论物理探究式教学中的“评估”要素

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论物理探究式教学中的“评估”要素

作者:沈金林

原载:《中国教育学刊》2006年第4期

[摘 要] 把“评估”作为科学探究中的一个组成要素，既注重学生对所学知识的社会建构过程，又着力促进学生科学探究能力的提高。“评估”的内涵主要是：尝试分析假设与实验结果间的差异；注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题；吸取经验教训，改进探究方案等。教学中可围绕实验探究活动、相关信息的科学性、探究结果解释的科学性等方面指导学生开展评估。
[关键词]
中学物理；探究式教学；评估



探究式教学中的“评估”是指学习者在经历探究活动并获得超越原有认识和当前观察结果的新的理解后，对探究行为重新审视的过程。评估是进行探究式学习的要素之一，是探究过程的重要环节。评估包括对探究计划的严密性、证据收集的周密性及解释的科学性做出检查和反思，并对结论的可靠性做出评价。笔者结合高中物理教学实践，谈谈对评估要素的几点认识。

一
评估对科学探究活动的意义

过去的物理教学虽然也组织一些探究活动，但往往是得出结论就万事大吉，缺乏对探究活动的反思和评估。学生通过探究究竟得到了哪些启示？为什么探究结果与预期不一致？探究的设计和实施过程是否有缺陷，还有哪些需要改进的地方？探究结果是否与探究者原有认识相矛盾？等等。只有经过这样的反思和评估，学生的科学探究过程才是完整的。评估作为科学探究活动的一个组成要素，它所能发挥的作用是不容忽视的。具体表现为：
第一，评估实质上体现了科学知识的社会建构过程。[1]由于学生通过探究只能得出个别结论而不是普遍性的结论，因此只有通过对科学结论进行比较和反思，使学生个体或小团体的认识发展为一般的认识，才能最终达到在探究过程中发展科学思维与建构知识的统一。
第二，评估有利于提高学生的科学探究能力。通过对探究结果的评估，扬其所长，克己所短，不仅有利于学生直接改进探究方案，而且有助于学生增长知识，提高技能，并为探究方案的优化奠定良好的基础。
第三，评估有助于学生养成严谨的科学态度，发展批判性思维。在评估中，学生积极尝试对探究行为和所收集信息的科学性、可靠性等进行思考：（1）在探究过程中，本应保持不变的物理量是否发生变化？（2）从公共信息资源所获得的信息如“据说……”“据××的实验结果……”“根据××在××条件下实验得出的××数据……”等，是否会对它的可靠性产生影响？（3）记录的实验数据的数量级大小是否与该物理量吻合？当个别实验数据与假设不符时，是否会考虑其真实性等？这需要学生从更全面的角度来思考和认识问题，以促进学生用严谨的态度来进行科学探究。
第四，评估可以引致新的发现。无论是分析探究结果与探究假设间的差异，还是关注探究未解决的矛盾，都会涉及探究方案中没有考虑的问题，从而引出新的探究问题或获得新的发现。

二
评估的内涵

1  尝试分析假设与实验结果间的差异
探究假设是对探究结果的预期，探究结果是对探究假设的验证（这里所指的探究结果是指实验结果，并非是对探究结论的陈述）。若结果与假设吻合，则假设被证实；若结果与假设冲突，则假设被推翻；若结果与假设基本吻合，但存在着差异，从原则上说，该差异必然是受到另一种规律支配的结果。关注这种差异，实际上就是在关注引起这种差异的规律。这是发现问题和提出问题的前奏，是创造性思维的表现。科学史上海王星的发现就是由于理论预期与实践测定之间存在着差异。
2  注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题
关注探究过程中未解决的矛盾，对探究过程和探究结果进行科学、合理的反思，就可能使新的问题成为教学的出发点和归宿，即在初步解决问题的基础上引发新的问题，从而有利于新一轮探究过程的开展。例如，在“电阻定律”教学中，学生通过实验归纳出“金属材料的电阻率随温度升高而增大”的结论后，可进一步引导学生反思：“金属材料的电阻率随温度降低而减小”这一变化趋势最终会有哪些可能性？学生回答有3种：一是温度为零，电阻率不为零；二是温度为零，电阻率同时为零；三是温度不为零，而电阻率为零。那么，这三种可能性中，哪一种又最为可能？最后，引导学生通过查阅资料了解这一课题。整个探究过程既培养了学生的课题意识，又引入了“超导”这一有意义的科学探究领域，将探究教学延伸到了课外，为学生的创新之路点燃了火把。
3  吸取经验教训，改进探究方案
具备从评估中吸取经验教训的意识，是指在对探究过程和结果进行评估后，对好的经验有进一步发扬的愿望，对所发现的缺陷有设法克服的要求。如果把这种愿望和要求转化为实际行动，就是尝试改进探究方案。因此，在评估环节中，“有评估探究过程和探究结果的意识”、“有从评估中吸取经验教训的意识”、“尝试改进探究方案”[2]等对学生的基本要求构成了一种递进的关系。
在“压缩气体，气体内能增加”的实验中，筒内易燃物产生的明亮的火花给学生留下了鲜明、深刻的印象。然而，实验研究的对象是什么？为什么筒内要放入易燃物？为什么要迅速下压活塞？气体内能的变化究竟是由压缩气体做功，还是由活塞与筒壁摩擦做功引起的？面对这些重要问题，学生仍然不是很明确，因而必须通过评估来改进探究活动。我们可以尝试在筒内不放易燃物，再压缩筒内空气，要求学生判断空气的内能是否增加。这里可以提出一个改进探究方案的策略：怎样变“不可见”为“可见”？再引导学生应用实验探究中“先摩擦，再压缩”控制变量的方法：首先，拿一打气筒，先不要密封气体（松开气门芯），让活塞与筒壁反复摩擦多次，用手触摸筒壁，判断是否有暖热的感觉；然后，用手指盖住气门芯，并压缩筒内的气体，再用手触摸筒壁，判断是否有暖热的感觉。对比前后两次筒壁的温度，就可以得出气体内能变化的根本原因。

三
如何指导学生进行评估

要使学生获得对评估的正确认识，提高评估的能力，就应该让学生经历评估过程并从中获得体验。例如，让学生通过小组交流或全班交流的方式，讨论科学探究中存在的问题，而获取新的发现和提出改进的建议等。教师可围绕以下几个方面进行指导：
1  围绕实验探究活动开展评估
在科学探究中需要不断地对探究方案进行反思和改进，包括对“制订计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”这几个环节的评估。评估的具体内容是：（1）本探究方案需要解决什么问题？研究哪些物理量之间的关系，涉及这些物理量变化关系的数据是什么？哪些是常量，哪些是变量？（2）探究方案中所确定的实验方法，其原理是否科学？是否有利于收集数据？（3）探究方案中所选择的实验器材，是否有利于减小误差？（4）应该保持不变的物理量在实验中是否真正做到保持不变？（5）是否存在与整个实验数据的合理趋势相违背的个别异常数据？（6）实验数据能否有力地支持所得出的实验结论？
评估让学生去发现、去质疑、去对问题进行抽象与概括，以提高提出问题的能力；让学生去优化实验方法、选择实验器材、分析和控制变量、评价现有的方案，以提高猜想与假设的能力。
2  围绕相关信息的科学性开展评估
考虑到信息提供者的科学素养以及信息传播途径中的失真因素，教师应指导学生评估信息的科学性，提高对信息评估的意识和能力。
教师可指导学生从科学的角度来评估信息。例如，某电视传媒为了强调节能意识，主持人手拿理发店的电吹风机说：“……所节约的电能，足可以供××个这样的电吹风机同时工作。”这一说法混淆了功和功率的含义，不是科学的信息。此外，我们还可以从日常生活中常见物理量的数量级来发现信息中的科学性问题，如我们应对常用电器的功率和工作电流、各种声音的频率范围、汽车行驶的速度等物理量的大小有一个正确的认识和科学的判断。从“汽车的功率是几瓦、日光灯的电流是几十安培”的说法中，能够判断出数字或单位的表述出了问题。
3  围绕探究结果解释的科学性开展评估
教师应重视学生对科学解释的评估。学生之间的公开讨论、评议是提高评估能力的有效方法。为此，可以让学生提出并比较不同的解释，分析所收集的证据究竟支持哪种解释。学生可从以下两个方面评估探究结果：（1）评估基本论点和对应论点的解释、存在的问题和新发现等，把自己的探究发现与历史上的相似理论或者现代认知进行比较，找出不同之处，并讨论这些差异产生的原因；（2）评估探究结果的表述，包括文字、表格、图像、公式、插图等，并根据内容选择恰当的形式进行交流。如一个旨在说明气体导电性的实验（如图1）。让两个验电器一个带正电，另一个带负电，并使它们导电杆上的导电球相互靠近。当酒精灯移到两个导电球之间时，原来稳定张开的两个验电器指针迅速闭合为零。就这一现象产生的原因而言，确实是由于火焰使气体电离而使气体变为导体所致。但是，对实验结果进行反思可以发现，即使让两个验电器都带正电或都带负电，实验结果也是相同的。而让两个验电器中一个带正电、另一个带负电的做法，必然会产生错误的导向：现象是正电通过导电的气体与负电中和的结果。
通过这样的评估，无疑能避免轻信原理与结果相吻合的探究结果，最大程度地克服心理和理论预期对于探究活动的影响。由此可见，探究教学中如何融合确信与质疑，并给它们留下适当的空间，这是探究教学设计中不可忽视的一个重要内容。

4  通过练习强化学生的评估能力
学习者除从具体的评估活动中获得体验、形成对评估的正确认识外，还可以通过一定的练习来巩固、提高对探究过程的评估能力。小明在观察小球摆动时动能和势能转化的实验（如图2）中发现，小球每摆一个来回的时间似乎都相同。于是他产生了猜想，小球来回摆动一次所用的时间t：（1）可能跟小球质量m有关；（2）可能跟绳子长度l有关；（3）可能跟小球移开的距离s有关。
为验证自己的猜想，他在竖直的木板上画出方格，用瓶子代替小球，并在瓶内装大米以改变质量，则：
（1）除图所示的器材外还需要

、
；
（2）在测出不同条件下瓶子来回摆动一次所用的时间t后，得到表中的数据（表略）。为了研究t与l的关系，应选择序号为


的数据进行分析；
（3）通过分析实验数据可以得出初步的结论：t 与
有关，与

有关；
（4）实验中发现，瓶子摆动一次所用的时间很难测准，请你帮他想一个更准确的测量方法。
本题要求学生围绕实验对探究过程和方法进行评估：（1）对探究方案中所选择的实验器材进行评估；（2）分析并控制变量，并对整个实验数据的合理性作出评估；（3）对实验数据是否支持实验结论作出判断；（4）尝试改进探究方案。通过这样的练习设计，把一些评估的基本要素显性地呈现在学生面前，既可以使学生获得对评估方法的理性认识，又可以把对学生评估能力的培养延伸到课堂探究教学之外。



参考文献
[1]柴西琴.对探究教学的认识与思考[J].课程·教材·教法，2001（8）：16-19.
[2]廖伯琴，张大昌.全日制义务教育物理课程标准解读[M].武汉：湖北教育出版社，2002.47.