例谈科学探究实验与实验报告

1 / 14例谈科学探究实验与实验报告 例谈科学探究实验与实验报告 山东菏泽曹县第二中学陈焘 摘要：科学探究实验是新课程着重介绍的知识点，同时又是当前基础教育课程改革的热点、亮点和难点。本文对科学探究的六大要素逐一加以解释，并以实例说明如何做好科学探究实验及如何做实验报告。 关键词：科学探究科学探究实验实验报告提出问题猜想和假设实验方案数据处理 作为当前基础教育课程改革的热点、亮点和难点， 普通高中物理课程标准对科学探究提出了明确要求，并指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。 ”一般来讲，我们进行科学探究都要遵循以下步骤或流程： 2 / 14一、提出问题 “现代科学之父”爱因斯坦曾指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的进步” 。 问题是创造的先导，是思维的起点，具有问题意识是一个人有所创新的前提与基础，是否具有问题意识，能否提出有价值的问题，是因循守旧之人与开拓创新之人的分水岭。 我们提出的问题首先应该是科学的，不能反科学或伪科学，而且还必须是有价值的、有意义的、可以探究的、值得探究的。依据学生现有的知识，我们所能提出的问题应根源于生活，但又高于生活，却不能脱离生活和实际经验，提出的问题应在其力所能及范围之内，即有能力应用已有的物理知识，加上部分未知的物理知识，利用科学的方法与思想，或独立或协作地予以解决。 3 / 14提出问题后我们还必须明确问题，明确问题是为提出假设或大胆猜想奠定基础。从物理学的角度较为明确地阐述该问题。 二、猜想和假设 让学生做假设和猜想，就是根据已有的物理知识和实验经验，对解决问题的方式和问题的答案提出猜想与假设，对实验结果进行预测。 爱因斯坦说过：“想象比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力却概括世上的一切，推动着科技的进步，并且是知识进化的源泉，严格地讲，想象力是科学研究中的实在因素。 ”郅庭瑾先生认为，高中生业已具备以理论型为主的抽象逻辑思维能力，具体体现在：学生可以通过假设进行思维。按照提出问题、明确问题、提出假设、验证假设的途径，经过一系列的抽象逻辑过程，达到目的。学生思维业已具备预设性，在解决问题之前，学生已采取了一定的方式和手段。学生思维已渐进形式化。中学生开始逐步地由具体运算思维占优势发展为形式思维占优势，不仅能够进行从特殊到一般的归纳，而且能进行从一般到特殊的演绎。高中生在他们的实践与学习中，已能够完成4 / 14从具体上升到理论，再由理论指导去获得具体知识的完整过程。高中生思维活动中自我意识或监控能力的明显化。学生思维能跳出旧框框，创造性思维已获得迅速发展，开始追求新颖、独特的东西，形成了自己对事物的独特见解。为此，教师要鼓励学生们大胆猜想，只有想象，才能尽可能多地突破旧有知识的羁索，打破时空的限制，对自己提出的问题尽可能地全方位思考。合理的或大胆的猜想往往闪烁着智慧的火花，无意中的直觉往往可以打开解决问题的大门，激发创造的灵感，发挥自己的想象能力，一种大胆而有根有据的判断往往也可以突破层层迷团，实现探究的目的。 三、制定实验方案 方案是种思想，是个预设，只有经过多次尝试才能完善；方案是盏街灯，是座灯塔，指引着我们有目的有步骤地完成实验或既定目标。方案设计的好坏，直接关系到实验步骤是否井然有序，关系到实验数据是否真实可靠、是否切实可信，关系到实验结论是否有代表性、是否具有普遍性。伽利略理想斜面实验好就好在实验设计的巧妙，设计的合理，设计的浑然天成。为此：方案中的仪器应选材合理，便于准备，不能要求过高。在确定实验方案之前，应首先5 / 14学会正确操作和熟练操作，特别要注意应该注意的事项。探究过程应尽量清晰，各步骤间衔接流畅，表格设计合理，应尽可能多地确定实验方案，尽可能多地进行实验，并由此比较各个方案的优缺点，确定最佳方案，同时若其中某个实验被确认失败的话，也可以尽快选择其他实验方案。 四、进行实验 根据实验方案，按照说明书正规操作，操作时应注意安全，实验中要如实记录数据和实验现象等，利用观察、实验或其他方式方法，多渠道多形式地收集实验数据和信息。尽可能地收集实验数据与信息，目的是尽量减少偶然误差的干扰。收集到的信息越多，越有利于我们做定性分析；数据越多，越有利于我们做定量的计算。当然，为了更好地逼近实验结论，我们除了实验手段外，还可以从多种信息源上采集和获取信息，以弥补实验手段的不足。 五、数据处理 6 / 14整理完所收集到的数据与信息后，就要对数据进行分析和处理， “应用科学的思维方法，通过分析和归纳，找出规律，尝试根据实验现象和数据处理得出结论，并对实验结果予以解释和描述” ，通过对实验数据的处理，能得到哪些反馈呢？ 用自己的语言去总结实验结论时，需要注意的是实验结论一般应具有以下特征：条件相当严格，不能任意扩大或缩小；实验方法相当完善，当然也有需要进一步完善的地方；表述简洁而严明，应尽量用严密且准确的科学术语来描述，且具有相当严谨的逻辑。 六、心得体会 通过实验，汲取失败的教训，积累成功的经验。实验后要提交实验报告，报告中要科学地表述自己的探究思路、过程、方法和结论。踢过足球比赛的大都知道“我们在比赛中，既要注重自己的积极突破，又要注重团队的团结合作”的道理，同样在科学探究实验中，自我自主探究与交流协作也一样重要。在合作中注意既要坚持自己的原则，有自己的思考、有自己的观点、有自己的实验方案，也要能够积极听取他人的建议，尊重他人的意见和成果。只有7 / 14我们亲身亲历科学探究，才能收获一种习惯，养成一种意识，养育一种能力，这对我们今后无论是学业还是事业都是极其重要的。 下面以“探究加速度与质量、力之间的关系”的实验为例，简要探讨如何进行科学探究和书写实验报告。 实验原理及实验方案：牛顿第一定律告诉我们，力并不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。简而言之，物体运动状态的改变体现在速度的改变上，而速度发生变化就表明物体具有加速度，因此可以说力是使物体产生加速度的原因。同是一辆静止的汽车，施加的牵引力越大，至某一速度所需要的时间越短。由此我们不妨假设加速度与力成一次函数 akf+b，同时假设 b0。假设成立与否，还需要用实验探究和验证。同时，物体的质量越大即惯性越大，物体的运动状态就越难以发生改变，即加速度越小，由此我们不妨假设 ab+1/km，同时假设b0。由此，我们现在所要探究的加速度是同时与力、质量有关的，那么又有怎样的关系呢？按照哲学上的观点，物体运动状态的变化情况是由合外力和质量共同决定的，合外力和质量两个因素统一于影响物体运动状态的改变过程当中，同时又是矛盾的。合外力促使加速度的产生，质8 / 14量则维持原有状态不变，阻碍加速度的产生。在物理学中我们研究一个物理量同时与两个或多个物理量有关的多元问题的基本方法就是控制变量法，即先保持其他物理量不变，逐步分析所求物理量与其中某一物理量的关系，而后总结出这几个量之间的关系。因此，我们可以首先固定质量，探究加速度与力之间的关系；而后固定合外力，探究加速度与质量间的关系；最后总结出加速度与合外力、质量的关系。 如果 ak1f 成立，反映在 a-f 图线上就应该是条过原点的倾斜的直线；如果 ak2m 成立，反映在 a-m 图线上就应该是条双曲线，然而真实地判断该图线是否是双曲线是比较复杂的，不过我们可以变换角度，将 a 与 m 成反比转化为 a 与 1/m 成正比，即反映在 a-1/m 图线上就是一条过原点的倾斜的直线。但加速度是不易测量的，因此我们需将其转化为位移，而且我们所探求的主要是 a 与 f、m 间的关系，从另一个角度也说明无须求解 a 的实际值。设计实验时使小车做初速度为 0 的匀加速直线运动，同时将小车放在相同的位置，并同时打开和关闭文件夹使两小车运动的时间相等，由 sat2/2 便可得出 a1/a2s1/s2。这样就将加速度转化为位移，以后做就好的多了。 9 / 14教材给出了实验装置，但不甚好。一方面严格的光滑水平木板是没有的，普通实验室中的木板大都相当粗糙，不符合实验要求；另一方面，若往小盘中放砝码，好多同学放置的大都不是比较均匀，然而这样做很容易带来相当大的误差。改进后的实验装置如下图： 实验器材：上部有凹槽的小车两个，一端带有定滑轮的长直木板两个，大型文件夹一个，砝码若干，勾码若干，细线若干，刻度尺一把。 为记录小车的加速度，我们可以采用打点纸带，同时为避免小车与定滑轮的碰撞，可以在小车后拴两条较长的细线，细线的另一端加以固定。本实验方案舍弃砝码盘，而采用勾码，可以保证拉力在一条直线上，增减勾码即改变了小车受到的拉力。在小车上增减砝码的质量，即改变了小车的质量。 为得到近似光滑的长直木板，我们通常采用平衡摩擦力的方法：不加砝码，不系细线，试探着移动垫木，使放置在斜面上的小车近似做匀速直线运动，此时物体受g、 n、f 三个力的作用而处于平衡，合力为 0，得 gxf，两力的作用效果相互抵消，就相当于 f 不存在。而当小车受10 / 14到细线的拉力后，就相当于仅受该例谈科学探究实验与实验报告 科学探究实验报告例谈科学探究实验与实验报告 浅谈实验报告单在提高科学实验教学效果中的作用小学科学课程标准指出：小学科学课是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程，同时又是一门以实验为基础的综合学科。科学教育的根本任务是培养全体学生具有良好的科学素养。但科学素养的形成不仅是通过教师的知识讲解或学生机械的记忆就可以实现的，而是依例谈科学探究实验与实验报告赖于科学探究实践活动，让学生在参与中体验、感悟，学生只有经历观察、发现问题、实验探索或者验证的过程，通过学生的动口、动手、动脑才能促进学生科学素养慢慢地形成。而很多探究活动要通过实验教学来实现的，因此实验教学是小学科学探究活动的一个重要组成部分，对于培养学生科学素养和创新意识起着举足轻重的作用。然而实验教学与实验报告单的填写又是密不可分的。经过近几年的教11 / 14学实践，我发现实验报告单不仅可以帮助学生记录实验现象、实验数据、探究结果等，而且在提高学生逻辑思维能力、增强学生语言表达能力、提高学生探究能力、巩固新知识，及时弥补不足之处等方面大有用处。下面就以上几个方面谈谈个人的看法。一、提高学生逻辑思维能力有些学生知道实验是怎么做的，但叫他填写实验报告的时候他却写不出正确的假设、过程和结论。例如在教学小水珠到哪里去了一课时：水蒸发的快慢与什么因素有关的实验报告单时出现了假设和结论表述不完整、假设的因素和实验步骤中的因素不一致、假设中同时改变几个因素、在实验现象后面写结论以及实验报告写的不完整等诸多问题，这些问题的产生是由于学生逻辑思维能力不强造成的。在针对实验报告单上的问题讨论交流时，学生认真思考，积极发言，对实验过程进行了理性思考，得出了正确的结论。由此可见，填写实验报告单可以训练学生逻辑思维能力，从而帮助学生不断提高逻辑思维能力。二、增强学生科学语言表达能力12 / 14小学科学课程标准指出:“表达与交流是科学探究的重要活动之一” 。科学语言是表达和交流科学信息的一种通用语言。学生用口语表达与交流时，老师发现不了的错误在实验报告单上发现了。例如：小车运动的快慢与哪些因素有关实验时，李程远同学说小车运动的快慢与小车自身的“重力”大小有关时，一部分学生听成了“动力” ，引起同学们的不解。还有在填写实验报告单过程中出现的错别字等等。因此，在科学实验教学中，让学生填写实验报告单可以及时发现学生出现的错误，让学生及时纠正错误，能使学生的科学思想表达更规范、正确和严谨，真正掌握相关的科学术语、科学概念及其表达形式，逐渐提高其掌握和运用的科学语言的表达能力。三、提高学生实验能力填写实验报告单，学生通过对假设、实验设计等的编写，使实验操作过程在头脑中得以预演，可以明显提高动手实验的能力。例如在做电磁铁的磁力大小与什么有关的实验时，学生把假设、不变的因素、改变的因素都确定并填写好，实验操作时就做到心中有数，实验得以顺利进行。四、巩固新知识，13 / 14及时弥补不足之处学生通过填写完整的实验报告，使实验的目的、过程、结果在头脑中得以重现，不足之处得以显现。因此，填写实验报告有助于学生巩固新知识，及时弥补不足之处。例如通过对水蒸发的快慢与什么因素有关的实验报告单的讨论交流，学生能能针对自己的不足之处加以整改、弥补，把假设和结论写完整，假设中只改变一个因素，把假设的因素和实验步骤中的因素保持一致，如实记录实验现象，通过分析实验记录，写出正确的结论。五、激发学生科学探究的热情，调动学生的实验兴趣。科学世界是一个充满问题、充满思考的神奇世界，学生非常向往，乐意探究。但由于种种原因，现在的小学科学课堂缺乏这种引人入胜的教学情境，没有建立起有利于学生学习的心理环境和认知环境，所以学生学习科学感到很深奥、难理解，导致兴趣缺失。作为学校、作为教师应该为学生创造良好的学习科学的环境，每一个教学实验都要想方设法去做，不管是演示实验还是分组实验都能够调动起学生的极大兴趣。当你走进课堂，哪怕手里只拿了一支蜡烛、一盒火柴，学14 / 14生就会激动不已、充满期盼；如果说要去实验室上实验课，学生总是欢呼雀跃。由此可见，学生多么想上实验课，多么想动手操作，上实验课简直成了一种奢望，而实验教学恰恰是一种常态，科学教师应该坚持上好每一堂课。除了实验室、教室外，教师还应