觀察在科學(xué)探究中的地位

第四章觀察在科學(xué)探究中的地位第一節(jié)：科學(xué)觀察追求真實(shí)第二節(jié)：測量和實(shí)驗(yàn)的意義第三節(jié)：科學(xué)觀察的方法第四節(jié)：觀察教學(xué)的過程觀察的意義和作用李四光說：“觀察是得到知識(shí)的一個(gè)首要步驟。巴甫洛夫——“觀察、觀察、再觀察”英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明——“我的唯一功勞是沒有忽視觀察。”夸美紐斯曾經(jīng)這樣說道：“一個(gè)人的智慧，應(yīng)從觀察天上和地下的實(shí)在的東西而來。同時(shí)，觀察越多，獲得的知識(shí)越牢固?！比说挠洃浟?5％靠眼睛，11％靠耳朵，3%或4％靠觸覺和嗅覺。第一節(jié)：科學(xué)觀察追求真實(shí)許多人能成為科學(xué)家、文學(xué)家和各行各業(yè)的先進(jìn)工作者，都與他們非凡的觀察能力分不開?！坝^察是智能的極重要的源泉，觀察是知識(shí)理解和技藝之母?！?/p>

——蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基

觀察是任何科學(xué)研究的基礎(chǔ)。有專家指出，在整個(gè)科學(xué)探究過程的各個(gè)步驟中，學(xué)會(huì)觀察和提高證據(jù)意識(shí)這一步，最具有普遍意義上的教育價(jià)值。

觀察在科學(xué)研究中的基礎(chǔ)的核心地位，決定了它在基礎(chǔ)科學(xué)教育中的核心地位。伽利略在比薩斜塔上的實(shí)驗(yàn)，觀察自由落體運(yùn)動(dòng)。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性藝術(shù)家對雪花落地的描述：“翩翩起舞”、“一會(huì)兒溫柔地?zé)o聲無息地?fù)硐虼蟮?，一?huì)兒又放蕩不羈地扭成一團(tuán)……”一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性同樣的夕陽，藝術(shù)家可以描述成“最美不過夕陽紅”，也可描述成“夕陽無限好，只是近黃昏”。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性科學(xué)家的觀察記錄有“對”與“錯(cuò)”、“真”與“假”之別，而藝術(shù)家的觀察記錄多用“好”和“差”去評(píng)價(jià)。前者是客觀的，后者是主觀的。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性科學(xué)與藝術(shù)代表了兩種完全不同的人類知識(shí)體系，也導(dǎo)致了兩種完全不同的價(jià)值觀。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性在科學(xué)圈里，為了能更好地進(jìn)行交流，科學(xué)家們要求在選擇觀察對象、確定觀察條件、進(jìn)行觀察、記錄現(xiàn)象、撰寫觀察報(bào)告時(shí)，盡量避免主觀性的、情感上的東西的參與。一、科學(xué)觀察區(qū)別于藝術(shù)觀察最重要的特征是真實(shí)性在日常生活中，人們通過自己的親身感受或體驗(yàn)認(rèn)識(shí)某一個(gè)事物的外部特點(diǎn)、變化過程等諸如此類的現(xiàn)象，積累關(guān)于這種事物的感性材料，這是一種廣義的觀察，普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，也是學(xué)習(xí)科學(xué)觀察的基礎(chǔ)。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式科學(xué)觀察常常是為了發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證一個(gè)科學(xué)問題而進(jìn)行的觀察，是有目的、有計(jì)劃、有一定控制設(shè)計(jì)的研究方法。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式在科學(xué)教育中，我們要站在科學(xué)研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)的高度去看待觀察，將觀察看成是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一種方式。例如，在研究水在什么溫度下結(jié)冰。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式為盡量減少誤差，增強(qiáng)結(jié)論的可靠性，觀察者應(yīng)當(dāng)將觀察步驟、途徑、方式等在一定程度上納入控制。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式

科學(xué)觀察是有目的、有計(jì)劃的一種研究方法。是通過人的感覺器官或借助科學(xué)儀器對自然發(fā)生的現(xiàn)象或變化進(jìn)行考察、記錄和分析從而解決一個(gè)科學(xué)問題或驗(yàn)證一個(gè)科學(xué)假說?？茖W(xué)家的科學(xué)觀察是有理論指導(dǎo)的觀察。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式伽利略最初觀察到羽毛落地比鐵球慢的時(shí)候，嚴(yán)格地說還未開始真正的科學(xué)觀察，當(dāng)他形成一個(gè)假說“如果不是受空氣阻力的不同，羽毛和鐵球應(yīng)該同時(shí)落地”時(shí)，科學(xué)觀察便開始。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式

假說是對一個(gè)科學(xué)問題的一種猜測性的回答，是后續(xù)觀察的指引。假說通常影響到在科學(xué)觀察中選取觀察對象、確定觀察范圍、篩選觀察條件、選擇觀察方法和儀器、制定觀察步驟和記錄的內(nèi)容等等若干影響觀察結(jié)果真實(shí)性的環(huán)節(jié)。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式

科學(xué)課的觀察目的，明顯區(qū)別于社會(huì)科學(xué)中的文獻(xiàn)研究法。

文獻(xiàn)研究法中研究者搜集的主要證據(jù)是前輩的研究結(jié)果，是一種間接的、第二手的觀察資料，親自參與觀察過程是基礎(chǔ)教育中觀察教學(xué)的主要內(nèi)容。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式在科學(xué)的發(fā)展中，優(yōu)秀的研究者都很重視觀察的方法。

心理學(xué)家弗洛伊德提倡臨床觀察，他是從對病人的敘述和行為的觀察中，推導(dǎo)出他的結(jié)論的。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式

巴甫洛夫曾在自己的實(shí)驗(yàn)室墻壁上寫上：觀察、觀察、再觀察！他還告誡青年，不學(xué)會(huì)觀察，就永遠(yuǎn)也當(dāng)不了科學(xué)家。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式皮亞杰喜歡在家庭、學(xué)?；蛴螒驁鏊葍和匀换顒?dòng)的情況下觀察研究兒童，他重視研究者敏銳的觀察能力。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式科學(xué)觀察不僅包含運(yùn)用多種感官的有目的的模糊觀察，而且包括使用各種科學(xué)儀器，在盡量符合自然條件狀況下的實(shí)驗(yàn)、測量等精確觀察。后者應(yīng)該以前者為基礎(chǔ)，使學(xué)生懂得觀察的全部含義，把握觀察研究的全部過程，提高科學(xué)探究的能力。二、科學(xué)觀察在科學(xué)教育中的主要形式科學(xué)觀察一如科學(xué)研究具有求真的特性，要反映真實(shí)的現(xiàn)象，揭示真實(shí)的面貌，因此，就像科學(xué)理論一樣，要經(jīng)得起別人按照你的觀察步驟進(jìn)行重復(fù)檢驗(yàn)。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性雖然觀察結(jié)果要求追求真實(shí)，但觀察的主體卻是不可避免地帶有主觀意志的個(gè)人。感官觀察會(huì)犯錯(cuò)誤，產(chǎn)生錯(cuò)覺。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性我們常說：眼見為實(shí)，耳聽為虛，但有時(shí)并非眼見為實(shí)。例如，魔術(shù)是我們的眼鏡幫助魔術(shù)師欺騙了我們自己。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性自然界雖然不像魔術(shù)師那樣別有用心，可是有時(shí)也會(huì)讓我們“不識(shí)廬山真面目”。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性科學(xué)家不會(huì)放棄可疑的觀察結(jié)果，會(huì)用重復(fù)觀察的方法對待偽科學(xué)、避免犯錯(cuò)誤。

沒有經(jīng)過科學(xué)觀察訓(xùn)練的人，往往徒有一雙萬物之靈的眼睛。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性在機(jī)遇面前人人平等，機(jī)遇在觀察中隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)，但它只偏愛有準(zhǔn)備的頭腦。瓦特觀察到蒸汽的力量，對蒸汽機(jī)加以改進(jìn)。三、觀察的易錯(cuò)性和重復(fù)的必要性第二節(jié)：測量和實(shí)驗(yàn)的意義

測量是對事物某一方面特性精確的描述，是針對精確描述事物某一特性的特殊的科學(xué)觀察，講究精確性。測量使觀察精確，測量使觀察定量化。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)任何一門自然科學(xué)研究都離不開測量，人體科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、運(yùn)動(dòng)科學(xué)、營養(yǎng)科學(xué)、能量科學(xué)、材料科學(xué)、天文學(xué)等無不如此。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)目前社會(huì)科學(xué)面臨的最大問題是測量的困難性，因?yàn)樗难芯繉ο笫菑?fù)雜、多變的人的行為，發(fā)展新的測量工具和方法在社會(huì)科學(xué)中是十分重要的任務(wù)。

測量的精度往往反映一項(xiàng)研究的科學(xué)水平，一門學(xué)科的發(fā)展水平。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)通過測量還可以產(chǎn)生重大的科學(xué)問題，引發(fā)新的科學(xué)觀察。例如，鐘擺運(yùn)動(dòng)規(guī)律、行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)測量是實(shí)現(xiàn)科學(xué)觀察的高級(jí)階段的重要手段。在擺的研究中，要需要用數(shù)據(jù)來說話，而數(shù)據(jù)必須通過測量才能得到。定量研究建立在能夠?qū)⒀芯繉ο蠓纸獬稍S多變量，只有理清變量間的相互關(guān)系，才能考慮它們的定量表達(dá)。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)【測量的困難性】測量的困難性首先來源于對被測量對象的認(rèn)識(shí)不夠，無法對變量進(jìn)行測量。

科學(xué)家在19世紀(jì)剛發(fā)現(xiàn)電流的時(shí)候，不能定義其大小，后來發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，才用電流產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)弱來定義電流的大小。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)

我們還用一些標(biāo)準(zhǔn)化的題目來測量人的智力，但是智力測量比電流測量的精確性要低得多，因?yàn)槲覀儗τ谥橇@個(gè)測量對象的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)沒有電流來得清楚。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)在自然科學(xué)中，如果變量選擇不恰當(dāng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)出現(xiàn)變量不可測的問題。如，空氣對小車運(yùn)動(dòng)影響的研究。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)測量的第二個(gè)困難來源于儀器的精度和效度。定量化的程度還受到測量工具的影響，例如顯微鏡、放大鏡、鑷子是難以測量麻、絲、棉等紡織材料的柔軟性、牢固性、透氣性和吸水性的。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)所謂精度就是測量能精確到什么程度，如在數(shù)學(xué)中我們經(jīng)常對于保留小數(shù)提出精確到個(gè)位還是十分位、千分位的要求，對于長度的測量我們也要明確精確到米，還是厘米、毫米、微米。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)所謂效度就是所測量的東西是否是你要測的東西。如磁場的強(qiáng)弱是否能反映電流的大小，它們之間的關(guān)系是線性的還是非線性的。我們傳統(tǒng)的考試往往不能測量完整的智力。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)科學(xué)發(fā)展與儀器發(fā)展關(guān)系密切，往往重大儀器的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致科學(xué)的革命，如望遠(yuǎn)鏡的產(chǎn)生對近代天文學(xué)的推動(dòng)，電子對撞機(jī)對核物理的推動(dòng)作用。一、測量對于觀察的貢獻(xiàn)

實(shí)驗(yàn)是人為地把事物放在特定的條件下予以研究，觀察它的自然變化和形成原因，以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，探求合理的解釋，是科學(xué)觀察另一種比較高級(jí)的階段。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察【實(shí)驗(yàn)與觀察的關(guān)系】

實(shí)驗(yàn)是經(jīng)過抽象、排除與所關(guān)心的科學(xué)問題無關(guān)的影響因素的觀察。實(shí)驗(yàn)可以說是人造的觀察，也可以說是有結(jié)構(gòu)的觀察。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察伽利略在比薩斜塔上的自由落體實(shí)驗(yàn)，是一種結(jié)構(gòu)化的觀察，他用兩個(gè)大小不同的鐵球這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)排除了空氣阻力的影響，使人們通過羽毛飛舞遲于鐵球的表面現(xiàn)象，看到了世界的本來面目。

通過將瓶子放在水中來證明空氣的存在。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察排除了無關(guān)變量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，與日常觀察、感官觀察具有許多優(yōu)勢：（1）實(shí)驗(yàn)可以讓研究者專注于兩個(gè)觀察變量之間的因果關(guān)系，排除了無關(guān)因素的干擾，以揭露事物的本質(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察（2）人們可以借助各種儀器設(shè)備，制造出自然狀態(tài)下難以出現(xiàn)或不能出現(xiàn)的環(huán)境和特殊條件，以獲取在通常條件下不易得到或不能得到的許多新的現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察（3）人們借助于某種手段，使變化迅速的過程得以延緩，使變化緩慢的過程得以加速，以便進(jìn)行科學(xué)的認(rèn)識(shí)規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察（4）能將宏大的自然現(xiàn)象縮小規(guī)模進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。（大氣環(huán)流模擬實(shí)驗(yàn)）二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察（5）實(shí)驗(yàn)這種特殊的觀察還可以重復(fù)進(jìn)行。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察人們對一些無法直接進(jìn)行科學(xué)觀察的自然現(xiàn)象進(jìn)行考察和探索通常采用模擬實(shí)驗(yàn)。例如研究晝夜成因時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)與太陽、地球運(yùn)行相似的模型進(jìn)行替代。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察

怎樣建立模型、怎樣使模型具有與原型盡可能相似的條件，以致能夠替代原型進(jìn)行研究，是成功運(yùn)用模擬實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問題。例如，運(yùn)用模擬實(shí)驗(yàn)研究霜的形成，設(shè)計(jì)的模型要求滿足原型條件：空氣中有足夠的水蒸氣，有低于0℃的足夠冷的物體。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察實(shí)驗(yàn)的目的與觀察在根本上相同的，都是為了獲得認(rèn)識(shí)客觀事物和過程的真實(shí)數(shù)據(jù)資料；實(shí)驗(yàn)是發(fā)展了的、更精細(xì)化的科學(xué)觀察。二、實(shí)驗(yàn)是一種有控制的科學(xué)觀察第三節(jié)：科學(xué)觀察的方法觀察必須要有順序、有步驟，才能發(fā)現(xiàn)事物各個(gè)部分之間的差異，才能從平常的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)不平常的東西，才能從表面上似乎無關(guān)的東西中發(fā)現(xiàn)相似點(diǎn)或相互聯(lián)系?！居^察的類型】按不同的分類指標(biāo)，可以將觀察分為不同類型。按觀察對象分，有第一手的實(shí)物觀察和第二手的模型、圖形觀察；按觀察目的分，有隨意觀察和有指向的觀察；按觀察者的主動(dòng)程度分，有自發(fā)觀察和教師指導(dǎo)下的觀察；按觀察的手段分，還可分為感官觀察、工具觀察等?！居^察活動(dòng)設(shè)計(jì)】1.感官觀察

運(yùn)用人體的感覺器官，如眼、耳、鼻、舌、手感知事物的外部特點(diǎn)、變化或?qū)傩浴?.非視覺觀察

不使用視覺，只通過其他感官來“觀察”周圍的環(huán)境。研究表明：有時(shí)候我們放棄一種感官，反而能夠加強(qiáng)我們其他感官的知覺能力，使觀察能力得到提高。3.比較觀察出示一組能反映不同屬性的對照物，學(xué)生在觀察中通過比較事物的不同，發(fā)現(xiàn)事物某些平時(shí)不易發(fā)現(xiàn)的顯著特征。例如，在美國FOSS課程中，“認(rèn)識(shí)植物的葉子”這一教學(xué)內(nèi)容，讓孩子們通過比較觀察，發(fā)現(xiàn)沒有兩片完全相同的樹葉。4.近距離觀看通過放大鏡或顯微鏡觀察普通或珍稀的日常用品。它能把一個(gè)新的視覺世界引進(jìn)教室，很快就吸引學(xué)生的注意力，催生更多的發(fā)現(xiàn)。5.定量觀察即測量，借助于一些測量工具進(jìn)行細(xì)致而深入的觀察，獲得一些精確的數(shù)據(jù)。學(xué)生需要掌握常用的一些測量工具的使用方法，并學(xué)會(huì)一些常用的物理量的測量，如：長度、質(zhì)量、體積、面積、大小、溫度、時(shí)間等。6.觀察實(shí)驗(yàn)了表現(xiàn)出所要觀察的事物內(nèi)部的變化或在特殊條件下的變化而采用實(shí)驗(yàn)或試驗(yàn)方法。通常借助于一些日常顯性的材料表現(xiàn)隱性的運(yùn)動(dòng)變化，如用綠豆顯示鼓面發(fā)聲時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象。7.野外觀察隨錄培養(yǎng)孩子們記錄自己在平時(shí)生活中觀察到的事物的細(xì)節(jié)及其所引發(fā)的思考、感受與發(fā)現(xiàn)。這是與自然界發(fā)生的自主的互動(dòng)，是教育所要發(fā)展的觀察智能。8.連續(xù)觀察在一段時(shí)期內(nèi)對事物的發(fā)展進(jìn)行連續(xù)的觀察，或有規(guī)律的間斷性的觀察活動(dòng)，從中發(fā)現(xiàn)事物的發(fā)展變化規(guī)律。如對一株植物的生長周期進(jìn)行全過程的觀察。9.反復(fù)觀察連續(xù)或間斷的對事物進(jìn)行反反復(fù)復(fù)的重復(fù)觀察，意圖在于檢驗(yàn)現(xiàn)象的客觀性，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，提高觀察質(zhì)量。10.自我提問在觀察過程中提出反思性問題，使觀察更加細(xì)致的方法。11.命名游戲讓學(xué)生自己給生物或非生物取名字。給事物命名是以細(xì)致的觀察和思考為基礎(chǔ)的，它鼓勵(lì)人們?nèi)ニ伎妓麄兯姷降氖挛铮⒆⒁庥^察細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)差異與特點(diǎn)。用來了解事物是什么、怎么樣的活動(dòng)是事實(shí)觀察，它是科學(xué)觀察的初級(jí)階段，主要是就單個(gè)事物進(jìn)行觀察?！居^察能力的提高】隨著感官觀察向借助工具的觀察、靜止的觀察向動(dòng)態(tài)的觀察、外部特征觀察向內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察、局部細(xì)節(jié)的觀察向整體特征觀察的進(jìn)展，觀察能力逐步得到提高。【比較觀察】在兩個(gè)或多個(gè)事物之間進(jìn)行的觀察是比較