物理新課程科學探究過程包括以下要素:①提出問題;②猜想與假設;③制定計劃與設計實驗;④進行實驗與收集證據;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能注意探究活動中未解決的矛盾,發現新的問題;④嘗試改進探究方案;⑤有從評估中吸取經驗教訓的意識;⑥認識評估對科學探究的意義。其中的“評估”環節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資訊的科學性、可靠性進行評估;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行分析,發現和提出新的問題;能對探究過程和結果進行評估,提出改進探究方案的具體方法,那麼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 評估控制變數法的思想和方法是否加以合理滲透和使用
在評估活動中就應該觀察和領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“電流發熱快慢與什麼因素有關”時,小華猜想可能與:①電流大小有關;②電阻大小有關。在驗證猜想②時,他設計的實驗方案如圖所示:用兩段長短粗細相同的銅絲和鎳鉻合金絲,分別給等質量的煤油加熱,所用電源都是兩節乾電池串聯組成的電池組,他發現銅絲加熱時煤油溫度升高更快,因此他得出結論:電阻越小發熱越快。這結論與其他同學正好相反。
評估策略:你認為他的實驗方案有什麼問題?應該怎樣更正?
顯然,小華控制的不變數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劣和實驗的精確性,選擇得當,就能提高實驗的科學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劣進行評估也是一個恰當的切入方法。
例、小民同學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,擠出裡面的空氣,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,這就是大氣對吸盤的壓力。再設法量出吸盤與玻璃板的接觸面積,然後算出大氣壓。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的方法是否可行?②如果上述實驗方案可行,小明同學選擇的器材能否測出大氣壓的值?
顯然,這些器材的選擇註定這種方法只能大致測出大氣壓的值,由於皮碗內空氣不可能排盡,皮碗直徑和彈簧測力計的即時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處於靜止狀態,如圖所示,將物體拉到A處,鬆手後,物體會在A、B間來回擺動,李明、王芬已經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:當小球運動到位置A時,用停表開始計時,當小球再次運動到位置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:當小球運動到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?並簡要說明理由。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,錯誤是違反實驗規則而產生的行為,是可以避免的,它所得出的資料不能作為分析和論證的依據。因此進行實驗錯誤評估也是對實驗有效性的驗證。
例、在探究斜面的機械效率時,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。她想探究斜面的機械效率與“斜面傾斜程度”的關係。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,並測出物體在不同斜面上運動時的拉力大小F。通過計算,最後得出結論:斜面的傾斜程度越大,它的機械效率就越高。
評估策略:請你分析說明小紅同學這一實驗方案和結論中存在哪些的不足,並提出相應的'改進意見。
仔細觀察該圖,發現斜面長和斜面高不對應,小紅把小木塊的高當作了斜面的高。這是一個認識和操作上的錯誤。
5 評估分析論證、處理資料的方法是否得當
對資料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程,通過觀察、分析、演繹、推理、綜合、歸納而得出一個普遍的規律是學生思想認識的昇華,是一個質的飛躍,是完成了一次再創造。
例、下表小華在測小燈泡電功率的實驗中記錄的資料。根據表中的資料他得出: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行評估,指出其中的不妥之處。
這裡,表格中設計有平均功率一欄並計算平均功率,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科學性的。
6 評估結論是否具有普遍性
由一次的實驗資料或者不是隨機的幾組資料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則錯誤的“規律”。
例、楊帆同學在探究串聯電路電壓規律的實驗中,提出了猜想:串聯電路中各用電器兩端的電壓相等,總電壓等於各部分電壓之和。何瑞同學準備了兩隻相同的燈泡L1、L2和其他實驗器材。①按如圖所示電路圖連線電路;②閉合開關,用電壓表分別測出AB、BC、AC間電壓,並記錄在表格中:
評估策略:這個實驗的不足之處是:(1);(2)。由於選擇的燈泡規格是相同,測量次數也只有一次。沒有改變燈泡的規格多測幾次,因而容易產生“串聯電路中各用電器兩端的電壓相等”這個不具有普遍性的結論。
7 評估實驗所得結論與所學知識相矛盾的原因
學生從課本上所學的知識規律是前人探索的成果,是人類智慧的結晶,具有科學性和權威性;而實驗又是獲得真理的唯一標準,實驗中獲得的規律也是不容置疑的。但是當二者看似發生矛盾時又如何對待和評估取捨呢?
例、小芳同學在“探究定滑輪和動滑輪特點”的實驗中,完成了如下圖所示的實驗並記錄了資料。通過分析資料,她覺得與書中的結論有較大偏差。你一定也做過這樣的實驗,有她類似的實驗經歷吧。
評估策略:①該實驗中出現這樣結果的主要原因是什麼?②請你對小芳的實驗方法提出合理的改進意見。
由於機械效率、額外功是後面章節所學內容,因而學生對拉力克服摩擦、繩重和動滑輪重做功而不太瞭解,這裡提前討論這些額外因素是對學生思維的一次有力考驗。
科學探究是無止境的,評估活動也是沒有盡頭的,以上只是探究評估的幾個側面和縮影,實際評估策略應該有很多,教師應該在平時的活動中善於發現和總結,這樣,科學探究就愈趨完整,科學評估帶來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!