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1、 余杭区初中学科骨干高级研修班结业论文 探究实验中 探究实验中 变量的有效筛选 变量的有效筛选 姓 名： 宓能荣 导 师： 王洁 王建德 贺国标 学 科： 科 学 学 校： 五杭中学 答 辩： 2008 年 9 月 余杭 1【摘 要】 【摘 要】 当前的科学探究教学过程中，教师着重于传授科学的基本事实和基 础知识，把科学知识当作不变的真理来教学、背诵和考试，忽视学生在 探究过程中的感受，忽视科学知识的真正形成过程。这实际上是一种静 态知识观在教学上的反映。 对学生真正意义上的知识理解和接受十分利。 本文从当前作为具有评价与导向功能的历年中考试卷对科学探究内 容考查的侧重点出发，以三位骨干教师所
2、授的动能和势能课为例， 从探究的实施、变量的提出、学生的活动、课后检测效果等方面入手， 分析探究实验教学中变量的有效筛选在学生学习掌握科学知识上的重要 性，并提出科学探究实验中变量有效筛选应注意的几个关键点。 【关键词】 【关键词】 科学，探究实验，变量，有效筛选 21 选题的意义及价值 1 选题的意义及价值 当前在科学探索过程中教师着重于传授科学的基本事实和基础知识，把科学知识当作不变的真理来教学、背诵和考试，机械地对学生进行科学研究程序与方法的训练，忽视科学知识的真正形成过程。这实际上是一种静态知识观在教学上的反映。大量的研究和实践证明，单纯的科学知识（科学事实、科学概念和原理）是一种不完
3、美的知识，特别是科学学科，这种不完美性主要表现在知识是不断发展的，知识是暂时的，没有一劳永逸的知识。科学知识的这种不完美性告诉我们，比起科学知识来，科学精神和科学方法具有更高的价值。科学教学与其说是让学生掌握科学知识，不如说是通过知识的建构过程，让学生理解和掌握科学的探究过程与科学方法，从而全面提高学生的科学素养，这才是科学教学的基本价值所在。 因此，科学教育的的核心理念是通过学习使学生具有科学的世界观、科学的思维方法、科学探索精神和科学探究方法，以培养学生的探究能力和科学研究能力。惟其如此，学生才能真正理解和掌握知识，并把教材上的智慧转化为自己的智慧。 2 专题研究的预期目标 2 专题研究的
4、预期目标 21、分析当前作为具有评价与导向功能的中考试卷，在科学探究的七个要素中：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。考查侧重点在哪儿？ 22、通过课堂观察和课后检测，发现学生在科学探究中表现出来的主要困难在哪？ 23、针对学生在科学探究中暴露出来的问题找到解决问题的有效方法。 3 研究的过程及发现 3 研究的过程及发现 3.1 研究的过程 3.1.1 观察教师和学生 三位经验教师，从教都在十年以上，都是学科骨干教师。 城镇普通中学学生，基础大致相当，随机在平衡班抽几个班进行课堂教学及观察。 3.1.2 选择观察内容： 浙教版科学第五册第
5、三章第四节动能和势能中探究“动能的大小和哪些因素有关”？ 3.1.3 课后检测及分析 3.1.4 分析课堂实录和课后学生访谈实录 3.2 研究过程中发现 33.2.1 分析近五年来的中考试卷发现当前中考题情况体现出以 下理念： 中考对提出问题评估的要点 学生的科学态度，具体包括：能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现科学学有关的问题 中考对猜想与假设的考查要点 仍是学生的科学态度,具体包括：根据已有知识和经验对问题的成因提出猜想，对探究的方向和可能出现的实验结果进行猜测与假设。 中考对制定计划与设计实验评估的要点 学生的知识技能，具体包括：尝试选择科学探究方法及所需要的器材，尝试考虑影响
6、问题的主要因素，有控制变量的初步意识，明确探究的目的和已知条件，经历制定计划与设计实验的过程。 中考对实验与收集数据的评估要点 过程和方法, 具体包括：通过观察和实验收集数据，通过公共信息资源收集资料，尝试评估有关信息的科学性，会阅读简单仪器的说明书，能按书面说明操作，会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据。 中考对分析论证评估的要点 仍是过程与方法，具体包括：能初步描述实验数据或有关信息，能对收集的信息进行简单的比较，能进行简单的因果推理，经历从物理现象和实验数据中归纳科学规律的过程，尝试对探究结果进行描述和解释. 中考对评估的考查要点 学生的科学态度， 具体包括：有评估探究过程和探究结果
7、的意识，能注意假设与探究结果间的差异，能注意探究过程中未解决的矛盾，尝试改进探究方案，从评估中吸取经验教训的意识。 中考对交流与合作评估的要点 过程与方法和科学态度.具体包括：能定出简单的探究报告，有准确表述自己观点的意识，在合作中注意既坚持原则又尊重他人，能思考别人的意见，改进自己的探究方案，有团队精神。 分析以上考查内容，结合学生得分情况发现：制定计划与设计实验、收集数据、分析评估为历年考查的重点，学生的错误往往是由于控制变量不妥或筛选不出有效变量导致接下来的错误所发生。所以控制变量及变量的有效筛选为探究过程中的重中之重。 3.2.2 课后检测及分析 为了检测课堂教学中如何筛选有用变量更为
8、合理，我们分别对三节课后学生的4学习情况进行了检测 检测题如下： 如图 1 所示，是用来探究“动能大小跟哪些因素有关”的实验装置图。 （小球在光滑斜面上由静止开始下滑，到达底端的速度只与起点高度有关，起点越高，到达底端的速度就越大，运动小球撞击停在平面上的木块后，木块运动距离越长，说明小球具有动能越大） （1） 分析比较实验乙与实验丙， 实验中被控制的物理量是_。 （2）实验结果表明，物体动能与物体的 和 有关。 图 1 设计理念： 动能的概念为课程标准要求学生理解的内容，过程和方法目标中提出要求学生了解动能的大小与什么因素有关，并能解释简单的现象，为此遵循课程标准设计上重视学生的学习能力体现
9、。 数据处理： 见表一 教师 测试学生 第一空 正确率 第二空 正确率 第一位教师 47 8 1702% 28 5957% 第二位教师 45 5 1111% 32 7111% 第三位教师 41 7 1708% 30 7317% 表 1 主要错误表现： 第一位教师学生所填第一空错误中极大部分选质量：达 22 人占 46.81%，第二位教师学生所填第一空错误中极大部分是选高度：达 28 人占 62.22%，第三位教师学生所填第一空错误中极大部分选质量或高度：达 23 人占 56.10%。 课堂流程分析： 三位教师都采用了情景导入的方式来激发学生的求知兴趣，并且都较好地达到5了设计目的。学生都从情景
10、中提出了探究的主要问题。 三位教师都采用了启发式教学，引导学生不断质疑，力求知识的真正理解接受。 三位教师都采用了学生探究活动的组织形式，课堂上采用了合作学习的方式。 三位教师在课堂教学都让学生得到了知识点：动能的大小与质量和高度有关。 那么为什么在质量检测中特别是第一空会表现的如此不佳呢？ 错误原因分析 有效变量的筛选上 三位教师采用了三种不同的方式，第一位教师几乎没有分析直接告诉学生主要变量为质量和速度，第二位教师采用师生一起教师为主的方式筛选了有效变量，第三位教师采用学生为主的方式筛选取有效变量。 学生发散性思维的激发上 第一位教师几乎是在教师直接引导下鼓励学生提出猜测动能的大小和哪些因
11、素有关，第二教师鼓励学生大胆猜想，提出影响动能的大小与哪些因素有关，第三位教师在学生猜想前作了许多有效的提示，然后由学生提出猜想。三堂中发现学生都提出了许多影响动能大小的因素。 按理说，这样的课堂流程学生应该接受的很不错，但为什么课后检测第一空表现的如此不佳呢？ 三位教师的共同遗憾 影响动能大小因素的猜测都是在探究实验前，实验仪器出示后三位教师都让学生在平面上感知，结果误道了学生，推车的力越大，车的动能越大。其实此时已有许多学生在斜面上不同的高度让小车滑下来撞击木块，提出了动能和斜面高度有关的问题，这时如果让同学们一起来分析就不难会发现斜面高度问题其实就是一个速度问题，因为高度通过速度来体现，
12、这样学生理解起来肯定会好的多。可惜都被都师压制下去了，因为前面的猜测都是在教师的情景引导下进行的。而让学生结合真正实际来猜猜大家都没有做，所以课堂上氛围很好，很热烈，但真正领悟的不是很多。还有一点就是三位教师在实验中都没有设置对照组。 4 形成的结论及经验 4 形成的结论及经验 4.1 当前中考中探究考查的重点 制定计划、设计实验、收集数据、分析评估是历年中考的重点，学生的错误往往是由于控制变量不妥或筛选不出有效变量导致接下来的错误发生。所以控制变量及变量的有效筛选为探究过程中的重中之重。 4.2 任何一个探究实验都是探究实验变量和反应变量之间的因 果关系 6因此，按照实验目的，找出实验中要研
13、究的因素（指实验中由实验者控制的特定实验对象的因素） ，及相应的实验因素中的变量（指实验中由实验者控制的特定实验对象的因素的变量）是非常重要的，而学生在猜想和假设中提出了许多和探究内容无关的假设，导到真正的变量无法正确筛选取出。 4.3 进行对照实验是一种十分有效的手段 进行对照实验且对照实验只是一个条件不同，其他条件都相同（即控制变量） 。也就是我们所说的对照组的设置对学生在探究过程中理解知识起到一种衬托作用是十分必要的。 探究实验设计过程中，必须十分明确的告诉学生：对照组之间只有一个变量不同，其它的所有条件全部相同，否则实验无法进行，得不到正确结论。 4.4 在变量筛选上教师的启发式问题设
14、计应大大提高有效性 一个好的问题应该满足以下几个条件： 4.4.1 问题必须能引出与所学领域相关的概念原理 在设计问题时，首先要确定学生需要获得的基本概念和原理，由此出发设计要解决的问题。 4.4.2 问题应该是结构不良的、开放的、真实的。 4.4.3 问题应该是实际问题，是基于现实生活中的问题 从而能够与学生的个人经验与生活密切相关。 4.4.4 问题能鼓励学生作出可检验的预测 并随着问题解决的进行自然地给学生提供反馈，让他们有效地进行评价。 7附录：三位教师的课堂实录 附录：三位教师的课堂实录 课堂实录（已部分处理） 教师一 情景引入：大前天(4 月 19 日）上午 9：50，一辆轿车停在
15、萧山某一交叉路口，等待绿灯通 行。一辆水泥搅拌车从后面开上来，刹车不及，造成车祸!（4 月 21 日都市快报第六版） 师：请从能量的角度上分析,为什么水泥搅拌车刹不住? 生 1：势能。 生 2：动能。 师：那么，什么是动能？ 生：物体由于运动而具有的能量叫做动能。 师：一切运动的物体都有动能，接下来，哪位同学愿意跟老师一起来做个游戏？- 师：我把这张纸扔过来，你是否害怕？ 生：还好！ 师：如果我把这本书扔过来，你是否会害怕？ 生：很害怕！ 师：为什么我把这本书扔过来，你会害怕呢？同样的速度，你为什么会害怕书呢？ 生：书的动能大。 师：为什么动能大？ 生 1：质量大。 师：物体动能的大小还与其它
16、什么因素有关？ 生 2：速度。 生 3：外形。 生 4：摩擦力。 生 5：体积。 今天我们要学习动能到底跟什么有关系 我们研究的对象是小车，给你的仪器有小车，斜面，木块，还有钩码，这四个仪器是研究动 能的仪器，我们研究的问题是小车的动能，你把小车拿出来，用手轻轻地拨动，对动能感受一下 生:学生拨动小车 师：你觉得小车的动能可能与什么因素有关 生 1:与木块斜的高度有关生:与木块斜的高度有关 师:你弄错了，没有叫你到斜面上去，叫你在桌子上，请坐 生 2:力 生 3:越快 生 4:速率大 生 5:看不出来 师:我们一起来分析一下。 师：大家认为那些因素与动能大小有关？ 生：我认为摩擦力是的。因为水流时就是靠摩擦力来运动的。 师：研究的对象是小车，小车的动能的大小如何体现出来？把木块推的越远，动能越大。斜 面的作用是什么？
