897-江苏 江阴华士实验 曾宝俊.ppt

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1、1,江苏 江阴华士实验 曾宝俊,实验是科学知识的来源，智慧是科学实验的女儿。,达芬奇,谈“科学实验”及 小学科学实验教学,2,师：怎么才能证明我们的想法呢？ 生：做实验！,科学课堂上最常听到的一句话,师：究竟是谁对谁错呢？ 生：做实验！,师：接下来你们想干什么呢？ 生：做实验！,3,然而，究竟什么是“做实验”？ 孩子们所谓的“做实验”指的是什么？,4,先来读一则故事： 谁雕刻的老鼠最逼真?,在一个遥远的国家，有两个杰出的木匠，他们的手艺都很好，难分高下。 国王决定举办一场比赛：限时三天，谁刻的老鼠最逼真，谁就是全国第一。,5,三天以后，第一位木匠刻的老鼠栩栩如生，纤毫毕现；第二位木匠刻的老鼠只

2、有老鼠的神态，却无老鼠的形象。 国王和大臣一致认为第一个木匠获胜。 但第二个木匠当庭抗议说：“决定一只老鼠像不像老鼠应该由猫决定。” 决定雕刻的“老鼠”像不像老鼠该由谁来决定？,6,国王就叫人找了几只猫来。 没有想到，所有的猫一放下来，就不约而同地扑向那只看起来不像老鼠的“老鼠”。 事实摆在面前，国王只好把“全国第一”的称号给了第二个木匠。,事实告诉我们： 课堂实际和教案设计是不一样的！ 孩子所说的做实验和成人不一样！,7,鉴定一只“老鼠”像不像真老鼠， 这些猫判断的标准是什么？,8,事后，第二个木匠向国王揭开了奥秘：他只不过是用鱼骨刻了老鼠罢了！ 猫在乎的根本不是像不像，而是腥味呀！,9,我

3、们在乎今天传授哪些科学知识 学生在乎今天在课堂上做了什么,就如同在今天常见的各种检查活动一样，检查团的人根本不在乎你改得好不好，而是在乎你对他的接待档次怎么样？档次高，检查结果好，档次低，检查出来的问题就多。对象不同，关注的重点就不同。那么，在课堂上究竟是科学知识重要，还是动手操作更重要呢？,10,再来看看孩子们所谓的 “做实验”,11,覆杯实验,把水倒进一只杯子里； 用一张纸盖住它的口； 迅速把杯子翻转过来； 杯里的水没有流出来。 有没有人怀疑这个实验？（没有） 有没有人做过这个实验？（有！） 有没有人没有做成功这个实验（有，一大片）,12,统计一下， 从数据中你可以发现什么？,13,孩子们

4、关注的重点是什么？,是不是只要把这个实验做成功就行了？ 比结论更重要的科学精神被放置到哪个角落了呢？,动手，却不问为什么？,14,糖放入水中会有什么变化？,水会变甜！（所有的孩子的第一答案！) 水会变色！（部分孩子的回答，但都认可！） 水会变粘！（同意，但表示怀疑！） 水会变多！（同意，少数人同意！） 水会变质！（水变成了糖水，个别人的观点！） 水会变重！（老师的观点，但很少学生同意！） 如何证明自己的观点？ 做实验！,15,请看孩子们的溶解实验,取一只空杯子； 把水倒进杯子； 把糖放入水中； 搅拌一下，观察水的变化。 这个实验过程有没有问题？,16,如何确定杯中“水”发生了,问题出在了哪儿？

5、是最后的“看”出了问题，还是一开始就出了问题？,？,变化,17,问题出在哪儿？,如何确定水变甜了先前尝了没有？ 如何确定水变色了先前看了没有？ 如何确定水变粘了先前摸了没有？ 如何确定水变多了先前做记号了吗？ 如何确定水变重了先前称了没有？,18,细细筛一筛课堂,看几个镜头!,19,镜头回放：摩擦起电,实验前猜测：同极相斥，异极相吸； 结果：同极相“吸”，异极相“斥”。 师：那我们就算它同极相斥，异极相吸吧！ 教师如此回答，对孩子的损失是什么？ 20年前，课堂上出现如此严重的问题似乎可以理解。可是到了今天，仍有这样那样的镜头,20,镜头二：导体和绝缘体,孩子们分组实验，把各种物品连入电路检测器

6、，根据小灯泡的亮灭判断此物品是否能通过电流。A组填写了检测记录表。,可是对于第一次检测铁片为什么不亮，交流时没有一人对此提出疑议。 你的课堂是否也有如此现象？,21,镜头三：校园里的小动物,一个小组的孩子们观察一种白色昆虫。A组孩子描述：。在组长的提议下，大家一致同意“不知名昆虫”的说法。 交流时，前面各组都认为这是蝴蝶。 轮到A组组长发言时竞说：“我们也认为这是蝴蝶。” 孩子，你为什么不说“自己的话”？,22,镜头四：使沉在水底的物体浮起来,师把同一个马铃薯放入A盆浮；B盆沉。 生猜测：A盆清水；B盆盐水。 孩子们分组配制盐水，发现：放入其中的马铃薯真的浮起来了！ 孩子们判定：“我猜对了，B

7、盆里真的是盐水。” 可怕的是，老师竟说：“同学们真能干。”,23,镜头五：研究指纹 ,师：下面我们分组实验，观察指纹。 孩子们分组观察 师小结：我们的研究结果认为每个人的指纹都不一样。 这真是本节课的研究成果吗？ 接下来，老师创设情境：指纹破案。 课堂里真能“指纹破案”吗？,24,什么行为才是“实验”,并不是课堂上所有的活动都是科学实验！ 怎样的活动才具有科学实验特有的性质？,？,25,人类总是努力的扮演着科学家的角色，企图了解形成某种现象或行为的主要原因。,人类对真相的探索 (Human Inquiry of Reality),描述规律性 Describe,解释原因 Explain,预测现象

8、 Predict,控制现象 Control,26,给实验一个相应的位置,27,从“观察”谈起观察对于科学探究的重要性,科学研究的目的是为了描述和解释世界，而描述和解释世界的途径就是观察和实验（实验可以看成是“借助于仪器的观察），因此观察是任何科学研究的基础。,张红霞：科学究竟是什么教育科学出版社 p62，p66,经过科学家抽象出来的、排除与所关心的科学问题无关的影响因素的观察便是实验。实验可以说是人造的观察、也可以说是一种有结构的观察。,28,如果抓不住做实验过程中“做”的本质，课堂上的“动手”就会大打折扣！,由此追思“做 ”的本质,29,实验不是简单的动手做,实验是有特定目的的动手“做”，做

9、的过程是一个设计环境的过程，做的目的是要看到你想要看到的内容，是为了证明内心深处的结论。实验，很像人们创作、导演的电影戏剧，但真正的表演者并不是人，而是各种各样的物质，各种不以人的意志转移而只遵循自己规律进行活动的物质。,30,实验究竟应该怎么“做”,“实验”是人们为了验证假说（或学说、某一想法）或企图发现新现象而做的一个有目的性的探测，也就是把事件发生的必要条件设计出来，而使事件必然地发生。,31,先来回顾一个重要的争论,先动手PK先思考,两个小例子：,2006年，章鼎儿老师在华士的评课,2008年，我放在博客上的一次争论,32,一炷香燃烧多上时间的意义,实验虽然简单，但是简单上的实验不能简

10、单地做 从简单的实验里体悟科学思维的魅力 从日常的现象里发现科学存在于生活 从传统的材料里挖掘中华文明的曙光 我的着眼点：方法、科学史、科学精神,33,章老师的评课促使我深入地思考一个问题先动手还是先动脑？,我曾经这样想过： 学生动手了，一定是在探究吗？ 给学生时间了，学生一定会利用这些时间吗？ 基于这样的考虑，我开始观察课堂,34,对简单电路一课的实践，让我的思路开始明朗起来,“如何点亮小灯泡”的两个思路 先放手，让学生自己用各种的方法点亮小灯泡，然后再让学生回顾是如何点亮的？ 先让学生画出点亮的方法，然后学生根据自己的图画检验自己的想法，并在此基础上作调整。 这一次系统的思考让我确定了自己

11、的观点，不过还没有找到理论层面的依据,35,我在课堂上看到了什么？,第一种思路：孩子们一开始很热闹，一种方法不行，换另一种方法；点亮之后欢呼雀跃，问是如何点亮的，抓抓后脑勺，几乎没有学生能够完整描述刚才研究的过程。 第二种思路：孩子先是很安静，然后骚动，动手的时候，能够及时记录自己的调整的思路，有的学生已经能够从自己几次的尝试中发现规律了。,36,突然，想起一句重要的话蜜蜂建筑蜂房的本领使人间的许多建筑师惭愧。 但是，最蹩脚的建筑师从一开始也比最灵巧的蜜蜂高明，因为人在建造房子之前，头脑中已经有了一个房子,没有思考的动手就如同蜜蜂造房子一样，虽然会精巧，但却头脑却糊涂,37,再回首，茫然回顾

12、再回首，梦醒时分,再回首，追问什么是动手的本质？,38,“草包族”,这是一个发生在二战时期真实的故事,反思科学课堂现象，想起一个笑料,39,草包族的故事,第二次世界大战期间，美国海军为了太平洋战场的利益，于1943年占领了南太平洋上的一个小岛。 这个岛上有一些土著的原始部落，在美国海军陆战队上岛之前，他们没有机会接触外来的文明，只困守一岛，每天伴随着蓝天、海鸥和无尽的波涛，岛上的居民一直生活得比较艰苦。,40,美国海军陆战队上岛以后，一下子带来了那么发达的科学技术，土著人看见：轰轰飞行的飞机降落在新修的简易机场上，运来了大量的物资。 尤使土著人感兴趣的是，飞机运来了各种食物，使那些穿着稀奇古怪

13、服装的人，每天几乎不用劳动就能吃上那样好的食品。 他们觉得，所有的奥妙都来自那些飞机，飞机会自动生产出各种食物，就像神话中的“聚宝盆”，好东西一个劲地往外搬，就是搬不完。,41,但是没过多久，由于战略上的原因，美军放弃了这个小岛。 土著人怀着复杂的心情看着那些“神人”坐着飞机，消失在茫茫的蓝天碧海之间。 这个小岛很快被现代文明遗忘了，再没有人去注意它的存在。 然而，这个小岛及岛上的原始土著居民却永远也忘不了现代文明给他们带来的深刻印象。,42,过了几十年，当一支考察队登上这个小岛时，出现在他们眼前的情景使他们大为惊讶：这些岛上的居民竟然凭着记忆力，用草木扎成了一个飞机模型，并在这个飞机模型前修

14、了一条像飞机跑道一样的道路。 不仅如此，这些居民每年还在飞机模型旁举行隆重的宗教祭祀活动，眼巴巴盼着那些驾着飞机的“神”能再一次光临小岛。,43,无疑，美国海军陆战队队员及飞机都成了小岛居民心目中的“神”和“神器”。,每当祭祀时，那些年老的人就会向年轻的一辈讲述这样一个“神话”：某年有一些神人，骑着飞龙，来到了这个岛上,44,“他们完全学足了科学研究的外表，但是事实上缺乏了最重要的部分” They learned fully the Appearance Of science research, but the fact is that they lose the most important

15、 part.,草包族故事的启发（A Story）,45,实验在人类文明史上的地位,原始文明的发祥源森林里 古代文明的发祥源河流边 近代文明的发祥源实验室,46,“实验”的历史,近代以来的科学，又被称为“实验科学”，每年一度的诺贝尔科学奖，基本上来自实验室。,47,伽利略被誉为“近代实验科学的奠基人”，他的成果无一不是通过实验得到的，正是由于在此基础上，牛顿才能得以进行理论概括与总结，构建起现代科学大厦。,科学实验的重要人物伽利略 实验是经典科学体系确立的标志,48,近代自然科学以哥白尼的“太阳中心说”和维萨里关于人体结构的理论为开端，以在伽利略、开普勒等人的实验科学基础上建立的牛顿力学为标志,

16、49,R.培根：只有实验才能认识真理！ F.培根：使实验和理性更密切更纯粹的结合！,最先提出实验在科学研究中地位的两位思想家,“科学研究，既不能像蚂蚁（经验主义）那样只知道收集事实；也不能像蜘蛛（逻辑主义）那样精心编织一张只能自我欣赏对实际却毫无用处的网，而应该像蜜蜂那样既善于采集，又能酿蜜，这两种能力之间，唯有实验。”,F.培根,50,伽利略的经典实验 两个铁球同时落下,1590年的一天早晨，25岁的意大利科学家伽利略健步登上了50多米高的比萨斜塔。他的右手拿一个10磅重的铁球，左手拿一个1磅重的铁球，他将在斜塔上做物体自由落体的实验，来验证古希腊杰出学者亚里斯多德某一理论的错误。” 这是许

17、多书上的一个内容,51,还原历史,让一块石块和一张纸从同样高度自由落下，会看到什么现象？ 石块先落地。 结论：重物比轻物落的快！ 2000多年的亚里士多德就是这样认为的：在没有媒质的情况下，物体下落的速度由它们的轻重决定的，重物比轻物落的快。,52,曾经有不少人对此表示怀疑,哲学教授包罗 数学家莫勒第 但是不敢触犯被当时宗教笃信的亚里士多德的教义,Aristotle，公元前384公元前322,53,亚里士多德的观点： 没有媒质（空气）作用的 自由落体运动下，重物比轻物 落得快。 问题是：这是一种理想状态，在当时的条件下，根本无法进行实证检验。 伽利略是怎样推翻亚里士多德结论的呢？,54,伽利略

18、真的做实验了吗？,搜集分析资料,理论依据,建 立 假 设,推 演 结 论,伽利略 (1564-1642),根据伽利略的思考,自由落体定律,g = 9.80 m/s2,55,简单推理故事靠不住了,首先，这一说法来自伽利略晚年的学生维维安尼，他1639年17岁时来到伽利略身边，此时伽利略已经双目失明，只能口授。 其次，如果伽利略真的做了这个实验，时间应该在比萨大学任教期间，但是该大学根本没有对此事的记载。 即使，伽利略做了此项实验，也不能否定亚里士多德的理论，因为实验是在空气中进行的。,56,伽利略的武器之一：逻辑推理,将轻、重物体捆绑在一起落下来。 根据重物比轻物落得快的说法，捆绑物比重物落得更

19、快； 根据轻物比重物落得慢的说法，重物将被轻物拉着，使得捆绑物比重物落得更慢。 互相矛盾的结果将亚里士多德的理论证谬。 出自伽利略1638年两种新科学的对话,57,伽利略的武器之二：实验验证,作了多次的斜面实验。 并用逻辑推理的方法处理实验结果，确立自由落体定律。 从而推翻了亚里士多德的理论。 从亚里士多德到伽利略，这个观点经历了约2000年。,58,现在的证据,中学课堂，老师用抽成真空的玻璃管做实验。 1971年，美国宇航员斯科特在月球上，让一把锤子和一根羽毛同时落下，结果同落地。 1999年，诺贝尔奖获得者朱棣文用原子代替一般重物，精度提高了100万倍，结果“同时落地”，这个结果发表在自然

20、杂志上。,59,新的探索还在进行,匈牙利物理学家厄缶和合作者，进行了30多年的精确测定实验，以图找出物体的重力加速度是否因材料不同而不同，结果表明差异小于1%。 美国2位物理学家撰文指出，根据量子场论的计算，推导出不同重量的物体具有不同的下落加速度。,根据狄克方程和量子辐射场理论计算得出：引力加速度与质量和温度有关，因而轻、热的物体总比重、冷的物体下落的慢。 由此可见，伽利略经典的理论也受到了质疑：人们在这种质疑中达到更高的认识层次。,60,这个例子说明什么？,逻辑推理获得理论上的证据； 科学实验获得事实上的证据； 结果的得出是建立在充足的、令人信服的证据基础之上。 这种思维方式就是理性思维，

21、科学的结论是理性思维的结果。,61,实验的起源看实验的本质,人类认识世界是一个怎样的过程？ 发现规律描述 预测世界验证,做实验,希望看到,现象,62,规 划,证 据,结 论,一次实验的三个阶段、三个要点,科学实验是一个收集证据，从证据中发现规律的过程,问题、假设与方法,观察、测量与记录,分析、归纳与解释,63,实验探险,实验之前，重在规划 实验不等于探险，实验之前一定有一个完整的计划，对预期的结果有一个清晰的描述 而探险则对未来一无所知，不知道会看到什么，所谓探险发现的新东西，则是和自己已有的旧东西相比较而言，探险的另一个近义词是“考察”。,64,回答一个鸡生蛋蛋生鸡的问题先动手还是先思考,实

22、验前合理规划 是做实验的灵魂,爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个更重要。因为，解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想像力，它标志着科学的真正的进步。”,在科学实验过程里，设计出一个新颖的实验要比做一次实验更重要，因为设计实验体现出一种思维的创造性，体现出思维的周密性，更体现出科学的一种独创性，一种独特的探究的魅力。,65,实验之前的动脑设计规划的思维价值要远远高于实验之中动手操作的思维价值,创新pk技术,66,实验之前动脑的价值所在,明确自己要做什么目的，解决的是一个什么问题 梳理影响实验的因素控制条件，排列出各种可能性 体验规划过程中的思维价值

23、,67,煮鸡蛋需要多长时间？,研究方法煮 观察目标蛋黄 简单思维：先煮后看 思考：看到凝固说明什么？能否确定？ 如何周密思维？,68,再举一个例子：人呼吸是为什么？,呼吸和哪些器官有关？ 吸进去的气体和呼出来的气息是同一种气体吗？ 如何证明？ 如果是同一种气体会怎样？ 如果不是又会怎样？ 实际上就是比较两种气体,69,如何比较请作周密规划！,第一步，收集呼出来的气体,呼出来的气体,吸进来的气体,比较呼出来的气体和空气有什么不同,利用呼出来的气体做几个实验！,70,如何体验周密规划中的思维价值？,曾经做过哪些有关气体的实验？ 氧气能够支持燃烧试验 二氧化碳能够使澄清的石灰水变混 等到了实际操作的

24、时候，已经没有了什么思维价值了！因此我们在实验过程中要更加关注什么？不是做，而是思,71,会做规划，就会做实验，因为剩下的仅仅是操作层面的事情了!,遵守实验过程的规划，科学精神的培养 有条理，守秩序，操作时科学动手能力形成的路径 实事求是，如实记录，尊重结果，促使科学品质形成,科学性的“记述”是将事实做精确的描述，使不同的人均能由它解读到相同的事实。,72,实验过程中的关键点记录,自己的想法，假设的可能； 观察的对象，实验的过程； 自己的结论，自我的评价； 思维的再现 证据的获得 结论的提升 评价的依据,记录的内容,记录的作用,73,还是从一个课例说起,影响圆球从斜坡上滚落远近的因素是什么？,

25、首先，学生给出一些假定性的判断轻重,轻重如何影响？,轻,重,远 近,远 近,自变量,应变量,74,实验规划思考设计,多高？多长？ 测量什么滚多远？ 测量几次为什么？,轻重不同的小球放在什么样的斜坡上滚下来？,设计完毕，实验记录上必须让孩子们记录什么？,改变的重量,第一次多重,第二次多重,第三次多重,测量的多远,第一次多远,第二次多远,第三次多远,75,如何设计实验记录,76,如何设计实验记录,77,设计实验记录的原则合理留白,尽可能地做到形式多样 尽可能地推敲记录内容 尽可能地为学生留空白 尽可能多地给学生信息 尽可能地让学生少写字 不要只给一张光板白纸 不要局限记录纸的功能,78,记录纸还可

26、以调控学生的哪些行为？,从下面这张记录纸上的评价项目中，孩子可以获得哪些信息？他会调控自己的哪些行为？他会往哪个方面去努力？,蚂蚁观察评价项目,79,设计实验记录也是一种特别的训练，也可以利用实验记录提供给学生一个科学思维的范式,充分利用实验记录的育人功能，有重点，有关键，有规划，有结果,80,动手之后做什么？,整理数据 寻找规律 总结提升 公布结果,81,从卢瑟福发现原子结构的实验说起,最初人们认为原子模型像一块嵌满葡萄干的蛋 糕，但是卢瑟福的一次实验改变了人们的看法,葡萄干布丁模型 汤姆逊,82,卢瑟福做了一个怎样的实验？,最初，卢瑟福也是赞同汤姆逊的模型的 不过，汤姆逊的模型不能解决一些

27、现象 它不能解释射线的大角度散射现象 1909年3月，卢瑟福用镭作放射源，进行粒子穿射金属箔（先后用了金箔和铂箔）的实验，精心测量数量极少的大角度散射粒子。,83,实验会是怎样的结果,预测：粒子会发生“无规则”的散射现象。 结果：发现约有八千分之一的入射粒子发生大角度偏转，偏转角平均为90。 其中特例：有的甚至反弹回来。 粒子的这种超过90的反常的散射现象，使卢琴福十分惊讶，虽然他事前对大角度散射做过一些推测。 实验并没有得到“预期”的结果！,84,卢瑟福如何处理这些数据的？,1910年12月，卢瑟福对大角度散射过程的受力关系进行计算，重新排列，重新设想一种新的原子结构模式,穿越击中原子核外围

28、四周 偏折击中原子核中间四周 折返击中原子核的正当中,85,看到自己想看的东西 尊重自己看到的东西,从卢瑟福的实验中得到的启示,86,结论的关键就在于是否尊重实际观测所得到的结果和数据！,我写过的一篇文章科学课堂不能预设答案 尊重思维，教给方法，绘制图表 引导发现：重复之处、共同趋向 比照最初的假设，得出自己的结论， 而不是科学的定论！,87,对实验结果的三种态度：,坚持假设，不接受实验结果 抛弃假设，接受实验结果 重新做，怀疑过程，不接受结果，也不相信假设,88,最容易被忽视的一个步骤发表,公开的目的希望别人接受，使别人相信 评价一个结果的真实性，除了结论是否符合逻辑，还有过程是否严谨 公开的一个重点如何使别人相信 公开的一个难点接受别人的质疑,89,请你设计一个实验，探究蜗牛什么情况缩在壳里睡大觉？ 什么情况四出到处打探？,90,谢谢聆听 欢迎指教,江阴市华士实验小学 曾宝俊 E-mail: 博客：百度-曾宝俊-风疏竹影,