科学教学的智慧改进

◇吴颖

通过实验获得数据，并对数据加以处理、转化，表达为支持自己结论的证据，这样的思维过程在很多科学探究课上存在，并且是重要环节。但我们会发现因为材料、实验设计或学生操作等原因，或多或少会存在误差甚至错误，对于这样的结果，有的老师避而远之只为达到自己预设的教学目标而直奔向前，学生在多次“熏陶”后，也学着更改数据而获得“科学”的结论，久而久之实事求是的科学态度在科学课上逐渐淡出，师生只是为了获得书本的结论而实验，大大违背了科学探究的本质。

《摆的研究》一课主要引导学生研究“摆的等时性”问题，因为其完整的探究步骤被很多老师青睐，是一节常见的公开课。可是，我们经常看到学生经过多次、分段的实验和记录，所获得的数据比较凌乱，也不能说明摆的摆动具有等时性，无法达成教师预设的探究目标。所以这堂课经常会出现经过“有效”的活动后，却获得了“无效”的结论的情况。

以下呈现了一般会出现的分歧情况：第1组得到结论摆动的次数与摆锤的重量无关；第4组得到结论摆动的次数与摆锤的重量有关。

我们来看看老师们遇到这种情况的处理方法。

方案A：引导学生关注支持结论的数据，忽略不支持结论的数据，认为这类数据是不准确的，或者是有误差的。

方案B：请学生通过计算平均数、取中位数或者众数的方法，使数据趋于一致。

方案C：引导学生分析讨论数据不一致的原因。

我们可以看到这三种处理方法都是有不当的。方案A中老师凭什么说学生获得的数据是错误的、有误差的？学生是利用老师发的材料，按照老师指导的方法认真地进行实验。方案B的方法其实是让少数服从多数，是通过数学方法让数据“统一”起来，看似科学，实则虚假。方案C则偏离了既定的探究目标，即使学生分析出了引起不一致的原因，也不会在课堂上进行一一证实，这样做的意义有多大呢？

其实本课按照教材的操作方法出现数据不支持结论的情况是预料之中的事情，因为实验的材料、学生的操作能力、合作能力等诸多因素都会影响实验结果。但如果老师依旧要组织学生开展这个探究活动，并为了得出教师心中的那个结论，而采取以上的方法，其实都违背了“以学生为中心”“以获得的证据为事实”的教学理念。

智慧改进一:探寻根源，规避误差产生

深入小组活动，我发现数据误差或错误的出现来源于材料和学生操作两方面。材料方面：摆绳的质量会影响，有的摆绳在摆动过程中会发生旋转；摆的悬挂点也可能会出现移动，摆在做周期运动时向左和向右过程中会引起摆长的不同；增加摆锤时重心位置发生改变；摆动幅度超过15°时误差就会较大；摆在摆动过程中不在同一平面，变成了圆锥摆等。学生操作方面：学生的合作配合常出现问题，计时员喊停时，记数员报出的次数文字记录员很难捕捉准确；学生放摆的时候有推力；放摆和开始计时时间不一致等等。针对这些发现，我在实验准备材料阶段会选择不容易旋转的摆绳，并用牢固的燕尾夹固定在悬干上，并在悬干上设置量角器，在实验前对学生强调：

1.增加摆锤重量的时候要考虑到重心位置；

2.摆角尽量在15°以内；

3.放摆时不能施加力；

4.线拉直，使摆绳尽量处于同一平面；

5.正式测量前，多试几次，加强组员配合的默契度。

学生是活动中的研究主体，让他们亲自动手做、获得感知是建立科学概念的前提，教师需要在实验前花更多的时间为学生创设一个良好的学习情境，包括问题情境的设置、材料的设计等，这样才能保证学生获得有效的体验。当然这并不意味着为学生创设顺风顺水的探究过程，对于差异数据还需要学生去独立思考、反复实验、寻找证据、整理数据、去伪存真，培养学生的科学论证思想。

智慧改进二:转变思维，切换问题方式

针对小组误差大的情况，在教学中我常采用蹲点在一个小组发现孩子们操作中实际存在的问题的方法。我发现学生的摆不可能刚好达到每秒1次的速度，通常15秒的时间点到时，摆可能还没到起摆点或者终摆点，而我们摆动次数的记录又要以整数为单位，这是不科学的，因为物理学计量中是有估计值的，但是学生在操作中是看不清这个点的，不会发现这个小问题，所以就会出现实验结果的偏差。既然这个实验是让学生探究摆的等时性，除了“在相同的时间内，摆摆动的次数相同”这个思维方式，是不是还可以换一种思维，可不可以理解成“摆摆动了相同次数，用的时间是否相同”以此来测量时间，因为用秒表计时，就可以比较精确的记录下每次时间，不会产生偏差了。

这样做转变了问题方式，但却依然可以达到研究单摆等时性的目的。这样的改进在小组有效分工、准确操作的前提下，规避了学生计次过程中的误差，符合了学生的心理，体现了“学生本位”。同时，这也利于学生对科学本质的认识，科学是讲求证据的，我们的课堂上经常发现学生随意更改自己获得的数据以迎合教师的现象，这除了对自己的不信任外，还表现出学生缺乏实事求是的科学态度。教师要重视学生心理，从学生能达到的目标出发，审视教材内容，选择适合的内容和方式为学生搭起学习的脚手架，让学生在攀爬过程中不断建构和创新。

对教学设计中存在难点和歧义的实验，通过“探寻根源，规避误差产生”，抓住误差产生的源头，改进实验设计和操作方法；通过“转变思维，切换问题方式”将难点转化为学生容易接受和操作的方式。在这两种方法的帮助下，实验探究的主体变为了学生，使学生通过规范的、易接受的实验方式获得可靠的证据，并对证据进行加工，论证自己的结论，在过程中培养了学生实事求是的科学态度，促进了学生科学素养的形成。