和高h,并測出物體在不同斜面上運動(dòng)時(shí)的拉力大小F。通過(guò)計算,最后得出結論:斜面的傾斜程度越大,它的機械效率就越高。
評估策略:請你分析說(shuō)明小紅同學(xué)這一實(shí)驗方案和結論中存在哪些的不足,并提出相應的改進(jìn)意見(jiàn)。
仔細觀(guān)察該圖,發(fā)現斜面長(cháng)和斜面高不對應,小紅把小木塊的高當作了斜面的高。這是一個(gè)認識和操作上的錯誤。
5 評估分析論證、處理數據的方法是否得當
對數據的分析處理是將第一手感性材料上升為理性結論的重要過(guò)程,通過(guò)觀(guān)察、分析、演繹、推理、綜合、歸納而得出一個(gè)普遍的規律是學(xué)生思想認識的升華,是一個(gè)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(shí)驗中記錄的數據。根據表中的數據他得出:燈泡額定電壓越高,電功率越大。
評估策略:請你就他設計的表格和得出的結論進(jìn)行評估,指出其中的不妥之處。
這里,表格中設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論自然就是沒(méi)科學(xué)性的。
6 評估結論是否具有普遍性
由一次的實(shí)驗數據或者不是隨機的幾組數據得出的結論是具有很大的偶然性的,其結果可以有多種解釋,其中甚至包含一些貌似正確實(shí)則錯誤的“規律”。
例、楊帆同學(xué)在探究串聯(lián)電路電壓規律的實(shí)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)準備了兩只相同的燈泡L1、L2和其他實(shí)驗器材。①按如圖所示電路圖連接電路;②閉合開(kāi)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(gè)實(shí)驗的不足之處是:(1);(2)。由于選擇的燈泡規格是相同,測量次數也只有一次。沒(méi)有改變燈泡的規格多測幾次,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(gè)不具有普遍性的結論。
7 評估實(shí)驗所得結論與所學(xué)知識相矛盾的原因
學(xué)生從課本上所學(xué)的知識規律是前人探索的成果,是人類(lèi)智慧的結晶,具有科學(xué)性和權威性;而實(shí)驗又是獲得真理的唯一標準,實(shí)驗中獲得的規律也是不容置疑的。但是當二者看似發(fā)生矛盾時(shí)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(dòng)滑輪特點(diǎn)”的實(shí)驗中,完成了如下圖所示的實(shí)驗并記錄了數據。通過(guò)分析數據,她覺(jué)得與書(shū)中的結論有較大偏差。你一定也做過(guò)這樣的實(shí)驗,有她類(lèi)似的實(shí)驗經(jīng)歷吧。
評估策略:①該實(shí)驗中出現這樣結果的主要原因是什么?②請你對小芳的實(shí)驗方法提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)。
由于機械效率、額外功是后面章節所學(xué)內容,因而學(xué)生對拉力克服摩擦、繩重和動(dòng)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(wú)止境的,評估活動(dòng)也是沒(méi)有盡頭的,以上只是探究評估的幾個(gè)側面和縮影,實(shí)際評估策略應該有很多,教師應該在平時(shí)的活動(dòng)中善于發(fā)現和總結,這樣,科學(xué)探究就愈趨完整,科學(xué)評估帶來(lái)的震撼就愈振奮人心,人的認識就越趨深刻,我們在探究的道路上就愈走愈完美!
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