警惕教學(xué)中的“偽探究”現(xiàn)象

不久前，筆者參加了一場名師培養(yǎng)對象觀摩課活動。在“勻速直線運動”教學(xué)中，執(zhí)教者整體構(gòu)思精巧，師生雙邊互動踴躍。然而對“數(shù)據(jù)處理”這一環(huán)節(jié)的處理卻欠妥?，F(xiàn)談?wù)勎业囊豢字姟?/p>

初中物理教學(xué)中的“數(shù)據(jù)處理”是在觀察現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進行定量研究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的重要環(huán)節(jié)。它不僅能體現(xiàn)知識生成過程，有時還孕育著新發(fā)現(xiàn)。這就是新課程所倡導(dǎo)的探究式學(xué)習(xí)。然而許多教師常常不愿沉下心來，引導(dǎo)學(xué)生做“去偽存真”的仔細探究，而當發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)有差異時，往往籠統(tǒng)地、輕易地歸結(jié)為“由于誤差”等原因，久而久之，會導(dǎo)致學(xué)生逐步養(yǎng)成不良的數(shù)據(jù)處理習(xí)慣，也會損害學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成。這就是新課程學(xué)習(xí)中的“偽探究”現(xiàn)象。

一、“偽探究”歸因

歸根究底，造成“偽探究”這一現(xiàn)象主要有兩個深層原因：

1.主觀預(yù)設(shè)的思維慣性忽略了對數(shù)據(jù)的科學(xué)處理

本課的教學(xué)重點是研究氣泡的運動規(guī)律。執(zhí)教老師的思路是先讓學(xué)生觀察氣泡的運動，由于課前老師是精心準備的，氣泡的運動給學(xué)生的最初直觀印象是近似“快慢如一”，然而僅憑感覺是不可靠的，要準確研究它的運動，必須進行測量。然后便進入到學(xué)生分組對管中氣泡動手測量探究的環(huán)節(jié)。老師對學(xué)生測量的結(jié)果是有心理預(yù)設(shè)的：“氣泡相同路程運動時間是近似相等的”，從而理所當然地推出：若不計實驗誤差，氣泡的運動應(yīng)該是勻速直線運動，于是教程過渡到研究勻速直線運動的特點。以上老師對學(xué)生測量結(jié)果的心理預(yù)設(shè)，由此而帶來的思維慣性，往往會導(dǎo)致師生對實驗數(shù)據(jù)處理的失當。

當時課堂的實況是學(xué)生測出來的數(shù)據(jù)五花八門，出入較大，這本屬于正?，F(xiàn)象，但是老師卻以“由于誤差”為由避談了很多問題，回避了許多數(shù)據(jù)處理的分析過程。不僅如此，課堂實況中，該老師從眾多的數(shù)據(jù)中，挑出一組她認為比較滿意的數(shù)據(jù)進行了講解，數(shù)據(jù)如下表：

在分析數(shù)據(jù)時，老師啟發(fā)：后面3個數(shù)據(jù)差異不大，為什么0～10cm通過的時間是8.9s，與后面3組數(shù)據(jù)差別那么大呢？

該組同學(xué)答：可能是0刻度線太靠近底端了，氣泡仍在啟動加速期。老師對這一說法給予了充分肯定。我以為，這可能是執(zhí)教老師一個精彩的預(yù)設(shè)，至少在選擇這組數(shù)據(jù)時有自己即興的預(yù)期。其實細一思量：如若是氣泡仍在啟動加速初期，那么0～10cm這段通過的時間應(yīng)該要稍長一些才對啊，但這里的時間明顯是最短的。這是一個極其簡單的教學(xué)失誤，暴露了老師的心理預(yù)設(shè)帶來的思維慣性而忽略了對數(shù)據(jù)的科學(xué)分析。老師教學(xué)時往往極想往自己的預(yù)設(shè)答案上靠攏。其實，這位同學(xué)操作時是等氣泡過了0刻度線才啟動了計時秒表，是動作遲緩造成的。這一數(shù)據(jù)是人為操作不當造成的。

2.探究流于形式，掩蓋了諸多因素的探究

的確，簡單化的數(shù)據(jù)處理的好處很多，能節(jié)省很多時間，以便順利地朝自己預(yù)設(shè)的教學(xué)目標推進。但是本堂課學(xué)生實驗探究的數(shù)據(jù)參差不齊。掩蓋掉了哪些內(nèi)容的探究呢？我大致歸納為這么幾種：

（1）由于涉及到距離的測量、時間的測量兩個物理量，在距離測量時，學(xué)生用的是記號筆，在刻畫時筆跡太粗，有的同學(xué)還會把剛涂上去的記號失手涂抹掉，不太清晰。在進行時間測量時，由于采用雙排10道電子記憶秒表，記錄氣泡運動到各點的時間，有的同學(xué)對左、中、右三個鍵的功能使用不太熟練，氣泡到了記號點時，手忙腳亂。

（2）由于“0”刻度的選取太靠近底端。

（3）氣泡有一定的大小，以哪個點為參照點開始計時也是個問題。

（4）每隔10cm測一次時間，間隔太短，學(xué)生來不及反應(yīng)。

（5）操作時，有的學(xué)生拿玻璃管的手在晃動。

（6）學(xué)生實驗動手的能力也差異頗大，人為因素也較多。

以上僅屬于測量問題，還有一個更嚴肅的追問：實驗中氣泡進行的是勻速直線運動嗎？筆者觀察到執(zhí)教老師玻璃管中用的是機油和汽油的混合液，似乎也不太均勻；氣泡運動時，時而還與管壁摩擦；隨著深度的變化，氣泡的形狀與體積也有些微的變化，這會導(dǎo)致浮力的大小發(fā)生改變。所以，撇開測量這一環(huán)節(jié)不談，氣泡本身就不是嚴格意義上的勻速直線運動，因此，學(xué)生測量的數(shù)據(jù)出入較大也就在所難免。而老師卻一概說成是“由于誤差”所致，這掩蓋了諸多問題的發(fā)現(xiàn)與研究，妨害的是學(xué)生動手實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。

二、去“偽”的路徑

既然氣泡的運動規(guī)律是那么不確定，導(dǎo)致測量差異的成因又很多，那么，本節(jié)課的教學(xué)目標怎么實現(xiàn)呢？

1.認識誤差的性質(zhì)和成因

誤差一般分為三類：系統(tǒng)誤差、偶然誤差、過失誤差。系統(tǒng)誤差指在測量和實驗中，未發(fā)現(xiàn)或未確定的因素引起的誤差。這些因素影響的結(jié)果永遠朝一個方向偏移，當實驗條件一經(jīng)確定，系統(tǒng)誤差就獲得一個宏觀上的恒定值。比如，彈簧測力計若未校零，指針在零刻度線之下，則測量結(jié)果會一直偏大。本節(jié)中氣泡的體積會隨深度的減小而增大，導(dǎo)致浮力變大，這個因素會使氣泡的運動變快。偶然因素又叫隨機誤差，是指在對已消除系統(tǒng)誤差的一切量值的觀測中，所測數(shù)據(jù)仍會時大時小，沒有確定的規(guī)律，且無法控制和補償。但是，倘若對某一量值做足夠多次的等精度測量后，就會發(fā)現(xiàn)，偶然誤差完全服從于統(tǒng)計規(guī)律，誤差的大小或正負的出現(xiàn)完全由概率決定。因此，隨著測量次數(shù)的增加，隨機誤差的算術(shù)平均值趨近于零。所以多次測量的平均值更接近于真值。過失誤差指由于粗心大意、過度疲勞或操作不正確等引起的誤差。由于心智水平發(fā)展不均衡，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ@得尤為重要。

在本節(jié)教學(xué)中，老師首先要精心準備，力求讓氣泡的運動接近勻速直線運動。氣泡的體積隨深度減小而增大，會導(dǎo)致浮力變大，但是，受到的阻力也同時變大。系統(tǒng)誤差可以通過反復(fù)試驗，相互抵償。比如，浮力大小，粘滯阻力，均與液體的密度有關(guān)，可以用汽油和機油的混合，改變混合比例，達成所需。氣泡運動時，玻璃管的晃動會影響運動路線，可以把玻璃板豎直安裝在鐵架臺上，既避免了人為的晃動，又因為豎直，能避免氣泡與試管壁的碰撞產(chǎn)生摩擦。另外，秒表的使用，一定要熟練；開始計時的零刻度線也可在老師實驗的基礎(chǔ)上提出大致參考值。

2.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)

在實驗中，研究氣泡的運動可以多次研究，反復(fù)優(yōu)化，找出能逼近氣泡真實運動的規(guī)律，這才是真實的探究過程，從中才能培養(yǎng)嚴謹?shù)奶骄繎B(tài)度。有了這樣的科學(xué)素養(yǎng)，一生才能有所創(chuàng)造，有所創(chuàng)新。這也是我們教學(xué)的重點所在。培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，形成良好的科研習(xí)慣，遠比多教幾個知識點要受用得多。

事實上，許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)就是源于能敏銳地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的微小差異。19世紀末。英國物理學(xué)家瑞利發(fā)現(xiàn)：由氨制得的氮氣密度是1.2505kg/m3，由空氣制得的氮氣密度是1.2572kg/m3，前者比后者略小。拉姆賽在聽了瑞利的報告后提出：“空氣中可能還含有未知的、密度更大的成分?！比鹄屠焚愐黄鸱磸?fù)實驗，終于從空氣中制得的氮氣里分離出另一種當時還不為人知的氣體——氬?？梢?，科學(xué)的數(shù)據(jù)處理態(tài)度是獲得新發(fā)現(xiàn)的重要前提之一。如遇有差異就回避問題，常會丟失科學(xué)發(fā)現(xiàn)的良機。如若學(xué)生因此還學(xué)會了湊數(shù)據(jù)應(yīng)付，甚至倒過來修改實驗數(shù)據(jù)，我們的教學(xué)則“罪莫大焉”，與素質(zhì)教育的宗旨完全相悖。

（顧明華，南通市啟秀中學(xué)，226000）

責任編輯：趙赟