淺論物理課堂實(shí)驗(yàn)的探究質(zhì)量評(píng)價(jià)的定性描述教育論文
物理課堂中的探究實(shí)驗(yàn)是學(xué)生主動(dòng)獲取物理科學(xué)知識(shí)、體驗(yàn)科學(xué)過程、領(lǐng)悟科學(xué)方法的重要學(xué)習(xí)活動(dòng),其作用主要是能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)方式實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)接受(驗(yàn)證公式、規(guī)律,使學(xué)生信服)到主動(dòng)獲取知識(shí)(建立概念、規(guī)律,主動(dòng)建構(gòu))的轉(zhuǎn)化,而要達(dá)到這一目的很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究質(zhì)量和教師的教學(xué)效率。在我們的教學(xué)實(shí)踐中,不難發(fā)現(xiàn)存在不少的低效、無效甚至負(fù)效的探究實(shí)驗(yàn)。那么,如何衡量和評(píng)價(jià)課堂實(shí)驗(yàn)的探究質(zhì)量高低就值得我們做深入的思考。
一、理論基礎(chǔ)及架構(gòu)
物理實(shí)驗(yàn)是既是科學(xué)家科學(xué)研究過程的濃縮和再現(xiàn),也是學(xué)生重演科學(xué)發(fā)展歷程體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程的重要手段,更是學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的有效途徑。
早在20世紀(jì)初美國教育心理學(xué)家杜威就提出:“教學(xué)法的要素和思維的要素是相同的。這些要素是:
第一,學(xué)生要有一個(gè)真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)情境——要有一個(gè)對(duì)活動(dòng)本身感興趣的連續(xù)的活動(dòng);
第二,在這個(gè)情境內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)真實(shí)的問題,作為思維的刺激物;
第三,他占有知識(shí)資料,從事必要的觀文秘站:察,對(duì)付這個(gè)問題;
第四,他必須有條不紊地展開他所想提出的解決問題的方法;
第五,他要有機(jī)會(huì)和需要通過應(yīng)用檢驗(yàn)他的觀念,使這些觀念意義明確,并且讓他自己發(fā)現(xiàn)它們是否有效�！�
評(píng)價(jià)課堂實(shí)驗(yàn)的探究質(zhì)量要抓住幾個(gè)重要的要素,諸如情境、問題、方法、操作、檢驗(yàn)等等。這些要素之間是環(huán)環(huán)相扣的,有趣的情境激發(fā)產(chǎn)生有價(jià)值的問題,必要的知識(shí)儲(chǔ)備引導(dǎo)得出有效的方法,有質(zhì)量的操作會(huì)檢驗(yàn)自己的觀點(diǎn)的真?zhèn)?理性的評(píng)估會(huì)促進(jìn)知識(shí)、技能、思想、情感的同步提高。
二、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研制
筆者根據(jù)以上理論對(duì)物理課堂實(shí)驗(yàn)的探究質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系的若干維度的構(gòu)建做了初步的思考:情境的營造和設(shè)計(jì);問題的產(chǎn)生和形成;方案的提出和完善;操作的有效性和科學(xué)性;數(shù)據(jù)的記錄和處理;實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和改進(jìn)。
1.情境的營造和設(shè)計(jì)
教育心理學(xué)認(rèn)為,學(xué)習(xí)應(yīng)該發(fā)生(或被置于)在真實(shí)場(chǎng)景。強(qiáng)調(diào)通過擬真的問題情境創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生理解和掌握知識(shí)及技能的“實(shí)習(xí)場(chǎng)”,以避除以往從學(xué)校獲得的往往是無法遷移和應(yīng)用的“呆滯”知識(shí)的弊病。
(1)新奇性。通過一些“新”“趣”“奇”“巧”的小故事、小實(shí)驗(yàn)、圖片、視頻等等,達(dá)到“意想不到”的效果。例如:在自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中,教師要求學(xué)生注意觀察合上電鍵和打開電鍵時(shí)小燈泡的亮度變化情況。可以講,這樣的實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生不具有新鮮感,難以激起探究的興趣。筆者是這樣創(chuàng)設(shè)情境的:讓幾個(gè)學(xué)生手牽手與自感線圈并聯(lián)再與3~4節(jié)1.5V的干電池并聯(lián),當(dāng)電鍵閉合后再斷開時(shí),學(xué)生的手明顯感到被電麻。問題自然生成:為什么小小的幾節(jié)電池(遠(yuǎn)比36V安全電壓低)會(huì)產(chǎn)生如此神奇的威力?小小的實(shí)驗(yàn)向大家呈現(xiàn)了一個(gè)令人困惑或意料之外的情境,由此興趣和欲望被激發(fā),探究動(dòng)力也就被提起。
(2)真實(shí)性。實(shí)際的教學(xué)中,我們有時(shí)是把物理實(shí)驗(yàn)搞成了純科學(xué)內(nèi)容的抽象講解或探究,遠(yuǎn)離了學(xué)生的生活實(shí)際,不能激起強(qiáng)烈的情緒和探究欲望。我們要利用課堂實(shí)驗(yàn)注意情境的創(chuàng)設(shè)和背景的有效鋪墊,縮短教材和學(xué)生之間的距離,從學(xué)生感興趣甚至有爭(zhēng)議的內(nèi)容出發(fā)。使學(xué)生對(duì)教材由“近”感到“真”,由“真”感到“親”,從而可親、可近、可信。
(3)實(shí)效性。課堂實(shí)驗(yàn)要起到動(dòng)機(jī)激發(fā)并滿足學(xué)生需要的水平層次。在彈性碰撞教學(xué)中,我們?cè)O(shè)計(jì)用雙線擺,擺球由兩個(gè)質(zhì)量相同的玻璃球制成。先是把右邊的球拉開,另一球靜止于平衡位置。放下球后,兩球相碰,右球靜止,左球彈起,當(dāng)左球返回碰撞后,右球又彈起,如此反復(fù),動(dòng)、靜交替多次。此時(shí)我們放上一段丁俊暉打球的視頻,丁揮桿用白球打過去,靶球被撞向前后,白球停在那兒……面對(duì)這一有趣的情景.課堂氣氛立即活躍起來,學(xué)生躍躍欲試,迫不及待地希望通過數(shù)學(xué)分析來破解其中的秘密。
2.問題的產(chǎn)生和形成
探究源于困惑。美國心理學(xué)家斯滕伯格將發(fā)現(xiàn)問題的能力作為創(chuàng)造性智力的根本,認(rèn)為它是成功智力中的關(guān)鍵要素。
(1)自主性。問題或任務(wù)大多是由教師指定的,但最好是由教師和學(xué)生共同選定或?qū)W生自主確定。
(2)生成性。在探究學(xué)習(xí)過程中,新的問題和困惑也會(huì)不時(shí)出現(xiàn)。問題除了事先預(yù)定的外,還有的是在研究過程中即時(shí)產(chǎn)生的,因?yàn)閱栴}的目標(biāo)、初始條件或可能的轉(zhuǎn)換往往是不確定的。
(3)階梯性。實(shí)際上是對(duì)探究任務(wù)的明確,也是對(duì)相關(guān)任務(wù)的分解,問題的難易、主次、先后等等的思考能夠?qū)?shí)施方案的提出有較強(qiáng)的基礎(chǔ)和充足的準(zhǔn)備。
(4)有效性。對(duì)所有問題的梳理和篩選,真問題、有效問題的形成(剔除無用信息或從中梳理出有效因素)。
在研究《電阻定律》時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)過的物理知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)大膽猜測(cè)導(dǎo)體電阻的各種可能相關(guān)量,學(xué)生的思維過程一定要得到充分的發(fā)揮和自由地展示。教師在帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建民主開放的物理課堂的同時(shí),不輕易放過某個(gè)看似荒誕、離奇的想法,對(duì)于其中存在的或多或少的漏洞、偏差,教師要不失時(shí)機(jī)的加以糾正,引導(dǎo)反思與感悟。在這一節(jié)課中,我們引導(dǎo)學(xué)生把各種猜測(cè)加以概括、總結(jié),剔除干擾因素,提煉出真問題(也即有效問題)即:電阻的三個(gè)獨(dú)立的主要參量(如顏色、密度、硬度、質(zhì)地等都與材料有關(guān),質(zhì)量與材料、長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)……),并由日常的感性認(rèn)識(shí)進(jìn)一步猜測(cè)了R與三者的關(guān)系。
3.方案的提出和完善
所謂實(shí)驗(yàn)方案,其實(shí)就是通過抓本質(zhì)屬性和典型特征,體現(xiàn)設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)手段和顯示方法,來建立恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。提出�?shí)驗(yàn)方案并使之完善,是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最能培養(yǎng)想象力和探究能力的環(huán)節(jié)之一。
(1)方案提出過程中的自主性、合作性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力,所以在實(shí)驗(yàn)方案提出的過程中要盡可能地發(fā)揮學(xué)生自主、合作的意識(shí),而不是包辦代替。
(2)方案的多向性。方案的提出不僅是學(xué)生自主提出,更要是多維的、發(fā)散的,要引導(dǎo)學(xué)生排除思維的單一性和思維定勢(shì)的影響,善于找出實(shí)驗(yàn)中需要解決的重點(diǎn)、難點(diǎn)和所能解決的問題,嘗試各種可能的思維方法和解決的過程。例如,要測(cè)定重力加速度的大小,學(xué)生們提出了自由落體法、單擺法、圓錐擺法、機(jī)械能守恒法、滴水法等等。
(3)方案的優(yōu)選性。對(duì)所有的實(shí)驗(yàn)方案要有全面的認(rèn)識(shí),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行比較并使之完善。優(yōu)選的過程其實(shí)也是理性思維上升的過程,是對(duì)方案的修正和完善的過程。在這一過程中,要考慮是否服從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求,儀器裝置是否易于搭配或制作。現(xiàn)象是否清晰、明了,尤其是要考慮學(xué)生的認(rèn)知心理的可接受程度、建構(gòu)水平的同化順應(yīng)的適應(yīng)度。
4.操作的有效性和科學(xué)性
(1)器材應(yīng)該能夠滿足多樣化選擇性的需求,而不是由教師事前已經(jīng)安排好了的菜單式的提供。學(xué)生自主學(xué)習(xí)和小組合作后制定了實(shí)驗(yàn)方案,教師要盡可能提供他們所需要的實(shí)驗(yàn)器材滿足其探究的需求。在器材的選擇中,要引導(dǎo)學(xué)生不要一味追求所謂的高檔儀器(那種全自動(dòng)、傻瓜式的器材只要讀讀數(shù)據(jù)就行,使學(xué)生偏離了基本的實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,相當(dāng)有害。)我們可以用生活中的日常用品甚至包括兒童玩具等來做科學(xué)實(shí)驗(yàn),達(dá)到簡(jiǎn)單、明了、直觀的效果。麥克斯韋也說過,“一項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn)使用的材料越簡(jiǎn)單,學(xué)生就越熟悉,就越想徹底地獲得所驗(yàn)證的結(jié)果,這種實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值往往與儀器復(fù)雜程度成反比”。在探究牛頓第二定律規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,不少老師采用了先進(jìn)的DIS技術(shù),幾組數(shù)據(jù)下來,圖線就出來了,學(xué)生還摸不著頭腦。如果我們用傳統(tǒng)的小車、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來做,學(xué)生就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、圖像分析等作較為深入的思考。
(2)操作步驟的合理性、科學(xué)性要求。無論是技巧性實(shí)驗(yàn)還是一般性實(shí)驗(yàn),操作在很大程度上影響著實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)操作時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)施的過程,每一步都要能說出其道理,了解其作用以及所產(chǎn)生的后果。操作程序的環(huán)環(huán)相扣、規(guī)范和科學(xué),會(huì)有助于相關(guān)概念、規(guī)律自然地得出。
(3)實(shí)驗(yàn)操作步驟的逐步完善中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng),諸如儀器的性能和作用、器材的裝配和要領(lǐng)、操作的規(guī)范和熟練、如何簡(jiǎn)化、方便地操作、如何把隱性現(xiàn)象呈現(xiàn)出來等等。
在研究自感的實(shí)驗(yàn)中,我們就是引導(dǎo)學(xué)生不斷在實(shí)驗(yàn)的“失敗”(預(yù)想結(jié)論的得不出)中完善操作和設(shè)計(jì),在探究的層次推進(jìn)中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的.能力。
�、僖胄詫�(shí)驗(yàn):磁鐵插入線圈過程中閉合回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流(圖1)。
�、诋a(chǎn)生問題:在圖2中,改變線圈中電流也會(huì)引起線圈中磁通量變化,是否產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?實(shí)驗(yàn)如何顯示出來?
�、鄢醪椒治霾Ⅱ�(yàn)證:在圖3中,分析可知K閉合時(shí),小燈泡應(yīng)該滯后發(fā)光。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)合上開關(guān),燈泡立即發(fā)光。(原因是人的眼睛分辨不出來)。
�、苌疃确治霾⑿拚�:引導(dǎo)學(xué)生采取參比、補(bǔ)償?shù)霓k法(通過兩個(gè)燈泡來比較發(fā)光的先后;調(diào)節(jié)變阻器使兩燈泡亮度相同),設(shè)計(jì)出圖4,實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果表明:比延遲發(fā)光。
⑤拓展分析并驗(yàn)證:在圖4中,如果斷開S,燈泡應(yīng)該延遲熄滅。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩燈泡一起立即熄滅。
�、奚疃确治霾⑿拚�:分析可能是回路電阻太大的原因。修正設(shè)計(jì)為圖5,實(shí)驗(yàn)證明:當(dāng)S斷開,燈閃爍一下再熄滅。
�、咂鋵�(shí)在實(shí)驗(yàn)中還會(huì)遇到很多問題(諸如線圈自感系數(shù)大小、電阻阻值大小、燈泡大小等相互的關(guān)系),我們要把這些問題抑或困惑轉(zhuǎn)變成探究的課題(而不是直接告訴學(xué)生如何做或者結(jié)論),從而可以更好地幫助學(xué)生理解相關(guān)的知識(shí)。
(4)小組合作的情況。為使實(shí)驗(yàn)探究有序進(jìn)行,相關(guān)任務(wù)的分工要有預(yù)案。例如在運(yùn)用頻閃照相研究“落體運(yùn)動(dòng)加速度”中,學(xué)生必須完成以下任務(wù):方案設(shè)計(jì)(直接測(cè)量的物理量是什么?如何測(cè)量?);器材的安裝和調(diào)試(如何達(dá)到簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)?);標(biāo)尺的制作;實(shí)際拍攝(如果用數(shù)碼相機(jī),如何達(dá)到多次曝光在一張底片上?);照片的分析(建立怎樣的數(shù)學(xué)模型?);實(shí)驗(yàn)報(bào)告。尤其在操作中要做好細(xì)致的分工,在每一時(shí)段誰干什么、達(dá)到什么要求都要很明確,這樣才不至于實(shí)驗(yàn)前茫然無緒,實(shí)驗(yàn)時(shí)手忙腳亂,實(shí)驗(yàn)后遺三忘四。
5.數(shù)據(jù)的記錄和處理
(1)數(shù)據(jù)記錄表格的設(shè)計(jì)要讓學(xué)生自己完成,應(yīng)該體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想,要引導(dǎo)關(guān)注實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、研究的對(duì)象、收集數(shù)據(jù)的時(shí)段、有關(guān)現(xiàn)象的特征以及可能相關(guān)的物理量等。在記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)還要注意把有些非量化的數(shù)據(jù)(諸如現(xiàn)象)也要記錄下來。
(2)記錄的忠實(shí)性、原始性、重復(fù)性。數(shù)據(jù)記錄要及時(shí)、完整,注意有效數(shù)字和單位的要求。對(duì)于看似不合理數(shù)據(jù),可以通過實(shí)驗(yàn)來補(bǔ)測(cè),但不要輕易放棄這些數(shù)據(jù)(要好好分析其原因,有時(shí)需要修正實(shí)驗(yàn)步驟,有時(shí)也蘊(yùn)含著新的現(xiàn)象或規(guī)律值得探究),切不可修改數(shù)據(jù)或編造數(shù)據(jù)以達(dá)到所謂的“準(zhǔn)確結(jié)果”。
(3)數(shù)據(jù)處理手段科學(xué)、合理。要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要進(jìn)行理性分析,對(duì)相關(guān)物理量的關(guān)系要做出猜想,嘗試建立起相關(guān)的模型和關(guān)系,并進(jìn)一步來驗(yàn)證。一是可以通過計(jì)算法來處理,二是可以通過圖像法來處理數(shù)據(jù),圖像法處理數(shù)據(jù)很直觀,也是常用手段,但往往不太為學(xué)生所熟知,教師可以做出示范。
6.實(shí)驗(yàn)的總結(jié)和改進(jìn)
(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)實(shí)現(xiàn)的達(dá)成度。對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估,預(yù)期探究的目標(biāo)的達(dá)成度如何?學(xué)生的主動(dòng)性學(xué)習(xí)如何?不僅僅是看是否得出了“預(yù)期的數(shù)據(jù)和結(jié)果”。
(2)亮點(diǎn)和創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的原理方法、儀器裝置、步驟流程、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)有些什么創(chuàng)新和突破,教師如何利用差異性結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知,激發(fā)學(xué)生探究的欲望。
(3)體現(xiàn)的思想和方法。要引導(dǎo)學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)的物理思想方法都有哪些(比如常用到的控制變量法、參比對(duì)照的方法等等),物理思想方法是比知識(shí)和技能更為重要的東西,是物理教育的核心。
(4)不足和改進(jìn)。引導(dǎo)學(xué)生從原理、器材、步驟、處理來分析實(shí)驗(yàn)的不足(包括是否給學(xué)生留下足夠的時(shí)間和空間等),盡可能提出改進(jìn)的方法和措施。
(5)延伸性問題的產(chǎn)生�？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步拓展研究的問題,比如相關(guān)聯(lián)或可牽連的問題的聯(lián)想、可以作為一個(gè)類別來處理的問題的實(shí)驗(yàn)方法的遷移等,例如理解了卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)的精妙,從而對(duì)庫侖定律扭秤實(shí)驗(yàn)方法的遷移。
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