警惕教學中的“偽探究”現象

不久前，筆者參加了一場名師培養對象觀摩課活動。在“勻速直線運動”教學中，執教者整體構思精巧，師生雙邊互動踴躍。然而對“數據處理”這一環節的處理卻欠妥。現談談我的一孔之見。

初中物理教學中的“數據處理”是在觀察現象的基礎上進行定量研究、發現規律的重要環節。它不僅能體現知識生成過程，有時還孕育著新發現。這就是新課程所倡導的探究式學習。然而許多教師常常不愿沉下心來，引導學生做“去偽存真”的仔細探究，而當發現實驗數據與預設有差異時，往往籠統地、輕易地歸結為“由于誤差”等原因，久而久之，會導致學生逐步養成不良的數據處理習慣，也會損害學生科學素養的養成。這就是新課程學習中的“偽探究”現象。

一、“偽探究”歸因

歸根究底，造成“偽探究”這一現象主要有兩個深層原因：

1.主觀預設的思維慣性忽略了對數據的科學處理

本課的教學重點是研究氣泡的運動規律。執教老師的思路是先讓學生觀察氣泡的運動，由于課前老師是精心準備的，氣泡的運動給學生的最初直觀印象是近似“快慢如一”，然而僅憑感覺是不可靠的，要準確研究它的運動，必須進行測量。然后便進入到學生分組對管中氣泡動手測量探究的環節。老師對學生測量的結果是有心理預設的：“氣泡相同路程運動時間是近似相等的”，從而理所當然地推出：若不計實驗誤差，氣泡的運動應該是勻速直線運動，于是教程過渡到研究勻速直線運動的特點。以上老師對學生測量結果的心理預設，由此而帶來的思維慣性，往往會導致師生對實驗數據處理的失當。

當時課堂的實況是學生測出來的數據五花八門，出入較大，這本屬于正常現象，但是老師卻以“由于誤差”為由避談了很多問題，回避了許多數據處理的分析過程。不僅如此，課堂實況中，該老師從眾多的數據中，挑出一組她認為比較滿意的數據進行了講解，數據如下表：

在分析數據時，老師啟發：后面3個數據差異不大，為什么0～10cm通過的時間是8.9s，與后面3組數據差別那么大呢？

該組同學答：可能是0刻度線太靠近底端了，氣泡仍在啟動加速期。老師對這一說法給予了充分肯定。我以為，這可能是執教老師一個精彩的預設，至少在選擇這組數據時有自己即興的預期。其實細一思量：如若是氣泡仍在啟動加速初期，那么0～10cm這段通過的時間應該要稍長一些才對啊，但這里的時間明顯是最短的。這是一個極其簡單的教學失誤，暴露了老師的心理預設帶來的思維慣性而忽略了對數據的科學分析。老師教學時往往極想往自己的預設答案上靠攏。其實，這位同學操作時是等氣泡過了0刻度線才啟動了計時秒表，是動作遲緩造成的。這一數據是人為操作不當造成的。

2.探究流于形式，掩蓋了諸多因素的探究

的確，簡單化的數據處理的好處很多，能節省很多時間，以便順利地朝自己預設的教學目標推進。但是本堂課學生實驗探究的數據參差不齊。掩蓋掉了哪些內容的探究呢？我大致歸納為這么幾種：

（1）由于涉及到距離的測量、時間的測量兩個物理量，在距離測量時，學生用的是記號筆，在刻畫時筆跡太粗，有的同學還會把剛涂上去的記號失手涂抹掉，不太清晰。在進行時間測量時，由于采用雙排10道電子記憶秒表，記錄氣泡運動到各點的時間，有的同學對左、中、右三個鍵的功能使用不太熟練，氣泡到了記號點時，手忙腳亂。

（2）由于“0”刻度的選取太靠近底端。

（3）氣泡有一定的大小，以哪個點為參照點開始計時也是個問題。

（4）每隔10cm測一次時間，間隔太短，學生來不及反應。

（5）操作時，有的學生拿玻璃管的手在晃動。

（6）學生實驗動手的能力也差異頗大，人為因素也較多。

以上僅屬于測量問題，還有一個更嚴肅的追問：實驗中氣泡進行的是勻速直線運動嗎？筆者觀察到執教老師玻璃管中用的是機油和汽油的混合液，似乎也不太均勻；氣泡運動時，時而還與管壁摩擦；隨著深度的變化，氣泡的形狀與體積也有些微的變化，這會導致浮力的大小發生改變。所以，撇開測量這一環節不談，氣泡本身就不是嚴格意義上的勻速直線運動，因此，學生測量的數據出入較大也就在所難免。而老師卻一概說成是“由于誤差”所致，這掩蓋了諸多問題的發現與研究，妨害的是學生動手實驗能力的培養。

二、去“偽”的路徑

既然氣泡的運動規律是那么不確定，導致測量差異的成因又很多，那么，本節課的教學目標怎么實現呢？

1.認識誤差的性質和成因

誤差一般分為三類：系統誤差、偶然誤差、過失誤差。系統誤差指在測量和實驗中，未發現或未確定的因素引起的誤差。這些因素影響的結果永遠朝一個方向偏移，當實驗條件一經確定，系統誤差就獲得一個宏觀上的恒定值。比如，彈簧測力計若未校零，指針在零刻度線之下，則測量結果會一直偏大。本節中氣泡的體積會隨深度的減小而增大，導致浮力變大，這個因素會使氣泡的運動變快。偶然因素又叫隨機誤差，是指在對已消除系統誤差的一切量值的觀測中，所測數據仍會時大時小，沒有確定的規律，且無法控制和補償。但是，倘若對某一量值做足夠多次的等精度測量后，就會發現，偶然誤差完全服從于統計規律，誤差的大小或正負的出現完全由概率決定。因此，隨著測量次數的增加，隨機誤差的算術平均值趨近于零。所以多次測量的平均值更接近于真值。過失誤差指由于粗心大意、過度疲勞或操作不正確等引起的誤差。由于心智水平發展不均衡，培養學生的實驗能力，顯得尤為重要。

在本節教學中，老師首先要精心準備，力求讓氣泡的運動接近勻速直線運動。氣泡的體積隨深度減小而增大，會導致浮力變大，但是，受到的阻力也同時變大。系統誤差可以通過反復試驗，相互抵償。比如，浮力大小，粘滯阻力，均與液體的密度有關，可以用汽油和機油的混合，改變混合比例，達成所需。氣泡運動時，玻璃管的晃動會影響運動路線，可以把玻璃板豎直安裝在鐵架臺上，既避免了人為的晃動，又因為豎直，能避免氣泡與試管壁的碰撞產生摩擦。另外，秒表的使用，一定要熟練；開始計時的零刻度線也可在老師實驗的基礎上提出大致參考值。

2.培養學生的科學品質

在實驗中，研究氣泡的運動可以多次研究，反復優化，找出能逼近氣泡真實運動的規律，這才是真實的探究過程，從中才能培養嚴謹的探究態度。有了這樣的科學素養，一生才能有所創造，有所創新。這也是我們教學的重點所在。培養學生嚴謹的科學態度，形成良好的科研習慣，遠比多教幾個知識點要受用得多。

事實上，許多科學發現就是源于能敏銳地發現數據的微小差異。19世紀末。英國物理學家瑞利發現：由氨制得的氮氣密度是1.2505kg/m3，由空氣制得的氮氣密度是1.2572kg/m3，前者比后者略小。拉姆賽在聽了瑞利的報告后提出：“空氣中可能還含有未知的、密度更大的成分。”瑞利和拉姆賽一起反復實驗，終于從空氣中制得的氮氣里分離出另一種當時還不為人知的氣體——氬。可見，科學的數據處理態度是獲得新發現的重要前提之一。如遇有差異就回避問題，常會丟失科學發現的良機。如若學生因此還學會了湊數據應付，甚至倒過來修改實驗數據，我們的教學則“罪莫大焉”，與素質教育的宗旨完全相悖。

（顧明華，南通市啟秀中學，226000）

責任編輯：趙赟