上海市科技教師課程

1、 上海市科技教師課程上海市科技教師課程發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)于科學(xué)探究的發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)于科學(xué)探究的 理念與實(shí)踐理念與實(shí)踐華東師范大學(xué)華東師范大學(xué) 王順義王順義一、引言：一、引言： 在科學(xué)技術(shù)教育活動(dòng)中突出科學(xué)探究的教學(xué)方式，是 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)技術(shù)教育的一個(gè)新亮點(diǎn)。這種教學(xué)方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力十分有效，它不僅對(duì)課堂教學(xué)適用，而且對(duì)課外科技活動(dòng)也同樣適用。 “能動(dòng)的過(guò)程”一語(yǔ)指的是體與腦的共同活動(dòng)。光是動(dòng)手活動(dòng)還不夠?qū)W生們還必須有動(dòng)腦的活動(dòng)?？茖W(xué)教學(xué)必須讓學(xué)生們參與以探究為目的的研究活動(dòng)，使他們同老師和同學(xué)一起相互啟發(fā)相互促進(jìn)。學(xué)生們需要將他們目前所掌握的科學(xué)知識(shí)同他們從多種

2、渠道獲得的科學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)；他們要把科學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于新的問(wèn)題里去；他們要參與解決問(wèn)題，參與做計(jì)劃，參與決策，參與小組討論；他們還要參與跟能動(dòng)的學(xué)習(xí)方法在原則上是完全一致的評(píng)價(jià)活動(dòng)。 ” 2 2、什么是、什么是“科學(xué)探究式教學(xué)”“科學(xué)探究式教學(xué)”？ 案例案例 1 1 制作小型地球儀制作小型地球儀 目標(biāo)目標(biāo)： 通過(guò)制作小型地球儀，能理解和演示地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能認(rèn) 識(shí)地軸和赤道平面的夾角（66.5）以及經(jīng)緯線的特點(diǎn)和經(jīng)緯 線的劃分。 材料：材料：乒乓球或其他球體，小木板或泡沫塑料，鉛絲，卡尺，量角器等。 要求：要求：1. 能制作出一臺(tái)小型地球儀 2. 能較正確地做成地軸與赤道平面為 66.5的夾角，

3、所畫的南 北回歸線和南北極圈位置基本正確。 3. 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，置放穩(wěn)定，經(jīng)緯線平直。 擴(kuò)展要求：畫上七大洲的輪廓。 制作過(guò)程說(shuō)明：制作過(guò)程說(shuō)明：制作過(guò)程中有三個(gè)關(guān)鍵：一是如何確定兩極的位置，二 是如何確定地軸和赤道平面的夾角，三是如何確定南北回歸線和 南北極圈的正確位置。 這個(gè)案例并不是一個(gè)真正的關(guān)于科學(xué)探究活動(dòng)的教學(xué)， 因?yàn)樗鼪](méi)有體現(xiàn)和包括科學(xué)探究活動(dòng)活動(dòng)的五個(gè)環(huán)節(jié)， 制作的程序是事先提示給學(xué)生的， 制作的材料和工具也是事先交給學(xué)生的， 學(xué)生只需要按圖索驥， 機(jī)械地操作一下就行了， 學(xué)生通過(guò)這種活動(dòng)并不能夠全面地提高自己的科學(xué)探究活動(dòng)能力。 案例案例 2 2 制作小型地球儀制作小型地球儀 讓學(xué)

4、生制作小型地球儀， 主要是提高學(xué)生進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和動(dòng)手實(shí)踐能力，學(xué)會(huì)運(yùn)用各種工具和材料，按照合理的流程完成制作過(guò)程。同時(shí)也讓學(xué)生學(xué)會(huì)制定評(píng)價(jià)方案，對(duì)小型地球儀進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)。 老師在上課時(shí)，出示預(yù)先制作的小型地球儀，以引起學(xué)生的興趣。并把學(xué)生分組，討論如何制作一個(gè)精巧的小型地球儀。 圖 1“乒乓球”地球儀 圖 2“紅蘿卜”地球儀 圖 3 在球上編織經(jīng)緯網(wǎng) 圖 4 用厚紙片做鑲嵌式地球儀 學(xué)生們的討論要解決以下問(wèn)題： 1用什么材料：如乒乓球或其他球狀體等。 2用什么工具：如要比較精確地做成地軸與公轉(zhuǎn)平面為 66.5的夾角， 則要用量角器； 如用泡沫塑料或者木板做底座則要用切割工具。 3達(dá)到什么目標(biāo)

5、：如要能轉(zhuǎn)動(dòng)，要畫上經(jīng)緯線等，由學(xué)生自己制定。 4確定工作計(jì)劃：可以要求學(xué)生用框圖來(lái)表示制作流程，明確分工和完成日期。 師生共同討論制作過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題： 如何確定兩極的位置？如何確定地軸和公轉(zhuǎn)平面的夾角？如何確定南北回歸線和南北極圈的正確位置？雖然學(xué)生尚未學(xué)過(guò)平面幾何，但還是會(huì)用量角器等工具達(dá)到目的的。在這些技術(shù)性問(wèn)題上，學(xué)生可以有很大的創(chuàng)造空間。 在制作完成小型地球儀后，在年級(jí)里舉行一次展覽， 讓學(xué)生自行編制評(píng)價(jià)方案。 以小組為單位設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)表， 各組經(jīng)過(guò)討論要確定一份統(tǒng)一的評(píng)價(jià)表， 評(píng)價(jià)表中的項(xiàng)目可以有：是否穩(wěn)定牢固，是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，夾角（665）是否正確，線條是否美觀，等等，每項(xiàng)內(nèi)

6、容均有不同的得分。 然后讓學(xué)生作評(píng)委， 評(píng)選出最佳的作品。 優(yōu)秀作品在下一屆的教學(xué)中可以成為范例進(jìn)行展示。 （引自科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)第 72 頁(yè)） 本案例就屬于一種較為典型的科學(xué)探究活動(dòng)活動(dòng)的案例，它基本上包括了科學(xué)探究活動(dòng)的主要環(huán)節(jié)；制作的材料和工具以及制作的流程均不作統(tǒng)一的規(guī)定；鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，因地制宜、就地取材地制作小型地球儀；鼓勵(lì)學(xué)生利用各種教育資源，包括請(qǐng)教有經(jīng)驗(yàn)的家長(zhǎng)給以幫助；要求學(xué)生有團(tuán)隊(duì)合作精神和科學(xué)的態(tài)度； 同時(shí)也注重培養(yǎng)學(xué)生自我評(píng)價(jià)的能力，初步掌握評(píng)價(jià)的科學(xué)方法，包括分解評(píng)價(jià)項(xiàng)目，確定評(píng)價(jià)等級(jí)，用比較精確的語(yǔ)言評(píng)述作品的優(yōu)缺點(diǎn)，這也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的一個(gè)重要方面。 二、二、

7、歷史上歷史上著名科學(xué)家著名科學(xué)家是怎樣進(jìn)行科學(xué)是怎樣進(jìn)行科學(xué)探究探究的的？ 發(fā)達(dá)國(guó)家提倡科學(xué)探究式學(xué)習(xí)，源于對(duì)科學(xué)家在科學(xué)研究活動(dòng)中探究過(guò)程和方法的模仿和借鑒。 其原因之一在于他們認(rèn)為， 探究性是科學(xué)知識(shí)形成過(guò)程的本質(zhì)特征，從而認(rèn)為科學(xué)探究既是基本的科學(xué)認(rèn)知方式，也是有效的教學(xué)方式。 1、伽利略、牛頓伽利略、牛頓等科學(xué)家的等科學(xué)家的科學(xué)探究全過(guò)程科學(xué)探究全過(guò)程 要弄清科學(xué)探究全過(guò)程，只需要看一看科學(xué)家是怎樣進(jìn)行科學(xué)研究的，因?yàn)檫@是考察科學(xué)探究的源頭。我們先以伽利略為例。我們知道，自由落體運(yùn)動(dòng)定律是由物理學(xué)家伽利略（Galieo）提出的。在提出這條定律之前他先提出了一條“勻加速物體運(yùn)動(dòng)定理” ，

8、這就是： “球在斜槽上滾動(dòng)時(shí)所通過(guò)的各種空間距離的比率與其時(shí)間間隔的平方的比率相同” 。將這條定理稍加推廣伽利略就得出了自由落體運(yùn)動(dòng)定律。那么伽利略是如何提出這條預(yù)備定理的呢？對(duì)此他在關(guān)于兩種新科學(xué)的對(duì)話一書中對(duì)其探究過(guò)程作了如下說(shuō)明： 伽利略伽利略探究的實(shí)驗(yàn)伽利略探究的實(shí)驗(yàn)“拿一塊 12 肘長(zhǎng)、半時(shí)寬、3 指厚的木板?？克倪吘壙桃坏兰s略大于一指定的小槽，把這個(gè)槽做到盡可能的直和光滑，里面墊上盡可能光滑的羊皮紙。然后拿一個(gè)硬的、光滑的、極圓的銅球，放在槽內(nèi)去滾。將這塊木板放在傾斜位置，使一端比另一端高一肘或二肘，再將銅球沿槽滾去，同時(shí)照下述的方法注意它降落的時(shí)間。我們把這實(shí)驗(yàn)多做幾次，使得時(shí)

9、間可以量得準(zhǔn)確，準(zhǔn)到兩次觀察結(jié)果相差不到一次脈搏的十分之一的地步。完成了這種動(dòng)作并確定了它的可靠性之后，我們現(xiàn)在將銅球放在槽的 14 長(zhǎng)度內(nèi)滾動(dòng)， 再量它的降落時(shí)間， 我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它恰等于上次時(shí)間的 12。我們?cè)儆闷渌鞣N距離作同樣的實(shí)驗(yàn)，以槽的全長(zhǎng)距離與12 長(zhǎng)的、23 長(zhǎng)的或其他任何長(zhǎng)度的距離相比，把實(shí)驗(yàn)重復(fù)一百次以后，我們總是發(fā)現(xiàn)：球所通過(guò)的各種空間距離的比率與其時(shí)間間隔的平方的比率相同，這在任何斜度的平面即該槽的任何斜面中都是一樣準(zhǔn)確的。我們也觀察到，球在各種不同斜度降落的時(shí)間，如我們即將看到的，其比率恰恰和作者所預(yù)言并論證的比率一樣。 ”（W.F. 馬吉， 物理學(xué)原著選讀 ，商務(wù)印書館

10、，1986 年版，第 13-14 頁(yè)） 只要仔細(xì)地分析伽利略的科學(xué)事例，我們就可以發(fā)現(xiàn)，伽利略為了解決落體問(wèn)題，第一步是進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察獲得大量有關(guān)自然現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、 數(shù)據(jù)。 第二步是對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)事實(shí)、 數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納推理，概括出具有一般性的科學(xué)原理即定律或理論。 如伽利略用簡(jiǎn)單枚舉歸納法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 概括出在相繼的相同時(shí)間間隔內(nèi)， 從斜面上滾下的小球所通過(guò)的距離與時(shí)間的平方成正比的規(guī)律， 而且這一規(guī)律與斜面的傾斜度無(wú)關(guān)。 第三步是檢驗(yàn)所得結(jié)論的正確性， 第四步是人們根據(jù)這些科學(xué)理論去說(shuō)明自然現(xiàn)象， 解決當(dāng)初要解決的問(wèn)題， 或者預(yù)測(cè)新的現(xiàn)象，這一步可以用演繹的方

11、法去完成，即以科學(xué)理論為大前提，通過(guò)三段論推理， 演繹出關(guān)于自然現(xiàn)象的有關(guān)陳述。 這就是創(chuàng)造性地認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象的一個(gè)完整的科學(xué)探究的過(guò)程。 伽利略的科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)過(guò)程 牛頓也是極力主張上述經(jīng)驗(yàn)主義的科學(xué)探究的認(rèn)識(shí)過(guò)程的，他曾經(jīng)在其劃時(shí)代的著作自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理中明確地表述過(guò)這種觀點(diǎn)。牛頓“在自然科學(xué)里，應(yīng)該像在數(shù)學(xué)里一樣，在研究困難的事物時(shí)，總是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后才用綜合的方法。這種分析方法包括做實(shí)驗(yàn)和觀察，用歸納法去從中作出普遍結(jié)論， 并且不使這些結(jié)論遭到異議， 除非這些異議來(lái)自實(shí)驗(yàn)或者其他可靠的真理方面。 雖然用歸納法來(lái)從實(shí)驗(yàn)和觀察中進(jìn)行論證不能算是普遍的結(jié)論， 但它是事物的本性所許可

12、的最好的論證方法， 并且隨著歸納的愈為普遍， 這種論證看來(lái)也愈為有力。 如果在許多現(xiàn)象中沒(méi)有出現(xiàn)例外，那末可以說(shuō)， 結(jié)論就是普遍的。 但是如果以后在任何時(shí)候從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了例外，那時(shí)就可以說(shuō)明有這樣或那樣的例外存在。 用這樣的分析方法， 我們就可以從復(fù)合物論證到它們的成份， 從運(yùn)動(dòng)到產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的力， 一般地說(shuō)， 從結(jié)果到原因，從特殊原因到普遍原因，一直論證到最普遍的原因?yàn)橹?。這就是分析的方法；而綜合的方法則假定原因已經(jīng)找到， 并且已把它們立為原理， 再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性。 ” （選自西方自然哲學(xué)原著選輯（三） ，主編王太慶等，北京大學(xué)出版社，1993 年版）

13、這種科學(xué)探究過(guò)程模式的特征可以歸結(jié)為兩條，一是非常強(qiáng)調(diào)“經(jīng)驗(yàn)事實(shí)”在整個(gè)科學(xué)研究程序中的奠基作用，它認(rèn)為如要認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象，必須先觀察自然現(xiàn)象，包括在實(shí)驗(yàn)中觀察自然現(xiàn)象，故它認(rèn)為觀察實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的起點(diǎn)。觀察、實(shí)驗(yàn)的目的，是為了獲得經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上才能歸納出理論，否則“巧婦難為無(wú)米之炊” 。二是非常強(qiáng)調(diào)“歸納”的認(rèn)識(shí)作用，認(rèn)為歸納就是科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)的邏輯通道，它認(rèn)為科學(xué)研究基于歸納方法。 2、庫(kù)侖、愛(ài)因斯坦庫(kù)侖、愛(ài)因斯坦等科學(xué)家的科學(xué)探究全過(guò)程等科學(xué)家的科學(xué)探究全過(guò)程 科學(xué)史告訴我們，科學(xué)家的科學(xué)探究過(guò)程的路徑是多種多樣的，并非只有伽利略這一種。例如我們知道，在電學(xué)理論中庫(kù)侖定律是一條

14、重要的定律。下面我們來(lái)看一下庫(kù)侖是如何探究出這一條定律的，其路徑與伽利略探究過(guò)程路徑有什么不同？ 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律適用條件適用條件 真空中點(diǎn)電荷真空中點(diǎn)電荷庫(kù)侖定律 兩個(gè)靜止的帶電體之間存在作用力，稱為靜電力。庫(kù)侖定律定量描述了真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的靜電力。定律指出：真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間相互作用力的大小與這兩個(gè)點(diǎn)電荷所帶電量的乘積成正比，與它們之間的距離的平方成反比。作用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線，同號(hào)電荷相互排斥，異號(hào)電荷相互吸引。 ，其中稱為真空中的介電常數(shù)， 是由施力電荷指向受力電荷的矢徑方向的單位矢量。0221rrqqkFF 041 k，2121201085. 8 mNC

15、0r 庫(kù)侖定律的探究過(guò)程庫(kù)侖定律的探究過(guò)程人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，帶電粒子之間人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)，帶電粒子之間存在著力的相互作用，如帶電存在著力的相互作用，如帶電的物體對(duì)棉布、毛皮或紙屑有的物體對(duì)棉布、毛皮或紙屑有吸附能力。吸附能力。18世紀(jì)英國(guó)化學(xué)家世紀(jì)英國(guó)化學(xué)家普里斯特列（普里斯特列（Priestley）猜測(cè)猜測(cè)，這個(gè)力應(yīng)類似于兩個(gè)質(zhì)量之，這個(gè)力應(yīng)類似于兩個(gè)質(zhì)量之間的萬(wàn)有引力，即與距離的平間的萬(wàn)有引力，即與距離的平方成反比，與它們的電荷量成方成反比，與它們的電荷量成正比。正比。 法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵觯ǚ▏?guó)物理學(xué)家?guī)靵觯–oulomb）贊同普里斯特列贊同普里斯特列的這一猜想，并于的這一猜想，并于1784年利用自

16、已首創(chuàng)的年利用自已首創(chuàng)的扭秤實(shí)驗(yàn)扭秤實(shí)驗(yàn)證明證明了，兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們之間的距離的平了，兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們之間的距離的平方成反比。通過(guò)與萬(wàn)有引力的對(duì)比，庫(kù)侖又認(rèn)為兩個(gè)帶方成反比。通過(guò)與萬(wàn)有引力的對(duì)比，庫(kù)侖又認(rèn)為兩個(gè)帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們的電荷量的乘積成正比，后電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們的電荷量的乘積成正比，后來(lái)他間接地證明了這個(gè)假定的正確性。來(lái)他間接地證明了這個(gè)假定的正確性。庫(kù)侖庫(kù)侖 庫(kù)侖在庫(kù)侖在17841784年遞交給年遞交給法國(guó)科學(xué)院的報(bào)告中對(duì)自法國(guó)科學(xué)院的報(bào)告中對(duì)自己探究己探究“帶電質(zhì)點(diǎn)之間的帶電質(zhì)點(diǎn)之間的靜電力與它們之間的距離靜電力與它們之間的距離的平方成反比

17、的平方成反比”的過(guò)程作的過(guò)程作了介紹。了介紹。 在第一、二次試驗(yàn)中，在第一、二次試驗(yàn)中，結(jié)果是，第二次試驗(yàn)中兩結(jié)果是，第二次試驗(yàn)中兩球的距離，只等于第一次球的距離，只等于第一次試驗(yàn)中兩球距離的一半，試驗(yàn)中兩球距離的一半，可是后者的斥力卻四倍于可是后者的斥力卻四倍于前者。前者。庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn)庫(kù)侖的扭秤實(shí)驗(yàn) 在第三次試驗(yàn)中，兩球相距只有第二次試驗(yàn)在第三次試驗(yàn)中，兩球相距只有第二次試驗(yàn)中的一半，結(jié)果，其斥力也是四倍于第二次試驗(yàn)的中的一半，結(jié)果，其斥力也是四倍于第二次試驗(yàn)的結(jié)果，這三次試驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明，兩球帶有同性電以結(jié)果，這三次試驗(yàn)的結(jié)果說(shuō)明，兩球帶有同性電以后，其相互斥力，與兩球距離的平方成反比。后

18、，其相互斥力，與兩球距離的平方成反比。只要我們仔細(xì)地分析上述這個(gè)案例就可以發(fā)現(xiàn)，普里斯特利和庫(kù)侖的探究路徑與伽利略有很大的不同。 他們?cè)诮鉀Q某些科學(xué)問(wèn)題時(shí)，第一步往往不是進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，而是先大膽猜想，構(gòu)建一個(gè)假設(shè)，試圖來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。如普里斯特利首先是提出猜想：電力應(yīng)類似于萬(wàn)有引力，即與距離的平方成反比，與它們的電荷量成正比；而庫(kù)侖則是認(rèn)同了普里斯特利的猜想。 第二步才是庫(kù)侖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)普里斯特利的猜想，一旦假設(shè)被實(shí)驗(yàn)確證，則假設(shè)便成為科學(xué)理論。第三步是用這種科學(xué)理論來(lái)解釋其它類同的自然現(xiàn)象。 愛(ài)因斯坦 十九世紀(jì)末，經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀遇到了邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)事實(shí)的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，愛(ài)因斯坦為了解決

19、經(jīng)典物理學(xué)時(shí)空觀中的這個(gè)問(wèn)題，便進(jìn)行了科學(xué)研究。1905 年前后他首先站在已有的知識(shí)背景上，通過(guò)“思維的自由創(chuàng)造” ，大膽猜想提出兩條假設(shè)，即“相對(duì)性原理”和“光速不變?cè)怼?。然后以此為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)形式邏輯演繹地推出了如下著名的命題：(1)運(yùn)動(dòng)物體長(zhǎng)度會(huì)收縮，(2)運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘會(huì)變慢，(3)物體的質(zhì)量隨其運(yùn)動(dòng)速度增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，(4)質(zhì)能公式 EMC2，其中 E 是能量，M 是質(zhì)量，C 是光速。上述兩條假設(shè)和 4 條導(dǎo)出命題就構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)上著名的“狹義相對(duì)論”著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦曾經(jīng)總結(jié)過(guò)自己作出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)程序。著名科學(xué)家愛(ài)因斯坦曾經(jīng)總結(jié)過(guò)自己作出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識(shí)程序。他把自己的科學(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)過(guò)程

20、用圖表示。他把自己的科學(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)過(guò)程用圖表示。 A A 公理公理思想的自由創(chuàng)造思想的自由創(chuàng)造 演繹演繹 。s1 1 。s2 2 。s3 3 。s4 4 導(dǎo)出命題導(dǎo)出命題 E E 直接經(jīng)驗(yàn)直接經(jīng)驗(yàn)圖圖 愛(ài)因斯坦的科學(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)程序愛(ài)因斯坦的科學(xué)發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)程序 英國(guó) 的科 學(xué) 哲 學(xué)家 波 普爾 (K Popper)在總結(jié) 愛(ài) 因斯 坦 科 學(xué) 研 究 經(jīng) 驗(yàn) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 提 出 了 建 立 科 學(xué) 理 論 的“假說(shuō)-演繹”認(rèn)識(shí)程序。其過(guò)程如圖所示?！凹僬f(shuō)-演繹”認(rèn)識(shí)程序理性主義認(rèn)識(shí)程序的核心思想：理性主義認(rèn)識(shí)程序的核心思想：1、問(wèn)題是科學(xué)研究的起點(diǎn)、問(wèn)題是科學(xué)研究的起點(diǎn)2、科學(xué)理論是構(gòu)造的，

21、、科學(xué)理論是構(gòu)造的， 即大膽猜想，嚴(yán)格反駁即大膽猜想，嚴(yán)格反駁顯然，伽利略和普里斯特利-庫(kù)侖的科學(xué)探究過(guò)程模式的特征，都保證了對(duì)自然現(xiàn)象探究的客觀性、嚴(yán)格性和有效性。其客觀性體現(xiàn)在：科學(xué)探究的結(jié)論要么必須以經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為奠基，要么必須接受經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的嚴(yán)格檢驗(yàn)；其有效性體現(xiàn)在：科學(xué)探究的結(jié)論必須能說(shuō)明原初欲認(rèn)識(shí)的自然現(xiàn)象，甚至還要能預(yù)見(jiàn)新的自然現(xiàn)象；其嚴(yán)格性體現(xiàn)在：在科學(xué)探究中理論模型的表述必須滿足可檢驗(yàn)性，經(jīng)驗(yàn)事實(shí)必須滿足可重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)操作必須具有規(guī)范性，思維推理必須具有邏輯性，等等。 三、科學(xué)探究過(guò)程三、科學(xué)探究過(guò)程的的層次層次及能力培養(yǎng)及能力培養(yǎng) 1、科學(xué)探究的、科學(xué)探究的三階段三階段 雖然科學(xué)

22、探究的全過(guò)程是形形色色的， 但一般來(lái)說(shuō)都可以將其全過(guò)程分為三個(gè)階段：“科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)” ，“科學(xué)理論的檢驗(yàn)、評(píng)價(jià)” ，和“科學(xué)解釋和預(yù)測(cè)” 。 2、科學(xué)探究的、科學(xué)探究的六要素六要素 雖然科學(xué)探究的全過(guò)程是形形色色的，但是無(wú)論哪一種過(guò)程模式， 它都會(huì)涉及如下的要素： 提出問(wèn)題，形成假設(shè)，制定計(jì)劃，收集證據(jù)，處理信息，表達(dá)交流。 科學(xué)探究過(guò)程中的三個(gè)階段，分別是由上述若干要素組合而成。如科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)階段，常常包含提出問(wèn)題、制定計(jì)劃、收集證據(jù)、處理信息和形成假設(shè)等要素； 科學(xué)理論的檢驗(yàn)、 評(píng)價(jià)階段，常常包含制定計(jì)劃、收集證據(jù)等要素；科學(xué)解釋和預(yù)測(cè)階段，常常包含處理信息等要素。 3、科學(xué)探究的、科學(xué)探

23、究的具體方法具體方法 在上述科學(xué)探究的六大要素中，分別會(huì)運(yùn)用到一些具體的科學(xué)方法。如在收集證據(jù)的要素中，需要運(yùn)用觀察方法、實(shí)驗(yàn)方法、 測(cè)量方法、 識(shí)別與控制變量和設(shè)計(jì)操作方法等等；在形成假設(shè)的要素中， 需要運(yùn)用歸納方法、 抽象方法、 直覺(jué)、靈感、頓悟、想象方法和模型方法等等；在處理信息的要素中，需要運(yùn)用分類方法、比較方法、演繹推理方法等等。在表達(dá)交流的要素中，需要運(yùn)用科學(xué)解釋方法，等等。 上述關(guān)于科學(xué)探究的全過(guò)程、 階段、 要素和具體方法的四個(gè)過(guò)程層次的區(qū)分告訴我們，在科學(xué)教育中學(xué)生科學(xué)探究的能力不僅要包括選擇或制定科學(xué)探究的過(guò)程模式的能力，還要包括科學(xué)探究的過(guò)程中三個(gè)階段的能力，還要包括科學(xué)

24、探究的過(guò)程中六個(gè)要素上的能力，以及包括運(yùn)用具體科學(xué)方法的能力。 科學(xué)探究的這四個(gè)過(guò)程層次的區(qū)分還告訴我們，在科學(xué)教育中組織學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)， 在規(guī)模上可以分成四種級(jí)別：一是全過(guò)程級(jí)的探究，二是階段級(jí)的探究，三是要素級(jí)的探究， 四是具體方法級(jí)的探究。 對(duì)青少年學(xué)生來(lái)說(shuō)， 并不是一談到科學(xué)探究就一定是全過(guò)程級(jí)的規(guī)模， 在數(shù)量上應(yīng)該是具體方法級(jí)的探究居多，要素級(jí)的探究其次，再次是階段級(jí)的探究，而全過(guò)程級(jí)的探究應(yīng)極少。 四、科學(xué)教育中的四、科學(xué)教育中的科學(xué)探究式教學(xué)方法科學(xué)探究式教學(xué)方法 1、科學(xué)教育中的科學(xué)探究的一個(gè)重要特點(diǎn)：、科學(xué)教育中的科學(xué)探究的一個(gè)重要特點(diǎn)： “在教師引導(dǎo)在教師引導(dǎo)下下”的學(xué)

25、生探究”的學(xué)生探究 在“在教師引導(dǎo)下”的科學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生不是孤軍奮戰(zhàn)、 盲目摸索， 而是在教師的引導(dǎo)下通過(guò)做科學(xué)來(lái)學(xué)習(xí)未知的知識(shí)。教師在學(xué)生所處每一探究階段、要素或方法時(shí)，特別是在學(xué)生對(duì)探究處于無(wú)所適從時(shí)， 應(yīng)及時(shí)提供向?qū)А?幫助和鼓勵(lì)。教師不是包辦代替式地指導(dǎo)， 而是在充分計(jì)劃的基礎(chǔ)上為學(xué)生提供資源，作好向?qū)?。教師選擇課題，介紹單元和課程目標(biāo)，設(shè)立情景，引導(dǎo)學(xué)生探究的路徑和提供背景知識(shí)框架。 對(duì)此， 美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)作了若干說(shuō)明： 教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn) B B： 科學(xué)教師要會(huì)引導(dǎo)學(xué)習(xí)，會(huì)將學(xué)習(xí)活動(dòng)化難為易。為此，教師 在與學(xué)生相互促進(jìn)、教學(xué)相長(zhǎng)的同時(shí)，要把注意力集中到探究上，堅(jiān)持進(jìn)行探究

26、。 要組織好在學(xué)生中間進(jìn)行的有關(guān)科學(xué)思想觀念的討論。 要設(shè)法使學(xué)生們認(rèn)識(shí)到共擔(dān)負(fù)起他們?cè)谧约旱膶W(xué)習(xí)中所應(yīng)擔(dān)負(fù)的那份責(zé)任。 要認(rèn)識(shí)到學(xué)生們存在的巨大差異并能采取相應(yīng)的做法和措施，鼓勵(lì)全體學(xué)生人人都充分參與到科學(xué)學(xué)習(xí)之中。 不僅要鼓勵(lì)和培養(yǎng)搞科學(xué)的一些典型性格，例如有究根問(wèn)底的好奇心、樂(lè)于接受新思想與新信息以及對(duì)事物常常持懷疑態(tài)度，而且要鼓勵(lì)和培養(yǎng)探究科學(xué)所需要的種種技能。 2、科科學(xué)學(xué)教教育育中中的的科科學(xué)學(xué)探探究究式式教教學(xué)學(xué)案案例例 發(fā)達(dá)國(guó)家在科學(xué)探究式教學(xué)活動(dòng)已有長(zhǎng)期且豐富的實(shí)踐活動(dòng)，下面僅舉美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中“單單擺擺”一案例，其中涉及“全過(guò)程”的探究式教學(xué)，具體如下： 教師 D 小

27、姐想把注意力集中在探究的“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”上。她要求學(xué)生發(fā)現(xiàn) “單擺的擺動(dòng)次數(shù)取決于單擺的長(zhǎng)度” 。 D 小姐先沒(méi)有告訴學(xué)生這個(gè)結(jié)論，她組織了一項(xiàng)活動(dòng)來(lái)喚起學(xué)生的興趣并鼓勵(lì)他們提出問(wèn)題和尋求答案。 D 小姐把學(xué)生分成四人一組并且為每個(gè)學(xué)生分配了一項(xiàng)任務(wù)。組內(nèi)的一位學(xué)生即材料管理員到材料臺(tái)上取來(lái)一段繩子、一把剪子、一卷膠帶和幾個(gè)尺寸及重量各不相同的墊圈。每組學(xué)生要利用這些材料完成下述工作： （1）建造一個(gè)單擺； （2）把鉛筆用膠帶固定在桌面上，把單擺掛在鉛筆上使其能自由擺動(dòng)； （3）計(jì)算單擺在 15 秒鐘內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)。 每組的記錄員把測(cè)定結(jié)果記在課堂數(shù)據(jù)表上。D 小姐請(qǐng)同學(xué)們檢查一下全班各組的數(shù)據(jù)。

28、由于每組記錄的擺動(dòng)次數(shù)都不一樣，所以一場(chǎng)關(guān)于為什么會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象的熱烈討論開(kāi)始了。 為了弄清他們測(cè)定的時(shí)間和次數(shù)是否準(zhǔn)確無(wú)誤， 學(xué)生們決定重復(fù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。 當(dāng)他們把第二組數(shù)據(jù)填到課堂數(shù)據(jù)表上的時(shí)候結(jié)果就很清楚了，擺動(dòng)次數(shù)的差別并不是因?yàn)榇螖?shù)數(shù)得不對(duì)， 時(shí)間測(cè)得不準(zhǔn)。 課堂上又爆發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于結(jié)果為什么不同的討論。大家提出的原因包括：繩子的長(zhǎng)度、墊圈的重量、墊圈的直徑，以及學(xué)生們?cè)谄饎?dòng)單擺時(shí)把墊圈舉起的高度。 每提出一個(gè)原因時(shí)，D 小姐就把它寫在黑板上。然后她請(qǐng)全班同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)提出的哪個(gè)原因是正確的。每個(gè)組都選擇了證實(shí)一種說(shuō)法的實(shí)驗(yàn)，不過(guò)在各組繼續(xù)工作之前，D 小姐把第一次和第二次實(shí)驗(yàn)用

29、的單擺都收了上來(lái)。各組重新開(kāi)始工作時(shí)，一個(gè)小組的同學(xué)把直徑不同的單擺掛在長(zhǎng)度一樣的繩子上，單擺的起動(dòng)高度也一樣。另一個(gè)小組的同學(xué)采用了一條繩子和一個(gè)墊圈，但是每次起動(dòng)單擺的高度越來(lái)越高。第三組同學(xué)把繩子剪成不同的長(zhǎng)度，但是采用同樣的墊圈和同樣的起動(dòng)高度。當(dāng)同學(xué)們?cè)O(shè)置單擺時(shí)有一陣熱烈的討論，但同學(xué)們數(shù)擺動(dòng)次數(shù)的時(shí)候教室里又變得鴉雀無(wú)聲。最后，各組又向全班介紹了他們的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和所收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。全班同學(xué)的結(jié)論是：擺動(dòng)次數(shù)的差別是由于繩子長(zhǎng)度的不同造成的。 第二天，學(xué)生們注意到 D 小姐在教室前面放了一個(gè)為單擺制作的木板。 木板頂部有一排掛單擺的木樁，木板底部是一排連續(xù)的數(shù)字。教師讓每組的記錄員把

30、原來(lái)的單擺掛在與固定時(shí)間內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)對(duì)應(yīng)的木樁上。當(dāng)所有的單擺都在木樁上掛好之后，教師請(qǐng)全班同學(xué)解釋一下他們的結(jié)果。經(jīng)過(guò)一場(chǎng)為時(shí)不短的討論之后，學(xué)生們得出了結(jié)論：固定時(shí)間內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)隨著繩子長(zhǎng)度的減少而有規(guī)律地增加。 D 小姐注意到， 大家所制作的單擺在 15 秒內(nèi)搖動(dòng)了 5 次和7 次，但是沒(méi)有一個(gè)單擺擺動(dòng) 6 次。她請(qǐng)每個(gè)組制作一個(gè)在 15秒內(nèi)擺動(dòng) 6 次的單擺。又經(jīng)過(guò)一番測(cè)了又測(cè)、數(shù)了又?jǐn)?shù)的折騰以及關(guān)于怎么才算一次“擺動(dòng)”的激烈討論之后，各個(gè)小組都宣布他們成功了。于是 D 小姐問(wèn)學(xué)生，如何才能把這些信息表述成繩子的長(zhǎng)度與擺動(dòng)次數(shù)之間的關(guān)系，其表述方式要比方才使用的木板更為方便，并讓學(xué)生在科學(xué)日志上畫一個(gè)圖來(lái)表達(dá)這些數(shù)據(jù)。大多數(shù)同學(xué)都畫了一個(gè)帶樁的木板，上面掛有長(zhǎng)短不一的單擺； 有些同學(xué)畫了一個(gè)圖表， 少數(shù)同學(xué)畫了一個(gè)圖形。D 小姐鼓勵(lì)學(xué)生在家中和鄰里找出一些單擺的例子。 接下來(lái)的一堂科學(xué)課用在了圖表的討論上，同學(xué)們從繩子長(zhǎng)度的圖畫簡(jiǎn)化為圖上的線和點(diǎn)，又簡(jiǎn)化為完全的圖。最后，教師請(qǐng)每個(gè)同學(xué)根據(jù)自己的圖制作一個(gè)擺動(dòng)一定次數(shù)的單擺。 就這樣，學(xué)生們描述、解釋和預(yù)測(cè)了一種自然現(xiàn)象，他們