科学探究:说你爱你是不容易的_凸透镜论文

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按照我国的《汉语大辞典》的解释,探究指的是“探索研究”。美国学者韦尔奇认为,探究是人类寻求信息和理解的一般过程。彼得森认为:“科学探究是一种系统的调查研究活动,其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。”而初中科学课程标准明确规定,科学探究既是科学课程的内容,又是科学教与学的重要方式之一。

新课程实施以来,广大教师积极尝试,探索科学探究的教学模式,并取得了许多宝贵的经验。但笔者在一些教研观摩课中发现,不少教师在新课程教学中没有领会科学探究的精神和实质,在探究过程中存在诸多误区,偏离了科学探究的方向,现举例如下:

误区一:教师直接出示探究课题,学生的探究形同虚设。

由于科学课中学生要探究的问题,教师都已经知道答案,因此教师设计的方案容易使探究走样,从而使学生的探究形同虚设。

案例1 探究杠杆的平衡条件

上课时,教师首先复习上堂课的内容,给出一个杠杆实例,要求学生分析杠杆的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂。然后指出在许多情况下,我们要研究杠杆的平衡问题,所谓杠杆的平衡是指杠杆处于静止状态或匀速转动的状态。那么,杠杆的平衡要满足怎样的条件呢?现在我们通过实验来探究这个问题。

师:(出示如上图的装置,并摆动横杆),这是一杠杆,我在左边挂两个钩码,右边挂一个钩码,现在处于平衡状态。我们设定左边悬绳对杆的拉力为动力,右边悬绳对杆的拉力为阻力,动力和阻力就等于钩码受到的重力。在杠杆水平时,左边悬挂点与支点的距离就是动力臂,右边悬挂点与支点的距离就是阻力臂。现在请同学们完成任务活动单。

我们的探究课似乎就是这样的了。但是如果此时有学生问:老师,你怎么会想到测力和力臂呢?老师,你怎么会想到比较力和力臂的乘积呢?这时老师该如何回答,也就是当我们在不知道“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的时候,我们还会这么设计实验吗?

【对策】

教师要遵循认识的规律和科学发现的逻辑,从初学者的角度来设计探究方案。

案例2 探究杠杆平衡条件的改进

上课时,教师首先复习上堂课的内容,给出一个杠杆实例,要求学生分析杠杆的支点、动力、动力臂、阻力、阻力臂。然后指出在许多情况下,我们要研究杠杆的平衡问题,所谓杠杆的平衡是指杠杆处于静止状态或匀速转动的状态。那么,杠杆的平衡要满足怎样的条件呢?现在我们通过实验来探究这个问题。

师:(出示如下图的装置,并摆动横杆),这是一个杠杆,在左边挂两个钩码,右边挂一个钩码,现在处于平衡状态。我们设定左边悬绳对杆的拉力为动力,右边悬绳对杆的拉力为阻力,动力和阻力就等于钩码受到的重力。在杠杆水平时,左边悬挂点与支点的距离就是动力臂,右边悬挂点与支点的距离就是阻力臂。现在在左边的钩码下再挂一个钩码,杠杆将失去平衡,怎样才能使这个杠杆重新获得平衡呢?

生1:将左边的钩码向右移。

生2:将右边的钩码向右移。

生3:在右边的钩码下方再挂一点东西。

师:刚才同学们所说的各种方法,用杠杆的术语来表述就是一个原来平衡的杠杆,当改变一个力的大小而失去平衡后,可以通过改变力臂和另一个力的大小,而重新获得平衡。可见,杠杆的平衡是由哪些因素决定的?

生1:是由力和力臂共同决定的。

生2:是由动力、动力臂、阻力、阻力臂共同决定的。

师:那么,动力、动力臂、阻力、阻力臂这四个量满足什么关系时,杠杆才能保持平衡呢?现在请同学们完成任务活动单。

上述教学中利用一个演示实验,故意破坏杠杆的平衡,让学生寻找使杠杆重新获得平衡的不同方法,从而使学生认识到,杠杆的平衡是由动力、动力臂、阻力、阻力臂共同决定的,这样,就很自然的将学生引向对这四个量的测量上来。这样的探究活动更符合学生的认知规律。

误区二:把假说过早的当成结论强加给学生,缺乏过程探究。

假说是人类的一种基本思维方式,也是探究式教学中一个富有魅力的要素,但我们在科学探究中,往往跳过科学假说这一环节,过早的把科学假说当做科学结论强加给学生,失去了如何将一个科学假说转化为科学结论的过程,而偏离了科学探究的方向。

案例3 教学凸透镜的焦点和焦距

如在教学凸透镜的焦点和焦距时,教师将双凸透镜放在激光演示仪上,使学生看到平行光线通过凸透镜后会聚于一点的现象(如下图)。

师:我们把这一点就叫做焦点,用F表示。焦点与透镜的距离叫焦距,用f表示。凸透镜有几个焦点?它们与透镜的距离是否相等?试以不同形状的凸透镜展开讨论。

学生讨论。

生1:双凸透镜是轴对称的,因此肯定有两个焦点,而且两个焦距是相等的。

生2:平凸透镜和凹凸透镜应该也有两个焦点,因为它们和双凸透镜都是凸透镜。

生3:我觉得平凸透镜和凹凸透镜的两个焦距可能是不相等的。

师:同学们说的都不错。是的,平凸透镜和凹凸透镜和双凸透镜都是凸透镜,因此它们都有两个焦点,而且两个焦距也是相等的。

上述案例可以看出,学生对于平凸透镜和凹凸透镜的焦点和焦距还只是猜测,还处于假说状态,但老师却过早的把它当成结论强加给学生了。

【对策】

重视过程探究,使学生自主建构知识。

当学生对平凸透镜和凹凸透镜的焦点和焦距难以肯定时,教师可采用以下探究方法。

师:同学们不妨猜测一下。

生1:我认为平凸透镜和凹凸透镜应当也有两个焦点,但两个焦距可能不相等。

生2:我认为平凸透镜和凹凸透镜应当也有两个焦点,而且两个焦距应当是相等的。

师:你们为什么都认为平凸透镜和凹凸透镜有两个焦点呢?

生:因为都是凸透镜,应当都一样。

师:看来你们还拿不出充分的证据,这只是一种猜测,怎样用演示仪检验你的猜测呢?同桌同学可以进行讨论。

学生提出不同方法:先定出焦点的位置,再将透镜转180°,看焦点是否在同一位置;先量出焦距,再将透镜转180°,量出另一个焦距。

教师演示,结果发现不论哪一种凸透镜,都具有两个焦点,并且两个焦距相等。

通过改进上述教学案例,我们可以发现,教师要设身处地的站在学生的角度来进行思考,按照学生的认知规律,把凸透镜焦点的教学设计成一个“提出问题—建立假说—设计实验检验假说—得出结论”的科学探究过程。这样的教学设计,充分体现了科学探究的过程,使学生的科学思维得到训练,使学生在探究的过程中自主的建构科学概念。

误区三:认为科学探究=动手做实验,科学探究的方式和途径单一。

科学的学科特征决定了科学实验是科学探究的主要途径和方法,于是就有教师认为,科学探究就是动手做实验,一节课如果没有实验,就认为不是科学探究。

【对策】

但科学实验并不是探究活动的唯一方式。探究活动采用什么方式应根据探究目的、问题情境、教学资源和学生的知识水平来决定。科学探究不但有实验探究,也有理论探究。

案例4 探究并联电路总电阻的计算公式

师:我们在前面的学习已经知道,当两个电阻串联时,总电阻。由此式可知,两个电阻串联后,总电阻比任何一个分电阻都要大。那么,当两个电阻并联时,总电阻跟各个分电阻的大小关系如何,是总电阻大,还是两个分电阻大?

在教师的引导下,学生通过相互讨论,自己建立假说。

生1:两个电阻并联后,总电阻R可能小于每一个分电阻。因为两个导体并联,相当于导体的横截面积变大。而导体的横截面积越大,电阻越小。

生2:两个电阻并联后总电阻会减小。因为家里的用电器都是并联的,用两个用电器时,电表走的快些,这表明两个用电器并联后,电路的总电流变大了。因为电路的总电压不变,电流变大表明电路的总电阻变小了。

师:同学们的猜测都有一定的道理,但我们需要更为充足的理由,更为可靠的依据,同时希望得到更为精确的结论。如果我们能推导出并联电路中总电阻与两个分电阻的关系式,这个问题也就迎刃而解了。

教师对学生的推导进行引导:

(1)师:我们已知什么?

生:已知并联。

(2)师:对于并联电路,我们还知道些什么?

生:并联电路中,各支路电压相等,都等于电源电压。

(3)师:现在请同学们尝试画出一个并联电路图,在电路图上标出已知量和未知量。根据你的这些量,推导出的关系。

学生推导,教师巡视并指导。

同理可得,在上述学生的学习过程中,虽然没有实验设计和实验检验等环节,但学生同样经历了提出问题、建立假说、检验假说、得出结论的过程,在学习过程中,学生始终处于自主探究和积极思维之中。由此可见,探究式教学并不一定要动手做实验,理论探究也是一种十分重要的探究活动。

误区四:只追求探究性学习,而忽视了接受性学习。

由于探究性学习能使学生主动获取知识,体验科学过程与方法,有助于形成一定的科学探究能力,所以基于直接经验的探究性学习具有其他学习方式无法替代的优越性。于是就有一部分教师在教学中片面追求探究学习,放弃接受性学习,甚至将它们完全对立起来。无论教学内容是否适合,也都生硬地设计成科学探究,致使探究性学习走向极端,严重地挫伤了学生学习的积极性。

【对策】

探究性学习只是学习方式中的一种,而非唯一的学习方式。事实上,接受性学习在积累间接经验、传递系统的科学知识方面,具有其他学习方式无法比拟的效率。探究性学习和接受性学习具有各自的优点和缺点,在学习活动中,只有将两者有机地结合起来才能相得益彰。

如在元素周期表的教学中,在学生对1~18号元素进行排列活动时,以探究式学习为主,在讲述书本的周期表与学生排列的周期表的差异,以及比较学生的探究与门捷列夫的探究的差异时,以接受式的学习为主。

所以,在科学教学中要将接受和探究两种看似对立的学习方式加以整合,既要学习的质,又要学习的量。就像一个人的两条腿,只有两条腿都健壮,才能走得稳,跑得快。

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