摘 要:通過對2019年廣東省物理中考第21題和2017年廣東省物理中考第17題的得分情況進行剖析,發(fā)現(xiàn)從答題情況暴露了實驗評估是實驗教學(xué)中的薄弱一環(huán),并針對這一情況,結(jié)合實例分別從實驗方案、實驗數(shù)據(jù)、實驗誤差、實驗結(jié)論等方面闡述了如何進行實驗評估,并通過實驗評估加強學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生的實事求是的嚴謹科學(xué)態(tài)度.
關(guān)鍵詞:評估;實驗;批判性思維
作者簡介:蔡會枝(1978-),女, 廣東揭陽人,本科,中學(xué)一級教師,研究方向:中學(xué)物理教學(xué).
仔細研究近幾年的廣東省物理中考試題,發(fā)現(xiàn)關(guān)于實驗評估的考查頻頻出現(xiàn),比如2019年第21題第(2)小題,2017年中考第17題第(3)小題和第18題第(6)問.具體題目如下:
(2019廣東 T21(1))小明在用蠟燭作為光源完成“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實驗后,發(fā)現(xiàn)蠟燭火焰飄忽不定,像與物對比難判定等問題,小明和老師、同學(xué)一起對實驗裝置進行了一系列創(chuàng)新,創(chuàng)新點如圖1所示:光具座上凸透鏡所在位置為零刻度,數(shù)值向左、向右依次增大;在標(biāo)有均勻格子的面板上制作字母“A”狀LED燈替代蠟燭;光屏上標(biāo)有同樣的均勻格子.
(1)請分析創(chuàng)新后實驗裝置的優(yōu)點:
①可以直接讀出物距以及______:
②光屏上成像更清晰______;
③從光屏上可以準確得出像與物的______關(guān)系.
(2017廣東 T17(3))如圖2所示,小李用點燃的蠟燭、凸透鏡和光屏進行“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗,凸透鏡的焦距為12cm.
(3)請你指出用燭焰作為發(fā)光物體完成“探究凸透鏡成像規(guī)律”實驗存在的兩點不足之處:
①;_____________
②._____________
這兩道題目都是屬于評估層面,前一題由于有提示,且是封閉性的問法,所以得分較高,可后一道題,卻失分嚴重,2分的題目,得分率是40%,很多人是留空不答.這道題目的低得分率,充分暴露了實驗教學(xué)中評估是薄弱一環(huán).而在中考中,關(guān)于實驗評估方面的考查頻現(xiàn),讓我們在實驗教學(xué)中不得不加強實驗評估環(huán)節(jié)的教學(xué)力度.
如何加強呢?根據(jù)個人的教學(xué)經(jīng)驗,我認為實驗評估大致可以從實驗方案、實驗器材、實驗結(jié)論、實驗數(shù)據(jù)、實驗誤差、實驗方法等幾個方面進行考慮.
1 評估實驗方案
如《測量電阻》一課中,學(xué)生思考并設(shè)計實驗電路圖時,出現(xiàn)了兩種情況(如圖3).
大部分的學(xué)生設(shè)計的是圖甲,少部分的學(xué)生設(shè)計的是圖乙.教師可以把這兩種情況投影在屏幕上,請同學(xué)們各自說出設(shè)計的理由,并評估兩種方案的優(yōu)劣.提供時間和空間,讓學(xué)生經(jīng)歷交流、評估的過程,并在此過程中發(fā)現(xiàn)新的問題,嘗試改進探究方案,從而使學(xué)生在這些具體的評估活動中獲得體驗,增長知識,發(fā)展了學(xué)生的批判性思維,形成對評估的正確認識.
2 評估實驗器材
(1)在《探究凸透鏡成像規(guī)律》實驗中,用蠟燭做完實驗后,教師再拿出一個F型的發(fā)光二極管,重新做一次在二倍焦距和一倍焦距之間成像的實驗,讓學(xué)生觀察成像的情況,然后評估蠟燭和F型發(fā)光二極管各自作為發(fā)光體,在探究凸透鏡成像實驗中的優(yōu)劣.通過對比,學(xué)生很容易就能評估出使用F型發(fā)光二極管作為發(fā)光體具有蠟燭所不具備的優(yōu)點:成像穩(wěn)定,能同時探究物像上下、左右顛倒的成像特點.同樣在《探究平面鏡成像規(guī)律》實驗中可以用蠟燭做實驗,然后用一個左邊貼了紅紙的塑料小人做實驗,讓學(xué)生同樣評估這兩種器材的利弊.學(xué)生可以很清楚的評估出用貼了紅紙的塑料小人做實驗,能更好的研究平面鏡成像物像左右顛倒的情況.
通過評估,學(xué)生對于使用不同的器材的優(yōu)缺點一目了然,加深了對實驗的了解.
(2)又或者在《探究影響電阻的因素》實驗中 (如圖4).
有甲、乙兩位同學(xué)分別對小華的電路作了如下的改進:
甲把燈泡更換為電流表;乙在原電路中串聯(lián)接入電流表.
你認為誰的改進更好一些,為什么?
通過對實驗器材的評估,學(xué)生對不同實驗儀器的使用規(guī)則有了更深刻的了解.
3 評估實驗方法
在實驗設(shè)計中會用到許多科學(xué)方法,其中控制變量法是經(jīng)常用到的方法,學(xué)生在設(shè)計實驗時經(jīng)常會顧此失彼,這是評估改進的一個重要內(nèi)容.如在“探究滑動摩擦力影響因素”實驗中為了探究“接觸面積的大小對滑動摩擦力的影響”,某同學(xué)將木塊沿豎直方向截去一半后,用彈簧測力計拉著另一半做如圖5乙所示的實驗,測得木塊所受的滑動摩擦力變?yōu)樵瓉淼囊话?他由此得出:“滑動摩擦力的大小隨接觸面積的減小而減小”.你認為他的探究過程正確嗎?不正確你做出這種評價的理由是?
同樣在“探究電阻的影響因素”“探究電磁鐵磁性強弱的影響因素”“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”“探究浮力大小的影響因素”“探究動能大小影響因素”“探究壓力的作用效果影響因素”等等實驗中,都可以進行關(guān)于關(guān)于控制變量法的運用的評估.通過評估,可以讓學(xué)生對于控制變量法在實驗探究中的作用有更深刻的理解.
4 評估實驗操作
比如在“測量液體密度實驗”中,甲組同學(xué)按下圖6中A→B→C的順序測量,乙組同學(xué)按A→C→B的順序測量,丙組同學(xué)按B→A→C的順序測量,你認為這三種不同的測量步驟,對測量結(jié)果有什么影響?哪種測量步驟更合理?
又如在“探究摩擦力影響因素”實驗過程中,采用如圖7甲所示的實驗裝置測量木塊與長木板之間的摩擦力時,發(fā)現(xiàn)彈簧測力計示數(shù)不穩(wěn)定,很難讀數(shù),為解決上述問題,對實驗裝置進行了改進,用圖7乙所示的裝置進行實驗,你認為方案乙有什么優(yōu)點?
5 評估實驗數(shù)據(jù)或處理方法
(1)評估實驗數(shù)據(jù)
在《探究并聯(lián)電路的電流規(guī)律》實驗中,教師拿出其中一組同學(xué)的數(shù)據(jù)(見表1),讓同學(xué)們通過該組數(shù)據(jù)評估這組學(xué)生在實驗中可能存在的不足之處.
經(jīng)過思考,學(xué)生很容易評估出不足之處有二:
①使用了相同規(guī)格的燈泡,
②只有一組數(shù)據(jù),沒有多次測量,會導(dǎo)致結(jié)論存在偶然性,不具普遍性.
通過評估,讓學(xué)生明白用科學(xué)探究的方法構(gòu)建知識體系,必須采用由特殊到一般的思維推理方法,所以在設(shè)計實驗時,所選的器材必須具有一般的代表性,才能得到具有普遍性的結(jié)論.而且通過科學(xué)探究得到一個普遍的規(guī)律,必須是多次實驗,必須是普遍存在的數(shù)據(jù),而不能是一次實驗結(jié)論,從而對多次測量的必要性有了更深一層的理解.
(2)評估數(shù)據(jù)處理方法
在《測小燈泡電功率》的實驗中分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論后,然后拿出其中一組同學(xué)的數(shù)據(jù)見表2,教師提出問題:有同學(xué)根據(jù)數(shù)據(jù)求出每次的功率后,然后將三次的功率求和取平均值,并把這個平均值作為小燈泡的額定功率.你們認為這種做法是否正確?為什么?讓學(xué)生對此做法進行評估分析.
通過評估,幫助學(xué)生加深了對實際功率和額定功率的理解.
又或者在《測小燈泡電阻》的實驗中分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論后,有學(xué)生將每次測出的電阻求平均值,請學(xué)生評估這種數(shù)據(jù)處理方法是否適當(dāng)?shù)鹊?通過評估,學(xué)生對于“溫度影響燈絲電阻”這一規(guī)律會有更深刻的理解.
6 評估實驗誤差
在《密度的測量》一課中,在完成的“測量鹽水密度”實驗后,教師適時提出:剛才老師在巡視的時候發(fā)現(xiàn)有同學(xué)按照圖9乙甲丙的順序來測的鹽水密度,這種測法準確嗎?所測鹽水密度偏大還是偏小?為什么?讓學(xué)生就實驗誤差進行評估.如何改進?
由于測量鹽水質(zhì)量以后再測量體積,燒杯中有液體殘留,造成測量體積偏小,根據(jù)ρ液=(m1- m2)/V可知,所測質(zhì)量是準確的,但體積偏小,因此密度偏大.
通過評估,學(xué)生能更加深刻地理解密度的計算公式,掌握誤差產(chǎn)生原因的分析方法.
7 評估實驗結(jié)論
在《測量小燈泡的電阻》實驗中,有的學(xué)生計算出三次數(shù)據(jù)下的電阻后,發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻值都不同,然后就根據(jù)計算結(jié)果,得出小燈泡電阻隨電壓增大而增大的結(jié)論.這種情況下教師就可以適時的將這個結(jié)論拋出來,讓同學(xué)們評估.有學(xué)生會說:“按照電壓越大,電阻越大,那電壓為0,電阻不是也為0了嗎?可是電阻不為0呀?”教師提示:“既然是研究電阻的大小,那是不是應(yīng)該從影響電阻的因素來考慮?”.學(xué)生恍然,學(xué)生1:“導(dǎo)體長度會影響電阻大小”,學(xué)生2:“還有材料”,學(xué)生3:“還有橫截面積,溫度.”教師繼續(xù)發(fā)問:“那你們認為哪個因素在這里起了作用呢?可以討論交流一下.”經(jīng)過思考討論后,教師仍然讓得出電阻隨電壓增大而增大結(jié)論的那個小組代表發(fā)言.小組代表:“在實驗過程中,燈絲的材料,長度,橫截面積都沒有辦法改變,所以唯一能發(fā)生改變的就是溫度了,我們發(fā)現(xiàn)電壓越大的時候,燈泡摸上去會很熱,說明溫度改變了,所以表面上看是電壓改變了電阻,其實是溫度改變了電阻.所以我們認為結(jié)論應(yīng)該是溫度越高,燈絲電阻越大.”
此時教師適時地再拋出一個問題:在“探究電流與電壓的關(guān)系實驗”中,我們用了圖10,可不可以將R改為小燈泡?為什么?學(xué)生已經(jīng)知道燈絲電阻會隨溫度變化,經(jīng)過思考,很快就可以評估出不能用燈泡代替電阻R,因為在探究電流與電壓的關(guān)系實驗中,要控制電阻不變,而燈絲電阻在實驗中會發(fā)生改變,故不能替代.
兩次評估,讓學(xué)生注意到探究結(jié)果與假設(shè)之間的差異,順利糾正了錯誤的前概念,培養(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度,并讓學(xué)生充分經(jīng)歷了“溫故知新”的過程,順利產(chǎn)生知識的遷移,學(xué)以致用.
當(dāng)然,除了以上幾種,還有關(guān)于實驗器材量程是否合適的評估,實驗方案是否具有實操性的評估,實驗操作是否具備安全性的評估等等,囿于篇幅,在此不再一一贅述,本文旨在拋磚引玉,呼吁一線教師在實驗教學(xué)中能盡可能地留些時間給學(xué)生進行實驗評估,讓學(xué)生學(xué)會評估、學(xué)會改進,在評估中改進、在改進中創(chuàng)新,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實事求是的嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度.
參考文獻:
[1]左清平.“實驗設(shè)計”的評估、改進和優(yōu)化[J].物理教學(xué)探討, 2006(23):56-57.
[2]張暉.初中生物理實驗探究能力評價體系的初步建構(gòu)[D].長春:東北師范大學(xué),2017.
不必勻速拉動木塊且測力計示數(shù)
(收稿日期:2019-08-02)