科學教學的智慧改進

◇吳穎

通過實驗獲得數據，并對數據加以處理、轉化，表達為支持自己結論的證據，這樣的思維過程在很多科學探究課上存在，并且是重要環節。但我們會發現因為材料、實驗設計或學生操作等原因，或多或少會存在誤差甚至錯誤，對于這樣的結果，有的老師避而遠之只為達到自己預設的教學目標而直奔向前，學生在多次“熏陶”后，也學著更改數據而獲得“科學”的結論，久而久之實事求是的科學態度在科學課上逐漸淡出，師生只是為了獲得書本的結論而實驗，大大違背了科學探究的本質。

《擺的研究》一課主要引導學生研究“擺的等時性”問題，因為其完整的探究步驟被很多老師青睞，是一節常見的公開課。可是，我們經常看到學生經過多次、分段的實驗和記錄，所獲得的數據比較凌亂，也不能說明擺的擺動具有等時性，無法達成教師預設的探究目標。所以這堂課經常會出現經過“有效”的活動后，卻獲得了“無效”的結論的情況。

以下呈現了一般會出現的分歧情況：第1組得到結論擺動的次數與擺錘的重量無關；第4組得到結論擺動的次數與擺錘的重量有關。

我們來看看老師們遇到這種情況的處理方法。

方案A：引導學生關注支持結論的數據，忽略不支持結論的數據，認為這類數據是不準確的，或者是有誤差的。

方案B：請學生通過計算平均數、取中位數或者眾數的方法，使數據趨于一致。

方案C：引導學生分析討論數據不一致的原因。

我們可以看到這三種處理方法都是有不當的。方案A中老師憑什么說學生獲得的數據是錯誤的、有誤差的？學生是利用老師發的材料，按照老師指導的方法認真地進行實驗。方案B的方法其實是讓少數服從多數，是通過數學方法讓數據“統一”起來，看似科學，實則虛假。方案C則偏離了既定的探究目標，即使學生分析出了引起不一致的原因，也不會在課堂上進行一一證實，這樣做的意義有多大呢？

其實本課按照教材的操作方法出現數據不支持結論的情況是預料之中的事情，因為實驗的材料、學生的操作能力、合作能力等諸多因素都會影響實驗結果。但如果老師依舊要組織學生開展這個探究活動，并為了得出教師心中的那個結論，而采取以上的方法，其實都違背了“以學生為中心”“以獲得的證據為事實”的教學理念。

智慧改進一:探尋根源，規避誤差產生

深入小組活動，我發現數據誤差或錯誤的出現來源于材料和學生操作兩方面。材料方面：擺繩的質量會影響，有的擺繩在擺動過程中會發生旋轉；擺的懸掛點也可能會出現移動，擺在做周期運動時向左和向右過程中會引起擺長的不同；增加擺錘時重心位置發生改變；擺動幅度超過15°時誤差就會較大；擺在擺動過程中不在同一平面，變成了圓錐擺等。學生操作方面：學生的合作配合常出現問題，計時員喊停時，記數員報出的次數文字記錄員很難捕捉準確；學生放擺的時候有推力；放擺和開始計時時間不一致等等。針對這些發現，我在實驗準備材料階段會選擇不容易旋轉的擺繩，并用牢固的燕尾夾固定在懸干上，并在懸干上設置量角器，在實驗前對學生強調：

1.增加擺錘重量的時候要考慮到重心位置；

2.擺角盡量在15°以內；

3.放擺時不能施加力；

4.線拉直，使擺繩盡量處于同一平面；

5.正式測量前，多試幾次，加強組員配合的默契度。

學生是活動中的研究主體，讓他們親自動手做、獲得感知是建立科學概念的前提，教師需要在實驗前花更多的時間為學生創設一個良好的學習情境，包括問題情境的設置、材料的設計等，這樣才能保證學生獲得有效的體驗。當然這并不意味著為學生創設順風順水的探究過程，對于差異數據還需要學生去獨立思考、反復實驗、尋找證據、整理數據、去偽存真，培養學生的科學論證思想。

智慧改進二:轉變思維，切換問題方式

針對小組誤差大的情況，在教學中我常采用蹲點在一個小組發現孩子們操作中實際存在的問題的方法。我發現學生的擺不可能剛好達到每秒1次的速度，通常15秒的時間點到時，擺可能還沒到起擺點或者終擺點，而我們擺動次數的記錄又要以整數為單位，這是不科學的，因為物理學計量中是有估計值的，但是學生在操作中是看不清這個點的，不會發現這個小問題，所以就會出現實驗結果的偏差。既然這個實驗是讓學生探究擺的等時性，除了“在相同的時間內，擺擺動的次數相同”這個思維方式，是不是還可以換一種思維，可不可以理解成“擺擺動了相同次數，用的時間是否相同”以此來測量時間，因為用秒表計時，就可以比較精確的記錄下每次時間，不會產生偏差了。

這樣做轉變了問題方式，但卻依然可以達到研究單擺等時性的目的。這樣的改進在小組有效分工、準確操作的前提下，規避了學生計次過程中的誤差，符合了學生的心理，體現了“學生本位”。同時，這也利于學生對科學本質的認識，科學是講求證據的，我們的課堂上經常發現學生隨意更改自己獲得的數據以迎合教師的現象，這除了對自己的不信任外，還表現出學生缺乏實事求是的科學態度。教師要重視學生心理，從學生能達到的目標出發，審視教材內容，選擇適合的內容和方式為學生搭起學習的腳手架，讓學生在攀爬過程中不斷建構和創新。

對教學設計中存在難點和歧義的實驗，通過“探尋根源，規避誤差產生”，抓住誤差產生的源頭，改進實驗設計和操作方法；通過“轉變思維，切換問題方式”將難點轉化為學生容易接受和操作的方式。在這兩種方法的幫助下，實驗探究的主體變為了學生，使學生通過規范的、易接受的實驗方式獲得可靠的證據，并對證據進行加工，論證自己的結論，在過程中培養了學生實事求是的科學態度，促進了學生科學素養的形成。