探究问题的解决

如何有效解决科学探究类问题如何有效解决科学探究类问题 张锡群张锡群 在物理的学习与考试中 探究题的失分率一向较高 学生对探究题也有了恐 惧的心理 对自己的探究能力不自信 也摸不着解题的方法 没有完成的思路 对于教师讲过的内容有熟悉感的好一些 没有看到过的内容在答题时就乱了 针对这些问题 我觉得对探究类问题的解决有必要的归纳一下 一 从科学探究的七要素入手一 从科学探究的七要素入手 科学探究要素有七个 分别是 提出问题 猜想与假设 设计实验与制定计 划 进行实验与收集证据 分析与论证 评估 交流与合作 而我们平时所遇 到的探究题其实就是针对这七项的 所以我们答题时必须有针对点有的放矢的 去解题 一 一 提出问题提出问题 学生对物理探究中的提问没有准确感 提出的问题没有针对性和物理性 甚至缺乏物理的语言 物理的知识 总以为有语文的提问方式就可以了 很明显这样的准确率不高 例例 1 在 研究电磁铁 的实验中 给你的器材室 一个线圈匝数可以改变 的电磁铁 电源 开关 滑动变阻器 电流表和适量大头针 这个实验所要研究的问题是 A B 分析分析 针对这个问题必须满足几个条件 一 实验探究时需要用到上面那些 器材 二 必须是物理上的探究问题 针对电磁铁的性质提问 当然 在这儿还要补充说明的是本题的答案必须是提问的形式 是一个问句 答案 答案 A 电磁铁的磁性强弱和线圈的匝数是否有关 B 电磁铁的磁性强弱和电流的大小是否有关 二 二 猜想与假设猜想与假设 所谓猜想 是用已知的物理知识对某些未知的事物作出科学的预测 物理学中有许多发现 发明都是通过物理学家在假想的前提下进行实验 而获得 也有很多物理规律是在实验的基础上通过假想推理而得来 在 科学发展的过程中很多的重大成就都是先由猜想而起的 完成猜想题时 必须注意几点 一 猜想 要有一定经验和知识作为基础 所谓的 猜想 绝不能是 凭空瞎想 而应该是在观察和实验的基础上 根据自然规律 科学原理和实 验事实所提出的 它是科学性和客观性的辩证统一 也就是说 每种猜想的 提出 都是根据已知的科学原理和科学事实 对未来的自然现象及其规律所 作出的一种假设性的说明或假定性命题 所以在猜想之前学生必须具备一定 的生活经验和知识 应该特别指出是 所提出来的一些猜想或假设 并不一 定都是正确的 这些假定命题是否正确 尚需通过理论上的论证和事实来验 证 二 猜想要注意避免思维定势的影响 所谓思维定势 也就是我们平时 所说的 习惯性思维 是人们从事某项心理活动的一种心理准备状态 也 是人们长期形成的一种习惯思维方向 对于刚接触物理学科的初中学生 思 维水平虽然已基本具备了一定的逻辑思维能力 但由于他们还未进行系统 的物理思维训练 其物理知识 经验还有很大的局限性 其逻辑思维能力和 思维品质还比较差 因此 探究的过程猜想的内容往往停留在现象 容易导 致产生错误的猜想 解决了上面两个问题 完成猜想类的探究题就简单了 例例 2 在探究小球在液体中下沉的快慢与小球的哪些因素有关 在空气中下落的物体会受到空气阻力的作用 因此 我们看到的石子下落要比羽毛快的多 如图 小球 在液体中下沉时 除了受到重力和液体的浮力作用 外 还会受到液体的阻力作用 因此 不同的小球 下沉的快慢也会不同 将能下沉的小球从同种液体 的液面处由静止开始下沉 下沉的快慢 用下沉的时间 t 衡量 与小球 的哪些因素有关呢 请你提出自己的两个猜想 示例 猜想一 小球下沉的时间可能与小球的体积有关 猜想二 猜想三 分析 分析 看清题目的探究问题 针对这个问题与生活相联系 题目中的文字提 示就是生活中的现象 根据提示可做出猜想 也就是联系了生活 阻力就联 想到液体的粘稠度 不同的液体对小球的阻力不同 重力就联想到小球的质 量影响着重力的大小 答案 答案 猜想二 小球下沉的时间可能与小球的质量有关 猜想三 小球下城的时间可能与液体的种类有关 三 三 设计实验和制定计划 进行实验和收集证据设计实验和制定计划 进行实验和收集证据 分析与论证分析与论证 这三个步骤其实是一个小整体 设计实验是为了进行实验 完成实验收 集证据就是通过分析来论证猜想的正确与否 先前做出的猜想和假设 并不 一定是正确的 这当然需要实验的验证 而实验的设计是前提 设计实验在 根据题目的要求和已有的条件 会设计实验与制定计划 能选择正确的科学 探究方法和必要的实验器材 能考虑影响问题的主要因素 有控制变量的意 识 完成实验要收集观察到的现象或记录到的数据来验证猜想的正确与否 例例 3 小宇最喜欢的玩具是叔叔送给他的生日礼物 那是三只大小 形状完 全相同的凸透镜 分别是由玻璃 水晶 塑料制成 现在小宇想要探究 大小 形状相同的凸透镜的焦距与制作材料是否有关 请你帮他设计这次探究的全过 程 完成如下的工作 这次探究所需要的器材有哪些 请你写出来 请你写出探究的主要步骤 请你设计出实验现象或实验数据记录表格 分析 分析 这题是探究凸透镜的焦距与制作材料是否有关 那就想用到什么探究 的方法 很明显是控制变量法 要凸透镜的其他因 素相同 就改变材料 接下来又思考 我怎么知道透镜的焦距呢 又思考想到用太阳光会聚法测出 透镜的焦距 这样数据就收集到了 答案 大小 形状相同材料不同的三只凸透镜 刻度尺 利用凸透镜会聚太阳光 用刻度尺测透镜焦距 用玻璃透镜会聚太阳光 通过调整它们到地面的距离使地面上 出现最小的亮斑 用刻度尺量出透镜到亮斑的距离即焦距 用水晶透镜进行上述实验 论证 论证 分析实验的现象 如果材料不同 透镜的焦距相同 就说明了透镜 的焦距与材料无关 否则就是有关 四 四 评估评估 实验的设计与完成后就要对我们设计的实验进行评估 那我们从哪 些方面来评估呢 对于实验我总归纳为两大类 一是寻找规律的实验 二是关于测量的实验 对于第一类的实验我们就要思考以下几点 一 实验设计科学吗 二是得出的规律具有普遍性吗 对于第二类的实验也 思考两点 一实验的科学性 二是误差大小的问题 例 例 2 例 例 4 例例 4 2009 威海 如图所示 在探究并联电路中的电流关系时 小明同 学用电流表测出 A B C 三处的电流分别为 IA 0 5A IB 0 3A IC 0 2A 在 表格中记录数据后 下一步首先应该做的是 A 整理器材 结束实验 B 分析数据 得出结论 C 换用不同规格的小灯泡 再测出几组电流值 D 换用电流表的另一量程 再测出一组电流值 分析分析 本题的考点探究串并联电路中的电流特点实验 也就是寻找规律 评估是针对一次能否得到普遍规律 解答解答 解 仅仅测量一次就下结论 具有偶然性 是不符合规律的得出的 故 A 整理器材 结束实验 不符合题意 B 分析数据 得出结论 不符合题意 C 换用不同规格的小灯泡 再测出几组电流值 这样符合实验的要求 能 够使最终的结论更具普遍性 符合题意 D 换用电流表的另一量程 再测出一组电流值 会使误差增大 不符合题 意 答案故选答案故选 C 点评点评 多次测量可以避免偶然性 例例 5 5 小明同学利用注射器 弹簧测力计 刻度尺等器材测量大气压强的值 实验步骤如下 1 把注射器的活塞推至注射器筒的底端 然后用橡皮帽堵住注射器的小 孔 这样做的目的是 2 如图 1 所示 用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部 使绳的另一端与弹 簧测力计的挂钩相连 然后水平向右慢慢拉动注射器筒 当注射器中的活塞 时 记下弹簧测力计的示数为 8 2N 3 用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为 cm 计算得到活塞 的横截面积为 cm2 4 计算得到大气压强的数值为 Pa 5 小明了解到班内同学的实验误差普遍很大 有的偏大 有的偏小 请 分析 该实验过程中导致误差的因素有 请写出两条 分析分析 此题考查了学生对实验数据的收集 分析和处理能力以及对实验结 果的误差分析 有利于学生对过程 概念 规律及方法的理解 这儿针对第五 小问题研究 这个问题其实就是以对实验的评估作为考点 误差的研究就考虑 原理中的物理量在这个实验测量过程中分别存在着的误差 之后进行整体的评 估 根据压强的原理 影响压强的因素有压力和受力面积 那这就有测力的过 程有没有误差 什么情况可能导致有误差 橡皮帽是否漏气 气有没有排尽 有没有摩擦等等 带着这些问题去评估 使得实验更加的完善 答案 答案 5 橡皮帽漏气 筒内没有完全排尽空气 活塞与注射器筒间不完 全密封会使实验结果偏小 活塞与注射器筒间有摩擦会使实验结果偏大 弹簧 测力计的示数不稳定或不准确等也会导致结果偏大或偏小 最后 我认为交流与合作是针对整个实验而言的 合作必有争论 鼓励 学生大胆发言 发表自己的看法 讨论时 不要轻易否定其他人的看法 先在 小组内讨论 小组内解决不了再进人更大范围的讨论 这样会营造一种探究学 习的浓厚氛围 也能鼓励学生勇敢发表看法 当然合作学习虽然在教学中收到 事半功倍之效 但并不是说课课都采用合作学习 因此要精选合作学习的内容 做到有的放矢 而不要千篇一律 流于形式 交流合作只是配合着探究活动的 需要 在清楚探究活动的几个步骤后 对于探究性的题目就有目的的去完成 只要抓住步骤中的几个要素 问题就简单多了 二 从探究性实验题的目的入手二 从探究性实验题的目的入手 实验探究题从实验的目的来分 可分三类 一 第一类为操作型实验 第一类为操作型实验 如 用刻度尺测量纸张的厚度 学 习使用滑动变阻器 等 这类试题主要考查基本实验器材的作 用 用法 读数 使用注意点和基本实验操作技能 要学生能 记忆多一点 最好的方法就是让学生动手做起来 所以基本实 验的开展是必要的 即培养学生的动手能力 也加深了学生的 记忆 二 第二类为测量型实验 第二类为测量型实验 如 测物质的密度 测量小灯泡的 额 定功率 等 这类试题主要考查学生实验原理的选择 实验装置的安装 实验的设计 实验现象的分析 数据的记录 与处理及实验故障的排除等 对于这类题一般从实验原理或结 论的角度切入和展开 记住实验目的 器材 步骤 会记录实 验数据及数据分析 尤其要注意实验步骤的逻辑性和实验误差 的分析 注重原理 以不变应万变 三 第三类为探究型实验 第三类为探究型实验 如 探究杠杆平衡条件 探究影响 电流热效应的因素 或者以非课本材料为背景的实验探究题 等 这类试题的命题一