對初中物理課堂科學探究“分析、論證與評估”現狀的分析

孫 彬

(威海市教育教學研究中心,山東 威海 264200)

1 課程標準的要求

2011“課程標準”中有關科學探究中的分析、論證與評估的表述如下.

1.1 課程目標

知識與技能5.“知道簡單的數據記錄和處理方法,會用簡單圖標等表述實驗結果,會寫簡單的實驗報告．”

過程與方法3.經歷信息處理過程,有對信息的有效性、客觀性做出判斷的意識,經歷從信息中分析、歸納規律的過程,嘗試解釋根據調查或實驗數據得出的結論,有初步的分析概況能力．

1.2 內容標準

對科學探究要素“分析與論證”的基本能力要求:經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程;能對收集的信息進行簡單的歸類和比較;能進行簡單的因果推理;嘗試對探究結果進行描述和解釋;了解分析論證在科學探究中的意義．對要素“評估”的基本能力要求:有評估探究過程和探究結果的意識;能關注探究活動中出現的新問題;有從評估中吸取經驗教訓的意識;了解評估在科學探究中的意義．

2 研究方法

2.1 研究課例

本研究從2016年第12屆全國中學物理青年教師教學大賽初中組共32節課例中選取科學探究要素較為齊全、科學探究進行較為深入的16節課例作為研究的樣本,涉及到透鏡、凸透鏡成像規律、焦耳定律和測量小燈泡的電功率4個課題和16個省市,一定程度上反映了我國初中物理實驗教學的現狀．

2.2 研究方法

首先,根據課程標準有關科學探究中分析、論證與評估環節的要求,從課堂施教者與學習者兩方的行為表現中選取可以觀察和記錄的點.這些觀察點與課程標準要求相互映照與補充,制定了較為詳細的觀察量表．根據觀察量表對每一節課例進行數據的統計和文字的記述．最后,從分析論證與評估環節的時間,分析、論證與評估過程,實驗數據統計與分析,結論的呈現形式,實驗的論證與評估,對無法用實驗驗證的問題的處理,教師的某些“陋習”共7個大項和23個小項剖析當前初中物理實驗教學“分析論證與評估”的教學現狀．

3 研究分析

3.1 分析、論證與評估的時間

由表1可知,不同課題此環節的用時不太一樣,這與課題和教師的教學設計有關．16節課例平均用時為9 min 25 s,有7節課例低于平均值,有5節課例低于5 min 30 s,有3節課例高于15 min．筆者認為,課堂是要講究效率的,此環節用時過長必然會影響其他環節,而用時過短往往會導致討論不充分、思維提升過于膚淺．

表1 實驗探究中“分析、論證與評估”時間統計

3.2 分析、論證與評估過程

3.2.1 實驗與“分析、論證與評估”的教學組織方式

由表2可知,“總-總模式”與 “分-總模式”是教師最常用的教學組織方式,而混合模式較少運用．筆者認為,前兩種模式結構清晰,對“教”和“學”更容易操作,而混合模式對師生雙方的默契度和教師駕馭課堂提出很高的要求,因此很少使用．

表2 實驗與“分析、論證與評估”的教學組織方式統計

3.2.2 學生思考的組織方式

由表3可知,教師在組織學生思考時通常會以讓學生獨立思考的方式,只有約50%采用了生生交流的形式．

表3 學生思考的組織方式統計

3.2.3 交流活動方式傾向

交流活動方式傾向統計如表4所示.

表4 交流活動方式傾向統計

3.2.4 教師提出問題的發散性

由表4、表5可知,教師主宰、主導的課堂占68.75%,師生互動的課堂僅占31.25%,教師提出的發散問題只有11.11%,而思維含量很低的“填空型問題”卻高達35.19%．可以發現教師在課堂提問環節還是 “以我為主”,真正站在學生的角度提問、讓學生真正的思考、深度的思考做得不夠．

表5 教師提出問題的發散性統計

注: 筆者對以上3種類型問題的“界定”．發散性的問題:沒有明顯提示,本節課也沒有直接的證據能夠解決．引導性問題:有提示,但是潛在的答案可能不唯一．填空型的問題:提示已經很明顯,或者只是回答數據,是與不是,好與不好等思維很弱的問題．

3.2.5 學生在信息處理過程中的能力

由表6可知,只有18.75%的案例對信息的有效性有所體現,表明很多師生沒有甄別信息的意識．任何的實驗由于其本身的局限性,實驗數據的可靠性都是相對的,因其受到器材、方案設計、人的因素等多方面的影響,如果不分析數據的可靠性是否是我們實驗分析結論可以接受的話,結論就有可能站不住腳．比如:焦耳定律實驗由于系統熱量的損失其誤差是很大的;比如凸透鏡成像規律中物距在一倍焦距附近實驗的誤差也很大,甚至是無法測量的;比如透鏡的光心對光線的作用,當入射光線與主光軸成很大的銳角時,其通過光心后的折射光線會偏折一個很大的角度．

只有1個案例的學生采用書寫的形式表達自己的觀點.筆者認為,一是由于書寫的效率低,二是在充分分析交流之后學生自己的觀點也需要完善和補充,三是由于有些結論是無法用文字來形象的表示．

表6 學生在信息處理過程中的能力統計

表6可以很清晰地看出,只要給學生交流的機會,學生是有能力表達觀點和總結結論的．因此筆者建議廣大教師要讓學生放的開,有更多的交流展示的機會,這對于教學是有明顯的促進作用的．

3.2.6 提出的問題數量與參與討論的學生、小組的數量

由表7可知,現時的課堂習慣由教師提問,而學生幾乎沒有提問或質疑的習慣．學生在教師引導下參與討論的人數平均只有4.9375個,而參與討論的學生小于等于5個的竟然有10節課例,學生的參與度還是過低．每個課例平均只有1.4375個小組進行了展示,11節課例只有師生之間的討論,說明學生參與討論的方式單一．

表7 提出問題數量與參與討論的學生、小組的數量統計

3.3 數據統計與分析

3.3.1 數據統計的效率問題

在分析規律的實驗中,需要大量的數據,因此實驗后立即分析數據是比較高效的,表8中后兩種統計數據的方法效率有點低,但占比卻有56.25%．

表8 數據統計的效率問題統計

3.3.2 數據記錄方法

表9 數據記錄方法統計

3.3.3 數據處理方法

由表10可知,實驗數據處理的方法還是很豐富的,除了紙上作圖和畫表格外,電腦軟件、手機軟件和實物圖表各有一定的比例．

表10 數據處理方法統計

3.3.4 實驗數據的“豐富性”

由表11、12 可知,71.3%的實驗中學生測量的數據小于等于3個,而在分析結論時在30個實驗中,43.3%的實驗采用的數據小于等于3個,只有26.6%的實驗采用的數據大于等于7個．筆者認為學生測量的數據,和分析結論實際利用的數據都太少了．

表11 習慣記錄的實驗數據的數量統計

表12 分析時采納的數據數量統計

注: 對于組成最終結論的每一個分布實驗,觀察其分析結論時采用的數據數量,而不是計算得到總的結論而采用的實驗數據數量總和．

3.3.5 學生實驗數據的“同質化”統計

由表13可知,由1/4的課例出現了數據的同質化現象,說明部分教師在此問題上沒有引起足夠的重視．數據的同質化往往導致全班只能提供很少的數據,直接影響實驗結論的合理性．

由于器材的限制導致學生實驗的同質化的案例:在探究透鏡對光的作用時,提供的光源只能對特定方向發出光線,導致所有的學生實驗結果是相同的．

1.3 統計學方法 采用SPSS 26.0對數據進行統計分析。所有數據由雙人核對、錄入，對考試成績，考試方案的難度、區分度及信度、效度指標進行分析。

由于教師的規定或實驗的設計導致學生實驗的同質化的案例:在測量小燈泡的電功率的課例中,有一位教師要求測量同一規格的小燈泡在電壓分別為2 V、2.5 V和3 V下測量,導致所有學生實際上只得到3組數據,證據很不充分,學生之間也無法相互借鑒和對比．

表13 學生實驗數據的“同質化”統計

3.4 結論的呈現形式

由表14可知,大部分教師還是用習慣板書呈現結論,筆者認為這是由于板書能長時間保存,而課件給學生呈現結論的時間較短．

表14 結論的呈現形式統計

3.5 實驗的論證與評估

由表15可知,學生質疑的習慣還沒有養成,教師缺乏培養學生質疑的意識和習慣,課堂教學沒有對實驗評估、對實驗結果的再次驗證意識．

表15 實驗的論證與評估的“意識”統計

3.6 對無法用實驗驗證的問題的處理

問題1:在凸透鏡成像規律實驗中,很少有學生或教師會注意物距大于但接近一倍焦距的成像問題,此時由于光源太弱,光屏太小,像距很大,在實驗中是觀察不到的．這個課題的4個案例都沒有對這個問題進行處理,筆者認為很多教師或許以為這不算什么問題,但是如果要講邏輯的嚴密和證據的充分,這個問題必須要探討．

問題2:透鏡的光心對光的作用,由于光心是針對“薄透鏡”的一個理想模型,所以實際透鏡是無論如何也找不到的．5個案例中,有3個案例教師自己做實驗,1個案例中教師用沿著主光軸的光射向透鏡避開了其它方向的光的問題;另外2個案例教師自己演示實驗,但都選擇接近主光軸的入射方向;有2個案例讓學生自己體驗,但是也沒有找到證據,反而加深了學生的困惑．總之,上述做法或者證據不充分,或者將實際的透鏡與“薄透鏡”概念混淆．

3.7 教師某些“陋習”

陋習1:用演示實驗代替學生實驗．例如焦耳定律實驗中,有一個教師采用與兩位學生共同演示實驗的方式,其他學生只是作為旁觀者,這樣做教師更容易掌控課堂,但是卻使學生的參與度降低．

陋習2:數據造假．例如在探究凸透鏡成像規律的實驗中,有1個課例學生實驗時沒有要求測量物體和像的大小這兩個數據,但是教師卻用軟件模擬出像與物的大?。?/p>

陋習3:證據不足,急于讓學生找規律．部分教師在實驗的設計上沒有考慮到數據的有效性和豐富性,讓學生在少量數據的基礎上強行總結規律．例如在探究凸透鏡成像規律時,每一個物距范圍的成像特點只利用2到3組數據．在測量小燈泡的電功率實驗時,在小燈泡的每一種亮度時通常只有一個電功率數據．

陋習4:輕易否定學生的思想．

案例1:師生分析透鏡的焦距

生:我覺得焦距是20cm

師:不好．另一位同學回答．

案例2:師生分析當凸透鏡成倒立縮小的實像時物距的范圍．

生:物距小于20 cm,然后似乎還要大于20 cm．

師:不要似乎、要肯定．

陋習5:語言的陋習:教師以“自我”為中心．

案例:誰“給我”總結一下?誰能“給我”說一下?誰能“給我”描述一下．你能看圖“給我”總結一下?你來“給我”想．“給我”觀察一下虛像是個什么性質．哪位小組“給我”匯報一下?

陋習6:定勢思維．

案例:師:那么大家思考一下綜合剛才的3個結論,什么時候電流產生更多的熱量呢?

生集體回答:電阻越大、電流越大、時間越長．

師:對的,這是我們通過剛才的活動得到的一個結論,對吧?那么大家都知道,要得到一個普遍結論的話,至少要做幾次實驗?

生集體回答:6次．

筆者提出疑問:任何類型的實驗至少6次就能得出結論?更何況在實際教學中有的教師灌輸的是要求學生做3次實驗．筆者認為,無論教師給學生留下的印象是3次還是6次,都無形中給學生的思想套上了牢牢的枷鎖,這種枷鎖雖然看不見,但是影響卻是極其深刻的．它讓學生們認為人類對真實世界的探索是多么輕而易舉．

4 結論與建議

4.1 結論

部分教師在科學探究實驗后的分析、論證與評估環節所用的時間過多或過少,實驗與“分析、論證與評估”的教學組織方式不敢嘗試對教學水平要求較高的混合模式．學生思考組織方式單一,交流活動方式傾向于教師主宰、主導,教師提出的部分問題思維含量低、啟發性弱．學生有初步的信息處理能力,但是參與討論的學生和小組數量較少．數據統計的效率低,學生實驗的數據和分析結論采用的數據較少,實驗數據的“同質化”現象嚴重．學生提出質疑和對實驗評估的習慣還沒有很好的養成,部分教師也存在某些教學“陋習”,有待改進．

4.2 建議

4.2.1 對實驗必要的環節合理劃分時間,時間的分配相對固定,師生長期相互影響達成默契,形成自己獨特的上課習慣和課堂文化．

4.2.2 重視“分析、論證與評估”的課堂活動設計．以引導性問題為主,輔以少量發散性問題,引導學生深度思考．設計多種生生思考、交流和展示的機會和交流方式．師生之間要多用“交流”的學習方式,讓學生習慣提出問題和質疑并對實驗進行評估．

4.2.3 提高統計數據的效率、用數據嚴謹的推出結論．可以人工統計,也可以利用現代科技手段智能化統計．在有條件的前提下,讓學生多測量幾組數據,并盡可能用數據證明而不是猜測或推測物理結論．

4.2.4 教師要常常剖析自己并改正某些“陋習”．自己的口頭語言和肢體語言是否合適?自己是否有違背基本的物理觀念和物理常識的思維定式?教學環節的設計自己是否符合學生學習的“導”師角色?