科学探究的七个要素是: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。在初中物理的教学中,绝大多数的实验探究教学活动只包含其中的部分要素,并非一定要按照七个要素按部就班地进行教学。教师在具体的实施过程中可以灵活运用,各个要素相互渗透、相互调换。在实际的教学中,只要是以问题为中心,使得学生经历必要的环节(如“实验设计”和“实验操作”等),又能体现学生的自主性和探究教学本质的教学都是实验探究教学。
下面通过对科学实验探究的七个要素进行整合,分别探讨实验探究教学在各个阶段的教学策略。
一、引导学生提出问题的教学策略
提出问题往往比解决一个问题更为重要,而发现问题又是提出问题的前提。教师在这一环节的主要任务就是利用各种手段创设情境,调动学生的积极性,通过观察思考促使学生发现问题,进而提出有价值的问题。在初中物理实验探究教学中,使学生养成善于捕捉新现象,把新的现象和自己已有的认知相联系,引导学生尽可能从不同角度提出有价值的问题,增强发现问题和提出问题的能力。
(一)激发兴趣的教学策略
兴趣是学生积极探究某个问题的心理倾向。兴趣可以引起学生的求知欲,兴趣是最好的教师,是学生学习物理的一种内在动力,它可以使学生获得不随意注意,也可以引起学生随意注意的发展。兴趣引导人们从动机走向目标。“一切有成效的工作必须以某种兴趣为先决条件”,学习兴趣在学生的学习活动中起着动力和定向的作用,浓厚的兴趣会激起学生强大的学习动力,调动学习积极性,使得学生主动参与到学习中来。因此,教师应该创设可以激起学生兴趣的情境,使学生增强学好物理的兴趣,使学生的心理处于兴奋状态,并在学习的过程中逐步加以强化。
激发学生的学习兴趣可以通过以下三种方法。
第一,利用多媒体演示实验创设情境激发兴趣。充分而有效地利用音、影、声、像等多媒体资源来创设问题情境,是初中物理实验探究教学中常用的方法,具有极大的应用前景。多媒体资源在物理实验探究教学中可以起到非常独特的作用,它们可以突破时空的限制,能在教学中激发学生的兴趣。例如,在“探究物体物质状态的变化对其质量的影响”时,在课堂内呈现冰融化成水而天平始终平衡的实验现象时,教师可以用录像机录下事先做的实验现象,在课堂上呈现部分截取的录像视频。这样既可以节省时间,又可以吸引学生们的注意力,而若在课堂上现场呈现,由于现象缓慢而导致浪费大量的时间,容易使学生失去耐心和兴趣。
第二,联系实际生活激发兴趣。著名教育家陶行知提倡“生活即教育”,他认为最好的教育就是“从生活中学习”。在日常生活中,有大量学生感兴趣的物理问题是从生活中获取的经验,学生的感受较深。根据学生的这种心理特点,教师在教学中要注重渗透“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,恰到好处地利用学生的日常生活经验来创设发现问题情境,这样可以大大激发学生的问题意识。例如,在学习“运动和静止的相对性”及“惯性”之前,要求学生在乘坐火车或汽车时观察并排车的运动情况,体验由于运动的相对性而带来的神奇现象;在开车、刹车和车拐弯时体验由于惯性使人体出现的各种现象。在教学时,请学生谈谈自己乘车时的体会与经验,并提出相关问题。由于学生们大多都有这方面的体验,一个个争先恐后地发言,大家情绪高涨,提出了许多问题,有关知识在轻松的氛围中理解了,课堂教学效果很好,学生的问题意识也得到了提高。
第三,利用趣味实验激发兴趣。初中生还处于未成熟的阶段,他们容易被一些有趣的实验现象所吸引,教师正可以抓住这一特点,充分利用学生对趣味性的实验感兴趣而紧紧抓住学生的注意力,这样的情境创设是非常成功的。例如,在“光的反射”新课导入部分,设计魔术趣味实验:“水火相容”——水浇不灭的蜡烛。方法:在讲台上放一个自制的上部敞口魔术箱,魔术箱的门正对着学生,箱内竖直立放一薄玻璃板,将一烧杯放在玻璃板的后面,出示两支一模一样的蜡烛,一支放在玻璃板前,一支放在玻璃板后的烧杯里,分别将它们点燃(其实后面一支蜡烛并未点燃),学生透过玻璃板看到后面有支点燃的蜡烛在烧杯中燃烧,教师慢慢将另一烧杯中的水向玻璃板后面的蜡烛浇,直至玻璃板后烧杯中的水淹没蜡烛的火焰,蜡烛依然在燃烧,这样神奇的画面使学生探究平面镜成像特点的欲望无比的高涨。
(二)激起需求的教学策略
教学包括教师教和学生学,那么探究教学也就包括学生的探究学习。探究学习是学生在内在的动机驱动下进行学习的,因此学生必须发掘某项内容的有用性,进而产生探究学习该内容的动机,即对某项内容的学习产生内在动机。这种情况下,学生的需求心被激发起来,让学生产生一种“有目的但不知如何达到”的心理困境,产生一种急于探究的心理,引起学生积极的探索和思考。
第一,产生认知冲突,激起需求策略。学生在学习一个知识之前,在头脑中对这方面的知识大多数情况下并非是一片空白,任随教师去填写,而是早已有了一些自己的认识,我们将这些认识称为前概念。当然,学生的前概念有的是正确的,也有的是错误的。如果是正确的,那么教师很轻松的可以在此基础上继续帮助学生完成知识的建构。而那些似是而非的前概念常常给建立和巩固正确的概念造成了许许多多的困难。但如果教师可以在教学设计时巧妙地利用学生在大脑中的错误而又司空见惯的前概念,在学生面前展现一幅与错误前概念截然不同的实验现象,这些新的实验现象与学生头脑中原有的概念发生冲突和矛盾,将会引起学生们的惊奇,促使学生积极主动地思考,一个个千奇百怪的“为什么”便会从学生们的脑海里涌出来,从而产生浓厚的学习兴趣。学生发生认知冲突便会导致探究问题的产生,因此教师在教学过程中可以适时适当地创设认知冲突,这样既可以激发学生的学习兴趣,又可以暴露学生错误的前概念。例如,在讲“沸腾和蒸发”时,水沸腾后,把烧瓶从酒精灯火焰上取走,迅速塞上瓶塞,将烧瓶倒置固定在铁架台上。教师:“停止沸腾的水,浇上冷水后会怎样?”学生:“温度下降。”可是,大家观察到的现象却是水又重新沸腾了。这现象与学生日常生活经验相悖,学生用原有的知识经验已经无法解释,由此引发的认知冲突,使学生具有强烈的求知欲和饱满的激情,迫切希望寻求答案,这时候引导学生从物态变化的角度分析“液面上气压减小的原因”,再介绍“液体沸点与液面上的气压关系”,学生不仅很容易理解这个知识点,也能解释“用高压锅煮食物熟得更快”的原理。
第二,设计对比实验,产生激发需求策略。教师可以创设几组对比性的实验现象或事例,让学生发现问题,提出问题,进而引导学生设计出解决这个问题的方案。设计对比性的实验往往是十分有效的创设情境的策略。例如,在探究影响浮力大小的因素时,可以设计这样两组实验:将鸡蛋放入清水中,再向里加盐,直至鸡蛋漂浮到水面上;用弹簧秤挂住石块缓慢地放入水中,让学生仔细地观察弹簧秤的示数。学生们很容易会思考为什么鸡蛋在清水中下沉,加盐后会上浮?为什么弹簧秤示数减小了?是不是鸡蛋和石头所受到的浮力大小改变了?那么,物体所受到的浮力大小到底与哪些因素有关呢?学生会自然地提出一系列问题。
第三,创设具有悬念的问题情景,激发需求策略。教师用新颖的方式来设计一些让学生惊奇而又不能立刻就能知道原因的物理情景,让学生在心理上产生一个悬念,引起学生对物理的兴趣,激发起学生探究的欲望。例如,在体验大气压强的存在时,用一张薄薄的纸片盖在杯口上,再按住纸片把水杯倒过来。问:当把手移开后,会产生什么现象?学生异口同声说:“水会流出来。”可松手后纸片却稳稳地托住杯里的水,且将杯口朝向不同的方向,纸片都不脱落,杯中的水滴水不漏。学生惊讶不已。为什么纸片受到水向下的压力不会下落,仍保持静止?疑问由此而生,这些实验生动地告诉学生:大气存在压强。
二、引导猜想与假设的教学策略
猜想与假设是学生根据已有的知识和经验,对所探究的问题进行猜测性的解释。一般情况下,是根据不充分的事实或不严格的推理而做出的猜想。猜想与假设是在进行实验之前对所要探究的问题进行的一项预见性活动,对接下来的实验起着导向性的作用,它可以帮助学生明确所要探究的内容和方向,引导探究活动沿着预定的目标走下去,避免了探究的盲目性。而学生在这一环节常常会出现不敢猜、不会猜,或者是乱猜的现象。这时候,教师首先要放开学生,尽可能地让学生独立地进行猜想与假设,教师不能剥夺学生进行猜想与假设的权利而直接给出正确的猜想和假设。其次,教师要鼓励学生、肯定学生,千万不能轻易地否定一个学生的猜想。最后,教师也要精心地设计一些问题或情境来引导学生朝着目标进行猜想与假设,但是不可以代替学生猜想和假设。
(一)促进学生主体参与的教学策略
在实验探究教学中,学生是课堂的主体,教师应当尽量使用各种方法使得学生这一主体参与到猜想与假设这一环节中。
只有学生自己独立地进行猜想和假设,才能够充分体现探究过程中学生的主体地位。假设可能是错误的,但是在探究的过程中可以逐步养成正确的科学研究方法和态度。这样将来即使在没有教师指导的情况下,学生也可以独立地进行研究。猜想与假设在探究的过程中是一个非常重要的环节。如何才能让学生自己独立地进行猜想和假设是关键所在,要做到让学生自己独立地进行猜想和假设,就需要教师放开学生。
第一,对于较为简单的问题,可以让学生举手回答,以保持课堂秩序井然有条。这样,学生会独立自主的思考问题,在举手回答问题时,虽然不是所有学生都单独回答了问题,全班同学也都认真听,虽然形式上不是每个学生都参与了,但实质上也使得主体都参与了。
第二,对于较难的问题,有些学生暂时在短时间内想不出来,不少同学就会产生害怕心理,为了防止一些学生因为害怕等缘故没有积极独立地进行猜想与假设,在教师提出一个问题后,可以组织学生分组进行讨论和交流,可以是组内讨论,也可以是组间交流。经过这一轮讨论和交流,学生们会整合出更有价值的观点。而且,通过这样学生间平等的交流与讨论,一些因为害怕出错而不敢表达的学生也可以避免单独回答问题的处境,便可以没有顾忌的畅所欲言,这样也使得课堂气氛宽松了很多。而且在猜想与假设这个环节中,不同的学生肯定会有不同的观点,因此,促进学生不同观点之间的交流是非常有必要的,学生可以在交流的过程中得到更多对自己有用的信息,取长补短,进而完善自己的观点。教师也可以走到台下参与各组学生的讨论交流,教师应该充当学习者的身份参与或引导学生进行猜想和假设,而不能代替学生猜想和假设。教师可以将学生的猜想罗列在黑板上,防止猜想遗漏。总之,学生在这一环节只有进行自由交流,才可以促进学生独立积极地猜想与假设,进而实现学生真正的主体参与。
(二)“头脑风暴”法
“头脑风暴”法是由现代创造学奠基人美国奥斯本提出的一种创造能力的集体训练法,目的是让全体成员中的每一位成员都毫无顾忌地发表自己的观点,不怕被讽刺、批评。在这种情况下,每个学生都可以提出大量的新观点、新思路,是训练学生发散思维的有效方法。这就需要教师建立一个自由民主的课堂气氛,让每一位学生大胆自由地发表自己的观点。不论观点是否有价值,只要求数量上的多少,在大量的猜想和假设下,有价值的猜想和假设数量也就越多。教师要引导学生认真对待每一个猜想和假设,取长补短,对不同的观点加以补充、完善和整合。例如,在猜想浮力大小与哪些因素有关时,部分因素跟生活经验和已有知识没有紧密联系,需要学生“头脑风暴”法进行发散性的思维思考。
(三)精心设计问题为学生搭脚手架的教学策略
当学生的猜想处于不知道怎么猜想,或猜想对学生们有些难度时,教师就需要精心地设计问题,为学生搭脚手架来引导学生进行猜想和假设。在设计问题时应该注意以下三点:第一,问题的设计应难易适度。问题过于简单,无法激起学生的兴趣;问题过难,学生会感到不知所措,同样会失去学习的兴趣。因此,问题的难度最好在学生的“最近发展区”内。第二,对于过难的问题,教师需要将问题划分为几个层次,层层深入,化难为易。第三,教师所设计的问题最好是具有启发性的问题,启发性的问题往往能激起学生浓厚的学习兴趣和探求知识的欲望,注意力处于高度集中的状态,促使学生的思维处于积极的状态。具有启发性的问题,往往能够开拓学生的思路,培养创造性的思维,使得学生的知识、智力和能力同步发展。启发性的问题需要有具体、明确和严密的特征,只有具有这样特征的问题才能使学生沿着具有意义的方向去思考问题。如果问题含糊不清,只会导致学生思维混乱不清。启发性的问题一般可以设置在这样的地方:一是在新旧知识的衔接处;二是在理论与实践的衔接处;三是在高层知识与低层知识的衔接处等。例如,在观察色光的混合活动中,对于怎样用一种简单的方法从白光中得到一种色光时,可以这样教学:
首先,在白光透过三棱镜分解成七色光之后,再通过红色(或蓝色、绿色)玻璃纸时,让学生观察现象,并提问:为什么与玻璃纸相同的条纹不见了?
其次,理论:红色(蓝色、绿色)玻璃纸只能通过红光(蓝光、绿光)。其他色光被吸收了。
再次,提问:当太阳光通过红色(或蓝色、绿色)玻璃纸时,你会看到什么现象呢?
最后,引导学生思考:我们怎样用一种简单的方法从白光中得到一种色光?
三、引导学生进行实验方案设计的教学策略
设计出细致而又完整的实验方案是顺利操作实验的保证。实验设计的一般步骤是根据猜想与假设来确定实验的目的,然后根据实验目的来思考实验原理,再根据实验原理选择需要用到的实验器材,最后确定利用所选的实验器材完成实验目的的实验操作步骤。要完成同一个实验目的,验证猜想与假设,会有很多的实验方案,通过比较、选择和完善,最终形成可行的实验方案。
(一)合理利用“收”与“放”的教学策略
实验探究教学强调的是探究的过程和体验,引导学生从创新的角度去寻找解决问题的办法,重视学生创新思维的训练,但由于初中生的知识水平、思维能力有限,所以教师的引导是必要的。因此,教师在实验探究教学的过程中,合理地“收束”和“放开”学生的思维是至关重要的。在对学生思维的收束方面,教师可以根据实验的需要准备一些实验器材,实验器材尽量多一些,可以让学生进行选择,这样对于一些比较难的实验就可以大大减少实验的开放程度和难度。
(二)显化常用的科学研究方法的教学策略
在初中物理实验中,有不少常用的科学研究方法,如转换法、放大法、比较法、理想实验法、控制变量法等。教师在每次进行实验探究的时候,可以向学生介绍这些常用的实验研究方法,长此以往,学生们掌握了这些常用的科学研究方法,便可以自己独立地进行实验设计了。
第一,转换法。在物理实验设计的过程中,经常会遇到一些物理量不容易测量或一些物理现象不容易显现出来。可以将这些物理量或物理现象转换为比较容易测量出来的物理量或容易显现出来的物理现象。
第二,放大法。在物理实验设计的过程中,所测的物理量或物理现象的变化十分微小,可以把所测物理量或物理现象按照一定的规律放大。
第三,比较法。在物理实验设计的过程中,利用具有对比性的实验现象,从而揭示出物理现象背后的本质规律。
第四,平均值法。在物理实验设计的过程中,由于偶然误差的影响,对所测物理量只测量一次,则会存在很大的不可靠性和不确定性,因此可以采用多次测量取平均值的方法。
第五,控制变量法。控制变量法是初中物理实验设计中最常用的科学研究方法。在物理实验设计的过程中,当研究多个物理量对某个物理现象的影响时,可以保持其他物理量不变,而只研究其中某个物理量发生变化时产生的影响,这样依次研究各个物理量。
(三)教给学生设计实验的常用思路的教学策略
在设计实验的过程中,如果单凭学生没有目的地去设计实验,而不给予他们一些方法上的指导,那么学生就可能在设计实验的过程中表现出盲目性和随意性。但是,教师更不能过早地对实验的设计提出自己的想法,应该鼓励学生自己提出实验设计的想法,并让其他学生提出意见,只有在实验设计中存在重要问题而学生又没有注意到的情况下,教师可以以问题的方式进行适当点拨。教师可以经常教给学生设计实验的常用思路:根据猜想和假设确定实验目的,然后根据实验目的思考实验原理,再按照实验原理来选择实验仪器,最后制订实验步骤并做好表格的设计。(www.daowen.com)
第一,根据猜想和假设确定实验目的。实验目的应该简单明了,并且实验变量要明确,所以要确定实验目的,首先要明确实验变量,再根据实验变量来确定实验目的。学生的猜想和假设一般都是根据生活经验和已有的知识结构进行的,所以一般都言之有理,有研究的必要,因此可以直接根据学生的猜想和假设来确定实验变量。但是在班级人数众多的情况下,猜想与假设难免出现重复和偏离现象,所以教师有必要引导学生对所有的猜想和假设进行整合。物理实验目的一般为:在某种条件下,自变量与因变量之间具有什么样的关系,也就是说实验目的就是研究实验变量之间的关系。所以在确定了实验变量后,便可以通过实验变量来确定实验目的。如果实验变量只有两个,在确定实验的自变量和因变量之后便可直接确定实验目的。如果实验变量是多个,研究一个实验变量与几个实验变量之间的关系,可以应用控制变量法进行研究。
第二,在确定了实验目的之后,就要考虑实验原理。实验原理是联系实验目的与实验方案设计的桥梁,它是组成整个实验设计的重要环节,其内容是实验步骤设计的整体思路。在实验原理设计这一环节,需对实验所要涉及的物理量以及实验条件,追溯其产生的根源和观测的方法,进而明确实验原理。所以考虑实验原理需要解决这些问题,即在明确了实验目的的基础之上,对怎样产生相应的条件、怎样改变和观测自变量以及怎样观测因变量进行初步的设计。可以先设计各个部分的具体实验原理,然后进行总体地整合。这种确定实验原理的方法是初中物理实验中常用的。
第三,按照实验原理来寻找实验器材。根据实验原理选择实验器材,即满足实验原理需要用到哪些实验器材。同时,也要考虑到实验的安全和实验的精度要求因素来选择实验器材。
第四,制订实验步骤。在实验原理和实验器材的选择完成后,需要制订实验操作的步骤。
第五,设计实验表格。在实验方案的设计中,需要根据实验原理和实验步骤来设计实验表格。实验表格可以简单而又明确地表达出各个实验物理量之间的关系。在设计实验表格时,要求学生分清楚直接测量的物理量和待求物理量。对应的实验表格一般分为两种:一种是记录表格,是用来记录原始数据的,即直接测量出来的物理量;另一种是计算表格。这两种表格通常情况下整合在同一个表格中,并将各个物理量的单位标注于标题栏中,标题栏中的标注一般为物理量单位,这样便于在数据记录时只需在数据栏中填写对应物理量的数值,而不用重复标记单位。在实验表格中一般情况下还要表示出实验的条件、直接测量的物理量与计算量之间的表达式,以便于随时检查所计算的结果是否正确。
四、实验操作过程中的教学策略
初中物理课堂上进行探究的实验一般分为两类:一类是演示实验进行探究,另一类是学生分组实验进行探究。这两类实验在教学过程中有着不同的教学策略。
(一)演示实验的教学策略
第一,对可见度低、直观性较差的演示实验仪器进行改造,以提高演示实验的效果。例如,在演示“在弹簧的弹性限度内,弹簧的伸长量与所受到的拉力成正比”这个实验中,因为刻度尺的尺寸有限,对于后排同学来说可能可见度不高,降低了演示实验的效果,可以用一张面积较大的白纸,在其上用粗笔画出较粗的刻度线来代替刻度尺,这样可以提高演示实验的教学效果。
第二,对已有的演示实验进行改进。例如,在证实大气压强存在的演示实验中,通常使用水杯倒置而纸张不掉,不少学生会误以为纸张掉不下去是因为纸张被水粘住了。因此在做这个演示实验时,可以将水杯换做成漏斗,在漏斗的末端套上一段橡胶管,并用夹子夹住,演示纸张不掉之后,打开夹子,纸张和水立即落下,这样就可以证明纸张不是因为水粘住的而不掉的。
第三,利用多媒体进行课堂演示实验。随着多媒体技术的迅速发展,多媒体教学具有直观、实时、交互的特点,可以提高实验现象的可见度,模拟实验室内难以实现的物理实验。在初中物理课堂内某些实验活动中,因为有些实验仪器的可见度不强、受到时间、空间和场地的限制,以致演示实验的效果不太理想,如果利用多媒体技术,利用声音、动画和视频等把实验表现出来,会提高演示实验的效果。例如,在扩散现象中因为固体的扩散现象需要较长的时间才能看出来现象,在课堂的时间内肯定观察不了这种实际现象,这时可以利用多媒体技术剪切金块与铅块压紧在一起后一年、五年、十年等后的现象来说明固体也是可以发生扩散现象,这就突破了时间上的障碍。
第四,调控学生的注意力。在初中物理实验探究阶段,经常需要调控和指导学生,指导学生看什么、怎么看。在指导学生观察实验的时候,需要让学生知道观察什么和观察的目的,以便对学生的观察起着定向的作用,摆脱盲目的观察。
(二)指导学生进行分组实验操作的教学策略
因为初中物理课堂上的实验探究有很大部分是以分组实验的形式进行的,所以在实验探究的过程中有必要安排小组内的合作,教师需要组织学生进行小组内的合作,以保证实验探究顺利地开展。有些教师在组织学生以小组合作的形式进行实验探究活动的时候出现了一些常见错误,如在学生进行实验探究活动前只简单地将学生分成各个小组,而至于组内如何分工,怎样合作却没有进行指导。这样就造成了组内成员对于分工不明确,以致合作探究费时又费力,合作探究的效果不理想。组内个别能力较强的学生便成为组内活动的主角,而其他学生动手的机会被剥夺了。在学生分组独立进行实验操作时,教师应给予学生耐心的指导和点拨,以保证实验顺利地进行。下面是教师在组织学生以小组合作的形式进行实验操作时常采用的策略。
1.合理划分合作小组
教师应该重视班级内各个实验小组的建立,根据学生的知识和能力来组合,每组内的成员尽量包含不同层次的学生,以保证组间同质、组内异质。组内成员的个数应当根据班级人数和实验室资源来进行合理安排,一般两到四人比较合理。
2.帮助学生进行组内任务的分配
小组进行合作实验探究需要组内成员有着明确的探究目的和任务的分配,这样才能保证实验探究活动顺利地进行下去。教师应该帮助各组明确本组实验探究的探究目的,以及组内的任务和角色的分配,让组内每位学生明确自己的任务和角色。每次实验可以对各位学生的角色进行互换,促进每位学生的多元智能都得到发展。
3.集体指导与个别指导相结合
在实验操作过程中,因为大多数学生的操作都会出现一些相同的障碍和问题,对这些障碍和问题,教师应该进行集体地指导。而有些学生在操作的过程中会出现一些特有的障碍或问题,这时候教师就应该采用个别指导。教师在指导实验操作的过程中,如果把共性问题或障碍个别化,则会导致教学时间的浪费。反之,如果把少数问题或障碍共性化,又会影响到每位学生接受指导的机会。所以,教师在指导学生进行实验操作时,应该采取集体指导与个别指导相结合的策略,以提高教学的效率。
4.书面指导与口头指导相结合
书面指导是指教师利用板书的方式对学生的实验操作进行指导,主要是用来展示实验的操作规范、实验操作过程中的一些重要提示,也包括一些辅助性的表格信息等。书面指导可以有效地培养学生进行探究实验的良好习惯。除了书面指导,口头指导也是教师在指导学生进行实验操作过程中使用最多的指导方式,主要是以师生间对话的方式进行的指导。
5.及时指导
在实验操作的过程中,当学生遇到问题需要教师的帮助,或教师观察到学生因为知识或经验缺乏而出现障碍时,教师需要及时给予指导,这可以减少不必要的时间浪费,提高实验进行的效率,引导实验操作过程朝着具有积极意义的方向进行下去。但是,教师的指导不是代替,教师的指导需要对学生起到启发的作用,要给学生留下思考的时间和空间,最好参与到学生的讨论并适时适当加以点拨。为了能够使尽可能多的学生得到指导,教师在指导的时候应该把握时间的分配。通常情况下,教师对某个学生或某个小组的指导时间以不超过半分钟为宜。
五、引导学生进行分析与论证的教学策略
分析与论证是学生在实验探究的过程中,在收集到数据的基础上,将实验所得到的数据与自己已有的知识联系起来,并利用分析、归纳等方法得出与证据相一致的结论,并对问题做出相应的解释。教师在分析论证这一环节时,要注意教给学生分析论证的方法和思路。
第一,根据猜想与假设来确定数据分析的方向。数据分析的方向指的是从数据中得出关于什么方面的结论,可以根据探究实验开始时的猜想与假设来对实验所得到的数据进行归类和分析。
第二,运用科学方法处理数据。数据处理是从原始数据到得出结论的这段加工过程。通过对数据的处理,能使人从相互独立的数据中找出其内在规律,得到一个简洁的函数关系,从而总结出一般规律。初中阶段对实验数据的处理方法主要有列表法和图像法。当运用列表法时,可以根据对各个物理量关系的预先猜想和假设,合理地设计数据表格,把原始实验数据和计算值填入表格,通过对数据的比较发现物理量之间的规律。如果各个物理量之间的关系较为复杂,列表法不能直观的反应物理量之间的关系,这时可运用图像法做出物理量之间的关系图像。图像法可以简明、直观、形象地显示出各个物理量之间的关系。
第三,对比假设与分析数据的结果,并作科学解释。猜想与假设是对实验结果的预期,数据分析的结果是对猜想与假设的验证。如果数据分析的结果与假设相吻合,则猜想与假设被证实。如果数据分析的结果与假设矛盾,则猜想与假设被推翻。在表述实验结论的时候,既要表达出猜想与假设被验证或被推翻的结论,还需要明确说明猜想与假设成立时的条件或被推翻的原因。
六、组织学生进行评估、交流与合作的教学策略
(一)组织学生进行评估的教学策略
评估这一环节关注的不是实验所得到的结论,而是关注学生探究的过程和亲身的体验。因为评估这一环节不会影响实验结论的得出,所以常常没有得到师生的重视。但是评估是实验探究过程中不可缺少的重要环节,是对整体思路和具体措施的反思和评价,可以对探究活动起到进一步优化的作用。在教学的过程中,教师不仅要让学生意识到评估的重要性,还要让学生掌握一些具体的评估方法,如学生自评、小组评估、教师评估和综合评估等。使学生在评估阶段发现实验探究过程中存在的问题,并吸收经验,进一步深化学生对整个实验探究过程的认识。
1.引导学生进行自评,反思发现研究的不足
教师应该重视学生的自我评价。教师需要提供学生机会表达出他们自己的体会、感受以及收获,这也是自我评价的一种方式。实验探究教学中的反思主要有两点内容:一是对实验探究过程的反思。主要是反思实验探究过程中的各个环节是否合理、简捷,是否符合科学探究的规则。二是对结论的反思。主要是反思得到的结论与权威的结论有什么区别,出现这些区别的原因是什么?通过反思,使得学生对猜想与假设、实验方案的设计、数据的处理、分析与论证等各个环节进行重新思考,去除瑕疵、吸收经验,以改进实验方案。
2.学生组内评估和组间评估相结合
在组间的学生进行相互评估时,每位同学应该认真体会其他同学的意见,如果发现别人的意见中有合理的因素,就应当尽量吸取以便改进和完善自己的实验探究方案,若发现其他同学不合理的地方,应积极提出意见。
(二)组织学生进行交流的教学策略
交流这一环节在实验探究中同样具有重要的地位,且贯穿在所有环节之中。因为学生人数多,要让学生在课堂上充分表达自己的意见则会占用相当长时间,而且学生的思维比较活跃,使得课堂上讨论的问题比较发散,有时会产生冗余,降低了交流的效率。所以教师就需要建立规范,帮助学生养成良好的课堂交流习惯,形成良好的课堂交流氛围,使得交流过程有效顺利地进行。
首先,引导学生为交流做好准备,使得学生知道自己一开始的观点是什么?怎样表述自己的观点?能否找到支持自己观点的证据?
其次,让学生明白在交流时应尊重他人,积极参与交流。在参加交流讨论的时候,要注意在他人发言时倾听他人发言,以确保听懂别人的观点。在轮到自己发言时,应该积极地表达出自己的观点。
再次,教师创设交流平台,引发创新活动。在交流之前,组织各个小组将本组的猜想与假设、实验方案以及得出的结论制作成模型、写成实验报告或论文进行展览,也可以通过模拟科学报告会、举办辩论会等形式让全班学生交流各自的探究过程和结果。
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