引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)實(shí)踐過(guò)程

探索兒童的科學(xué)之二十六

《擺的研究》是一節(jié)非常典型的科學(xué)探究課，在本節(jié)課的教學(xué)活動(dòng)中，我試圖充分引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷完整的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程。

一、注重本課在《時(shí)間測(cè)量》單元的地位與作用

《時(shí)間測(cè)量》單元要求學(xué)生使用一些測(cè)量時(shí)間的重要器材做實(shí)驗(yàn)，使他們?cè)谘芯俊⒅谱饔?jì)時(shí)工具的實(shí)踐過(guò)程中，了解計(jì)時(shí)儀器的發(fā)展史，認(rèn)識(shí)技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的作用。本單元前五課是了解認(rèn)識(shí)一些計(jì)時(shí)工具，并知道它們的相關(guān)發(fā)展史。后三課是研究制作具體的計(jì)時(shí)工具，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)擺鐘的制造原理和設(shè)計(jì)進(jìn)行更為深入的研究和探索。《擺的研究》是后面部分的起始課或基礎(chǔ)課，是為后面的制作打基礎(chǔ)的。在設(shè)計(jì)這節(jié)課的時(shí)候，一定要考慮擺的研究在時(shí)間測(cè)量上的意義，不能只是為了研究擺擺動(dòng)的規(guī)律。

另外，從實(shí)踐的角度來(lái)說(shuō)，擺的研究給孩子們創(chuàng)設(shè)了一個(gè)實(shí)踐的情境，通過(guò)對(duì)擺的研究，學(xué)生能不能設(shè)計(jì)一個(gè)具有等時(shí)性的工具來(lái)計(jì)量時(shí)間呢？如果學(xué)生整體設(shè)計(jì)思路和他們的研究過(guò)程，論證的核心是建立在這個(gè)基礎(chǔ)之上的，則這節(jié)課就是有價(jià)值的，這對(duì)學(xué)生理解擺鐘原理和設(shè)計(jì)制作擺鐘起著重要的作用。

二、依據(jù)學(xué)生實(shí)際水平有效處理教材

1.合理取舍教學(xué)內(nèi)容

之前，學(xué)生們已經(jīng)觀察過(guò)擺鐘的擺和自己的擺，他們會(huì)聯(lián)想到擺的快慢可能與擺錘、擺線、擺幅等因素有關(guān)。本課學(xué)生將就擺的快慢與什么因素有關(guān)進(jìn)行討論與思考，并驗(yàn)證自己的一些猜測(cè)，在探究的過(guò)程中排除一些猜測(cè)，修正自己的想法。如果每組同學(xué)對(duì)每個(gè)猜想都進(jìn)行驗(yàn)證，課堂時(shí)間不夠，而且從猜想到驗(yàn)證，學(xué)生往往只是關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程，容易忽視事先制定的實(shí)驗(yàn)方案。針對(duì)以上問(wèn)題，我將本課教學(xué)活動(dòng)定位于“研究擺的快慢與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和交流”上面。對(duì)于擺錘、擺線、擺幅因素，讓學(xué)生自主選擇確定一個(gè)因素進(jìn)行深入研究，這樣就保證了學(xué)生在課堂上能夠扎實(shí)有效地開(kāi)展探究活動(dòng)，而不是停留于表面上的熱熱鬧鬧，又讓學(xué)生懂得舉一反三，在課外能更好地開(kāi)展探究活動(dòng)。

2.創(chuàng)新設(shè)計(jì)“擺長(zhǎng)”實(shí)驗(yàn)

在探究“擺長(zhǎng)”這個(gè)因素時(shí)，教材上是用“繩長(zhǎng)”或“擺繩長(zhǎng)度”替代“擺長(zhǎng)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行表述的。這樣設(shè)置的意圖是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)和對(duì)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)識(shí)到影響擺動(dòng)快慢的因素是“擺繩的長(zhǎng)度”——越長(zhǎng)越慢，越短越快。這個(gè)貌似正確的結(jié)論是否就是科學(xué)的結(jié)論呢？我設(shè)計(jì)了一個(gè)新的情境使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)識(shí)沖突——繩長(zhǎng)相同時(shí)，擺的快慢怎么又不同了？為避免擺錘重量不同的問(wèn)題，此處材料選用相同大小的兩塊橡皮泥，一塊捏成球形，另一塊捏成長(zhǎng)條形。擺繩的下端分別掛個(gè)回形針以固定橡皮泥。讓學(xué)生在這兩個(gè)擺錘上用牙簽把重心表示出來(lái)（球形的重心在球心處，長(zhǎng)方形的重心在兩條對(duì)角線的交點(diǎn)上），這樣就容易闡明擺繩長(zhǎng)度與“擺長(zhǎng)”是不同的概念了。

3.注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

（1）在研究擺的快慢與擺繩長(zhǎng)度關(guān)系時(shí)需要二次系繩，使用彈性差且較柔軟的棉線，摩擦力更小一些，實(shí)驗(yàn)效果更準(zhǔn)確；用小夾子直接夾在鐵架臺(tái)的橫梁上，就不需要系繩，可快速增加繩長(zhǎng)，不會(huì)讓學(xué)生認(rèn)為不是同一個(gè)擺，提高了實(shí)驗(yàn)的公平性，節(jié)省了探究時(shí)間。

（2）在研究擺的快慢與擺錘重量關(guān)系時(shí)，一般用重量一樣的螺帽直接掛在鐵絲折成的掛鉤上來(lái)成倍地改變重量，但是螺帽的重疊無(wú)形中增加了擺長(zhǎng)。如果用重量一樣的環(huán)形磁鐵代替螺帽作擺錘，增加擺錘重量時(shí)直接將環(huán)形磁鐵輕輕地吸在側(cè)面就能改變擺錘重量，保證了擺長(zhǎng)的一致，控制了變量，大大提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

（3）在把擺幅當(dāng)成不變量研究其他變量時(shí)，用量角器將擺幅控制在5度內(nèi)。擺幅本身就是一個(gè)變化著的因素，每一次來(lái)回?cái)[動(dòng)肯定是不一樣的。事實(shí)上，在高中的物理中，擺幅小于5度的單擺運(yùn)動(dòng)是簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)周期跟擺長(zhǎng)的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比。單擺的振動(dòng)周期跟振幅的大小沒(méi)有關(guān)系，即在擺幅小于5度的前提下，單擺的振動(dòng)周期都相同。單擺才具有等時(shí)性與周期性，也就是幅度越大，擺的速度越快，這樣才能在相同時(shí)間內(nèi)擺的次數(shù)一樣。

所以，小學(xué)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)，單憑實(shí)驗(yàn)室的儀器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，有很多實(shí)驗(yàn)材料需要教師提前收集、加工制作，才能提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

三、用科學(xué)的數(shù)據(jù)處理形成證據(jù)鏈

本課教學(xué)，常會(huì)遇到因收集的數(shù)據(jù)千差萬(wàn)別而無(wú)法得出科學(xué)結(jié)論的窘?jīng)r。為了避免上述情況，我重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面，以便快速形成證據(jù)鏈。

1.尊重每組數(shù)據(jù)的真實(shí)性

本課在研究擺的快慢與擺錘重量關(guān)系時(shí)，教師把各組數(shù)據(jù)記錄表投影展示，各種重量的擺錘在相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)差不多，但有一組明顯地顯示擺錘越重，相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)越少。這時(shí)，教師不能直接說(shuō)這個(gè)組的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，而要引導(dǎo)所有學(xué)生尋找這組數(shù)據(jù)出現(xiàn)問(wèn)題的原因，分析是實(shí)驗(yàn)方法錯(cuò)誤還是實(shí)驗(yàn)器材導(dǎo)致的。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，再讓這組重新做實(shí)驗(yàn)，也給其他組提供一個(gè)錯(cuò)誤的實(shí)例，免得大家發(fā)生同樣的問(wèn)題。

2.數(shù)據(jù)處理要快速、高效

數(shù)據(jù)的匯報(bào)和展示能否高效，直接關(guān)系到分析研討能否深入展開(kāi)，影響到整堂課能否實(shí)現(xiàn)深入探究。本課中，研究擺的快慢是否與擺錘重量、擺繩長(zhǎng)度有關(guān)的兩張記錄表格，里面的數(shù)據(jù)有很多項(xiàng)，如果讓學(xué)生口頭匯報(bào)，不僅費(fèi)時(shí)，而且不易聽(tīng)明白。而采用實(shí)物投影的方法，短短幾分鐘，不論是橫向處理還是縱向處理數(shù)據(jù)，大家都了然于心。

3.機(jī)智處理實(shí)驗(yàn)誤差

本課中最容易出現(xiàn)的是誤差問(wèn)題。在學(xué)生研究擺長(zhǎng)時(shí)，15秒內(nèi)擺擺動(dòng)次數(shù)相差1次，第二次實(shí)驗(yàn)相差2次，第三次又相差1次，那么到底相差1次是誤差還是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，許多學(xué)生認(rèn)為這是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。此時(shí)，應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生多測(cè)試幾次，并延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，如果15秒相差1次，那么再做1次，30秒相差多少？1分鐘是不是相差4次？假如1分鐘相差4次，那就是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，假如1分鐘也只是相差1次呢？那就是誤差，學(xué)生一試便知。

四、注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法

科學(xué)學(xué)習(xí)是以科學(xué)探究為核心，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)實(shí)踐的過(guò)程。讓學(xué)生充分經(jīng)歷“問(wèn)題發(fā)現(xiàn)——猜測(cè)假設(shè)——方案設(shè)計(jì)——實(shí)驗(yàn)探究——數(shù)據(jù)分析——得出結(jié)論——解決問(wèn)題——產(chǎn)生新問(wèn)題——拓展研究” 這樣的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程是至關(guān)重要的。

本課中，我注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)方法，比如：學(xué)生通過(guò)游戲比賽的形式玩擺，發(fā)現(xiàn)不同的擺在相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)不一樣，從而引出問(wèn)題；有理有據(jù)地猜想擺的快慢和什么因素有關(guān)；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以小組為單位選擇一個(gè)最感興趣的猜想為研究?jī)?nèi)容，先自己思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，再小組討論如何完成實(shí)驗(yàn)，最后小組展示實(shí)驗(yàn)方案，全班交流并集中篩選最佳方案；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證放手讓學(xué)生自主探究合作完成，讓他們學(xué)會(huì)科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、合理分工、合作探究、數(shù)據(jù)分析等方法，養(yǎng)成科學(xué)探究的良好習(xí)慣；解決兩個(gè)擺繩一樣而擺錘不一樣的擺擺動(dòng)快慢問(wèn)題時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與之前所得到的結(jié)論沖突而產(chǎn)生新問(wèn)題，再次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，得出最終結(jié)論。

在課后研討時(shí)，浙江慈溪王燕鋒老師認(rèn)為：“可以用擺動(dòng)相同的次數(shù)，看它使用時(shí)間的多少來(lái)說(shuō)明擺動(dòng)的快慢。”北京賈欣老師認(rèn)為：“在設(shè)計(jì)這節(jié)課的時(shí)候，一定要考慮這個(gè)單元叫做時(shí)間的測(cè)量，而不是為了研究擺到底有怎樣的規(guī)律……孩子們始終在關(guān)注等時(shí)性這個(gè)問(wèn)題，我覺(jué)得老師引導(dǎo)時(shí)在這個(gè)點(diǎn)上有考慮、有設(shè)計(jì)，還可以把這件事做得更好。”深圳童海云老師建議可以借助“點(diǎn)陣圖”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，浙江喻伯軍老師提到的如何正確看待“誤差”問(wèn)題等，都給我提供了新的思路，也為后續(xù)進(jìn)一步完善本課研究指明了方向。