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物理科學(xué)探究的評(píng)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(shè);③制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);④進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù);⑤分析與論證;⑥評(píng)估;⑦交流與合作。課程標(biāo)準(zhǔn)中闡述“評(píng)估”要達(dá)到的目標(biāo):①有評(píng)估探究過(guò)程和探究結(jié)果的意識(shí);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(dòng)中未解決的矛盾,發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題;④?chē)L試改進(jìn)探究方案;⑤有從評(píng)估中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的意識(shí);⑥認(rèn)識(shí)評(píng)估對(duì)科學(xué)探究的意義。其中的“評(píng)估”環(huán)節(jié)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(duì)它有足夠重視。
在探究活動(dòng)中,如果能對(duì)探究的行為和收集信息的科學(xué)性、可靠性進(jìn)行評(píng)估;能注意假設(shè)與探究結(jié)果間的差異;能對(duì)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(wèn)題;能對(duì)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)估,提出改進(jìn)探究方案的具體方法,那么評(píng)價(jià)的能力就有了突破性地提高。下面筆者針對(duì)評(píng)估的策略提供幾個(gè)參考意見(jiàn)。
1 評(píng)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(píng)估活動(dòng)中就應(yīng)該觀察和領(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(yàn)證猜想②時(shí),他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如圖所示:用兩段長(zhǎng)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(shí)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(píng)估策略:你認(rèn)為他的實(shí)驗(yàn)方案有什么問(wèn)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(píng)估實(shí)驗(yàn)器材的選擇是否符合和滿足實(shí)驗(yàn)需要
實(shí)驗(yàn)器材的選擇決定實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)劣和實(shí)驗(yàn)的精確性,選擇得當(dāng),就能提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性給人以強(qiáng)烈的信服感。因此,對(duì)器材的選擇的合理性和優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估也是一個(gè)恰當(dāng)?shù)那腥敕椒ā?/p>
例、小民同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(cè)力計(jì)鉤著掛鉤緩慢往上拉,直到吸盤(pán)剛剛拉脫時(shí)記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù),這就是大氣對(duì)吸盤(pán)的壓力。再設(shè)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(yàn)器材是:量程為5N的彈簧測(cè)力計(jì),底面積為5cm2的吸盤(pán)。
評(píng)估策略:①這種通過(guò)測(cè)量拉力和接觸面積來(lái)計(jì)算大氣壓強(qiáng)的方法是否可行?②如果上述實(shí)驗(yàn)方案可行,小明同學(xué)選擇的器材能否測(cè)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(cè)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(cè)力計(jì)的即時(shí)讀數(shù)有很大偶然性和偏差,使得測(cè)量結(jié)果不精確。
3 評(píng)估減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法
減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法有很多,選擇精密的測(cè)量工具,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法,取多次測(cè)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(huì)在A、B間來(lái)回?cái)[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(cè)定擺動(dòng)一次所用的時(shí)間,李明的方法是:當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到位置A時(shí),用停表開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)小球再次運(yùn)動(dòng)到位置A時(shí)停止計(jì)時(shí),直接測(cè)量出物體擺動(dòng)一次的時(shí)間。王芬的方法是:當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到A時(shí),用停表開(kāi)始計(jì)時(shí),擺動(dòng)30次再回到A處時(shí)停止計(jì)時(shí),用測(cè)得的時(shí)間除以30,求出小球擺動(dòng)一次所用的時(shí)間。
評(píng)估策略:請(qǐng)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(píng)估實(shí)驗(yàn)操作是否存在錯(cuò)誤
錯(cuò)誤和誤差不同,錯(cuò)誤是違反實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤評(píng)估也是對(duì)實(shí)驗(yàn)有效性的驗(yàn)證。
例、在探究斜面的機(jī)械效率時(shí),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(gè)長(zhǎng)木板和一個(gè)小木塊搭成了如圖所示的斜面,測(cè)出了物體的重力G、斜面的長(zhǎng)度s、和高h(yuǎn),并測(cè)出物體在不同斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉力大小F。通過(guò)計(jì)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(píng)估策略:請(qǐng)你分析說(shuō)明小紅同學(xué)這一實(shí)驗(yàn)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(jiàn)。
仔細(xì)觀察該圖,發(fā)現(xiàn)斜面長(zhǎng)和斜面高不對(duì)應(yīng),小紅把小木塊的高當(dāng)作了斜面的高。這是一個(gè)認(rèn)識(shí)和操作上的錯(cuò)誤。
5 評(píng)估分析論證、處理數(shù)據(jù)的方法是否得當(dāng)
對(duì)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(guò)程,通過(guò)觀察、分析、演繹、推理、綜合、歸納而得出一個(gè)普遍的規(guī)律是學(xué)生思想認(rèn)識(shí)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(cè)小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)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(píng)估策略:請(qǐng)你就他設(shè)計(jì)的表格和得出的結(jié)論進(jìn)行評(píng)估,指出其中的不妥之處。
這里,表格中設(shè)計(jì)有平均功率一欄并計(jì)算平均功率,這既是對(duì)電功率知識(shí)認(rèn)識(shí)上的混亂,也是對(duì)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(méi)科學(xué)性的。
6 評(píng)估結(jié)論是否具有普遍性
由一次的實(shí)驗(yàn)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(shí)則錯(cuò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)出AB、BC、AC間電壓,并記錄在表格中:
評(píng)估策略:這個(gè)實(shí)驗(yàn)的不足之處是:(1);(2)。由于選擇的燈泡規(guī)格是相同,測(cè)量次數(shù)也只有一次。沒(méi)有改變燈泡的規(guī)格多測(cè)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(jié)論。
7 評(píng)估實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論與所學(xué)知識(shí)相矛盾的原因
學(xué)生從課本上所學(xué)的知識(shí)規(guī)律是前人探索的成果,是人類(lèi)智慧的結(jié)晶,具有科學(xué)性和權(quán)威性;而實(shí)驗(yàn)又是獲得真理的唯一標(biāo)準(zhǔn),實(shí)驗(yàn)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(shí)又如何對(duì)待和評(píng)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(yàn)中,完成了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)并記錄了數(shù)據(jù)。通過(guò)分析數(shù)據(jù),她覺(jué)得與書(shū)中的結(jié)論有較大偏差。你一定也做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn),有她類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷吧。
評(píng)估策略:①該實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)這樣結(jié)果的主要原因是什么?②請(qǐng)你對(duì)小芳的實(shí)驗(yàn)方法提出合理的改進(jìn)意見(jiàn)。
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(duì)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(duì)學(xué)生思維的一次有力考驗(yàn)。
科學(xué)探究是無(wú)止境的,評(píng)估活動(dòng)也是沒(méi)有盡頭的,以上只是探究評(píng)估的幾個(gè)側(cè)面和縮影,實(shí)際評(píng)估策略應(yīng)該有很多,教師應(yīng)該在平時(shí)的活動(dòng)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(píng)估帶來(lái)的震撼就愈振奮人心,人的認(rèn)識(shí)就越趨深刻,我們?cè)谔骄康牡缆飞暇陀哂昝?
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