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让精确实验的思想浸透在细节中
作者:BX 来源:摘自:《小学科学网》 点击:15669次 评论:0

----《摆的研究》教学案例

 

【案例背景】

《摆的研究》选自教育科学出版社小学《科学》五年级下册"时间"单元中"用摆计时的钟"和"测量摆的快慢"两课内容。本课的重点定位于研究"摆的快慢与什么因素有关"。依据实际,期望学生在课中能够使用"控制变量"的方法搜集证据,体验精确测量对科学研究的重要性。实验过程的精确与否直接导致实验结果的科学。因而,本课追求实验的"精确性",也就是让学生尝试着能精确地控制实验中的变量因素来做好摆的研究中的公平实验,让精确实验的思想浸透在每一个教学细节中,让实证意识融入学生的思维之中,来诠释在科学课堂中教师如何引导学生经历一个科学的过程,逐步领会科学的本质。同时,也是对传统自然课《摆》的一种借鉴和超越。

【案例描述与分析】

细节一:"我们先来做个摆"--学生操作前教师的积极示范作用

现场描述:在让学生通过多媒体课件认识了摆和摆的组成部分后,我让学生说说现在要做个摆都需要什么材料?在学生说出线和摆锤后,我从线卡上取一根线,从材料盒里取出一个小吊桶,在铁架台上现场演示做一个摆。我边做摆边演示了怎样控制摆长(夹子夹住线的长短)和摆锤轻重(更换吊桶内的铝块或塑料块)。做好了摆,我便演示玩摆。我强调用手轻轻夹住摆锤,摆线和支柱杆要平行,自然松手,不要用力,摆动幅度不要太大;并且让学生讨论明确"来回的摆动算一次"。然后,学生开始动手做摆并测量10秒钟里摆动的次数……

分析:在这里,简短的示范操作和讲解,看似平淡,实则"暗藏玄机":在学生开始接触摆前,教师的示范做摆和规范操作摆,让学生明确正确、规范的制作和操作的方法。"怎样控制摆长和摆锤轻重"演示操作有助于暗示影响摆的快慢的因素,同时也可以极大提高课堂学生自主探究摆的问题的操作效率;玩摆时候的对"外力"的演示则巧妙地杜绝了"人为用力大小"的因素,让学生们集中精力探究摆长、摆锤和摆幅三个因素(小学阶段在做变量问题研究时要尽量把变量控制在2-3个以内),为减少甚至避免在接下来学生的研究中因做摆和不正确操作而影响实验的精确性埋下伏笔。有的老师在这里将"外力"作为一个变量来研究,共有四个变量。姑且不谈变量的多少,"外力"在孩子们看来确实是一个因素,但是操作有一定的难度,操作不当会直接影响其它三个变量的控制。对外力的控制也是有效地降低学生探究难度。

细节二:"实验中我们还应该注意什么"--师生深度讨论的重要性

现场描述:在学生做摆并测出自己的摆在十秒钟里摆动次数后,课的教学很自然进入了对摆的快慢与"摆长、摆锤重量和摆幅"三个因素的探究中。在学生开始动手探究前,我安排了研讨活动,引导学生围绕四个不同层次的问题展开讨论:1、当我们遇到一个问题和多个变量有关时,可以怎么研究?2、能不能用两个不同重量的摆锤来研究摆长问题?3、每一个对比实验中相同的因素(变量)和不同的因素(变量)分别又是什么?4、研究中还应该注意些什么可以让我们的研究更加科学,结论更加精确?在第四个问题的讨论上,课堂上有以下精彩的讨论场面:

师:明确了这些因素的控制,大家再讨论一下,如果让我们的研究更加科学,操作更加精确,在实验中我们还要注意些什么?(学生相互讨论1分种后)

生1:实验多做几次会好些。

师:为什么你这样认为?

生1:一次可能有凑巧。

师:有道理,那你觉得做几次比较合适?

生1:三四次吧。

师:行!就听你的,我们每一组也争取都做三次,实验中有干扰的不算,如果还有时间,

可以多做几次,好吗?来点掌声,为这么好的提议。(学生鼓掌)

师:又有一个新问题,三次实验有三个数据,怎么处理?

生:可以取平均数。

师:还有什么我们也要注意的?

生2:那些要控制好!

师:哪些?

生2:就是那些相同和不同的因素。

师:是的,你觉得要让两次实验中相同因素完全相同,操作中应该注意什么?

生3:两个实验最好同时做。

师:这样有什么好处?

生3:计时会比较准确。

师:有道理吗?(学生鼓掌)

师:两个实验同时做,那是一个人做还是两个人做?

生4:我觉得是一个人做会准确些。

师:把你的想法告诉大家。

生4:因为两个人做有的会快些有的会慢些。

师:好主意!

生5:做实验时要认真。

师:对!集中注意力仔细观察,就不容易出错。

师:你们很会思考,刚才大家提了很多可以让我们的实验更加精确,研究更加科学的好建议,但是要学以致用,等会实验中咱们可都要把他们用上去。分析:这是一组引发"头脑风暴"的问题,层层递进而又环环相扣。强调了"动手之前先动脑"。尤其是在第四个问题的讨论中,引发学生对实验操作细节加以关注,在细节中浸润科学实验的精确意识。这里的几处细节要义在于:"做三次及以上,求平均数"--重复做,尽量排除偶发因素;"两个实验同时做"--省时、直观而且便于计时;"由一个人操作"--把人为的因素控制到最低……,强调了测量要客观、精确,它将影响证据的可靠性,充分渗透实证意识。于细微处求真,明察秋毫,训练思维的精确性,让学生在实验的细节加以讨论关注,久而久之,学生就会自觉地形成严密、良好的科学习惯。而反之,对以上讨论的只要稍有疏漏,就可能直接影响实验的精确性甚至"满盘皆输"。为此,教学中要时刻注意以严谨的治学态度和一丝不苟的探究精神,来确保思维的精确性。

有老师质疑:这一环节花了八分钟多,是否有价值?指导这么细,是否有必要?以往的探究活动的指导,我们往往过度的强调开放和自主,而缺乏对儿童探究活动过程"科学性"的关注。在以科学探究为核心的科学课堂中,更强调教师适时的、必要的、严谨的、有效的探究指导,以追求让学生从活动中有所收获,不断提高和完善学生的探究实践和探究能力。在这里,帮助学生形成科学合理的探究方案是整个摆的探究活动成功和失败的关键,那么,舍得花时间进行深度研讨对三个实验中相同和不同因素(变量)的控制,以及对细节操作的关注,就成为极具价值的活动了。郁波老师说过"科学的本质就是强调在动手过程中必须要思考,动手的目的就是导向思考。改变人的认识"。所以,这八分钟,值!

细节三:"问题出在哪里"--在反思中体验"精确实验"的思想。

现场描述:学生汇报摆锤的重量是否影响摆的快慢的结果。小组5的结果是:摆锤重的摆在十秒里平均摆了7.8次,摆锤轻的摆平均摆了7.3次,结论是摆锤重的摆比摆锤轻的摆要快。者时我请其他小组发表结果,并在在黑板上记录他们的数据。小组2的结果是:摆锤重的摆在十秒里平均摆了7.7次,摆锤轻的摆平均摆了7.8次,摆锤轻的摆比摆锤重的摆在相同时间里快。小组3的结果是:摆锤重的摆在十秒里平均摆了8次,摆锤轻的摆平均摆了8次,轻的摆和重的摆在相同时间里同样快。小组6的结果是:摆锤重的摆在十秒里平均摆了7.6次,摆锤轻的摆平均摆了7.5次。摆锤重的摆比摆锤轻的摆要快。这里的结果不尽一致,学生感到很疑惑。于是,我请了小组5(错的最离谱的一组)上来演示:

师:你们实验中相同的因素是什么?

小组5(组员1):相同的因素有摆长和摆幅大小。

师:那你们摆长控制好了吗?

小组5:差不多了。

师:差不多,行吗?(学生哄笑)

师:两边各是多长?

小组5(组员3):左边摆长是21.2厘米,右边(边量边调整摆长,一会儿后兴奋的喊)一样长了!

师:摆幅呢?(组员3和组员4在两边瞄,其他组同学小声议论)

师:都准备好了吗?下边同学咱们帮他数数,男同学数左边的,女同学数右边的

(小组5计时员指挥演示实验开始)

师:(演示结束,问小组5)多少下?

小组5(组员3):轻的摆摆了8下,重的摆也摆了8下.

师:(面向下面小组同学)你们的次数和他们一样吗?

生:一样

师:这只是第一次,还需要做吗?

生:还要做两次(在大家的监督下,该组学生又做了两次实验,一次是7.5比8,另一次结果都是8次)

师:为什么你们前后实验结果不一样的?可能问题出在哪里?大家帮他们找找原因。

小组5(组员1):可能是起先摆长两个没有一样长

生1:摆幅没有完全相同。

生2:数数的同学没有数准确。

生3:做实验的同学没有同步。

师:大家给你们提了很多建议,总的说就是说你们实验中的相同和不同因素没有控制精确,接受吗?

小组5:点头同意

师:你们已经很了不起了,现在的结论已经很接近科学家的结论了。知道吗,科学家为了追求实验的精确性,在百分百控制好摆长和摆幅情况下,还是在真空状态下做这个实验的……

分析:尽管学生在动手之前对实验精确操作有了一定的认识,但实际中还是会有一些小组的研究出现误差,甚至与正确结论完全相反的结果,特别是研究摆锤的实验。及时引导学生反思就显得尤为重要。这里的体验活动的结构意义在于:①先请学生汇报关于摆锤重量是否影响摆的快慢的结果,学生根据测量数据,出现不一致的意见,大部分组的结果表明是"有关系"的。②组织学生反思:结果不同,大家认为问题出在哪里?③再请一组"错得最离谱"的学生现场演示,大家讨论找出其操作中不够精确的地方,并帮助改进直至实验成功的验证活动;④"告诉"学生"科学家在研究摆锤问题时除了要控制好相同的和不同的因素之外还是在真空状态下做这个实验的。"学生在这样有梯度的四个递进活动中,经历着对自己的研究过程进行重新梳理和回顾,体验着如何精确控制实验中的变量因素。通过这短短四十分钟的学习扩散到整个科学研究都要讲究严谨,只有做得精确才能有科学的发现。这个价值要远比让学生认识"摆的快慢和摆长、摆幅、摆锤的相互关系"大得多。

值得一提的是,材料选择是否讲究会影响本实验的质量。在摆的研究过程中,让学生们在探究实验中对几个变量实现精确控制还是具有相当的难度。如果实验材料稍微有一些小毛病,就会直接影响到研究结果的科学性。因此,实验材料要讲究。在对摆线的挑选上,我曾试过很多:绳子太粗,摩擦力和阻力过大;用纱线和棉线不经摆,易断;用尼龙线会伸缩,影响摆长……还用了涤纶线、钓鱼线、绣线等等都存在不足,好不容易找到了工业用缝纫线,各种因素影响最小。在摆锤的挑选上教材推荐用大小螺帽表示轻重两种不同重量的摆锤。课堂实践中发现当两根摆线长短一样时绑上大小两个螺帽后实际长度是大螺帽要比小螺帽长(大螺帽直径要比小螺帽长),这直接影响到了这两个摆在相同时间里摆动的快慢。后来,换成用原来"沉浮实验盒"中的小吊桶(大小高低都一样)在吊桶里装上塑料和金属两种不同重量的块就很好地解决了以上问题。

对材料的精心选择可谓细节吧。但,它很重要。

【反思】

这是一节典型的以控制变量实验为主要方法的科学课。在传统的自然课中,这个内容可谓经典。但是,在以往的课堂中,学生热闹的探究场面随处可见,学生的积极投入的状态也令人惊叹。但细细品味,不难发现,学生的探究总是浮于表面程序,显得思维不足,操作潦草又匆匆收场,无法体现科学本质的东西。很多学生在课的结束是一脸的沮丧,因为结果与原先的想法相差甚远,在课堂中又得不到合理的解释。而教师,往往又会把正确的答案告诉学生(如与摆锤无关等)。其实,学生不相信。

科学课与自然课的区别在哪里?区别在于科学课要体现科学的本质。科学,不仅是一个知识体系,更是一个不断探索的过程。只有"引导学生经历一个科学的过程",才能还科学本质以真面目。这种思想成了2004年全国小学科学教育研讨会的主题,也是当前小学科学课堂教学改革追求的一个方向,是所有实践于科学教育一线教师的共识。在以控制变量实验为主要方法的科学课中,只有做到实验的精确性,才能保证结论的科学性。那么,于细节中如何浸透实验的精确性,是决定教师是否引导学生经历"科学的过程"的重要因素。摆的研究将重点定位于对实验精确性的控制和把握,并倾力于教学实践,就是对这种教育理念的一种诠释和表达。

该课精巧的细节设计、独到的教学理念和师生之间民主的沟通交流,毋庸置疑已得到广泛认可。在浙江省2005年小学科学优质课评比中获一等奖第一名便是一个明证。我想:"课程改革的过程是一个不断对教育观念和实践形态进行批判性反思的过程。现阶段,我们需要追求变革的深刻性和精致程度。"对于小学科学课,只有在教学细节加以关注,才能使教学走向深刻,走向精致,真正使平时的课堂教学成为学生通往良好科学素养的聚沙成塔的沙,滴水穿石的水!

 

更新:2009/8/27 1:56:10 编辑:fengyefy
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