觀察在科學探究中的地位

第四章觀察在科學探究中的地位第一節(jié)：科學觀察追求真實第二節(jié)：測量和實驗的意義第三節(jié)：科學觀察的方法第四節(jié)：觀察教學的過程觀察的意義和作用李四光說：“觀察是得到知識的一個首要步驟。巴甫洛夫——“觀察、觀察、再觀察”英國細菌學家弗萊明——“我的唯一功勞是沒有忽視觀察。”夸美紐斯曾經(jīng)這樣說道：“一個人的智慧，應從觀察天上和地下的實在的東西而來。同時，觀察越多，獲得的知識越牢固?！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)：科學觀察追求真實許多人能成為科學家、文學家和各行各業(yè)的先進工作者，都與他們非凡的觀察能力分不開。“觀察是智能的極重要的源泉，觀察是知識理解和技藝之母?！?/p>

——蘇聯(lián)著名教育家蘇霍姆林斯基

觀察是任何科學研究的基礎。有專家指出，在整個科學探究過程的各個步驟中，學會觀察和提高證據(jù)意識這一步，最具有普遍意義上的教育價值。

觀察在科學研究中的基礎的核心地位，決定了它在基礎科學教育中的核心地位。伽利略在比薩斜塔上的實驗，觀察自由落體運動。一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性藝術家對雪花落地的描述：“翩翩起舞”、“一會兒溫柔地無聲無息地擁向大地，一會兒又放蕩不羈地扭成一團……”一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性同樣的夕陽，藝術家可以描述成“最美不過夕陽紅”，也可描述成“夕陽無限好，只是近黃昏”。一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性科學家的觀察記錄有“對”與“錯”、“真”與“假”之別，而藝術家的觀察記錄多用“好”和“差”去評價。前者是客觀的，后者是主觀的。一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性科學與藝術代表了兩種完全不同的人類知識體系，也導致了兩種完全不同的價值觀。一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性在科學圈里，為了能更好地進行交流，科學家們要求在選擇觀察對象、確定觀察條件、進行觀察、記錄現(xiàn)象、撰寫觀察報告時，盡量避免主觀性的、情感上的東西的參與。一、科學觀察區(qū)別于藝術觀察最重要的特征是真實性在日常生活中，人們通過自己的親身感受或體驗認識某一個事物的外部特點、變化過程等諸如此類的現(xiàn)象，積累關于這種事物的感性材料，這是一種廣義的觀察，普遍應用于各個領域，也是學習科學觀察的基礎。二、科學觀察在科學教育中的主要形式科學觀察常常是為了發(fā)現(xiàn)或驗證一個科學問題而進行的觀察，是有目的、有計劃、有一定控制設計的研究方法。二、科學觀察在科學教育中的主要形式在科學教育中，我們要站在科學研究、科學發(fā)現(xiàn)的高度去看待觀察，將觀察看成是科學發(fā)現(xiàn)的一種方式。例如，在研究水在什么溫度下結(jié)冰。二、科學觀察在科學教育中的主要形式為盡量減少誤差，增強結(jié)論的可靠性，觀察者應當將觀察步驟、途徑、方式等在一定程度上納入控制。二、科學觀察在科學教育中的主要形式

科學觀察是有目的、有計劃的一種研究方法。是通過人的感覺器官或借助科學儀器對自然發(fā)生的現(xiàn)象或變化進行考察、記錄和分析從而解決一個科學問題或驗證一個科學假說?？茖W家的科學觀察是有理論指導的觀察。二、科學觀察在科學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候，嚴格地說還未開始真正的科學觀察，當他形成一個假說“如果不是受空氣阻力的不同，羽毛和鐵球應該同時落地”時，科學觀察便開始。二、科學觀察在科學教育中的主要形式

假說是對一個科學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)果真實性的環(huán)節(jié)。二、科學觀察在科學教育中的主要形式

科學課的觀察目的，明顯區(qū)別于社會科學中的文獻研究法。

文獻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教育中觀察教學的主要內(nèi)容。二、科學觀察在科學教育中的主要形式在科學的發(fā)展中，優(yōu)秀的研究者都很重視觀察的方法。

心理學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，推導出他的結(jié)論的。二、科學觀察在科學教育中的主要形式

巴甫洛夫曾在自己的實驗室墻壁上寫上：觀察、觀察、再觀察！他還告誡青年，不學會觀察，就永遠也當不了科學家。二、科學觀察在科學教育中的主要形式皮亞杰喜歡在家庭、學校或游戲場所等兒童自然活動的情況下觀察研究兒童，他重視研究者敏銳的觀察能力。二、科學觀察在科學教育中的主要形式科學觀察不僅包含運用多種感官的有目的的模糊觀察，而且包括使用各種科學儀器，在盡量符合自然條件狀況下的實驗、測量等精確觀察。后者應該以前者為基礎，使學生懂得觀察的全部含義，把握觀察研究的全部過程，提高科學探究的能力。二、科學觀察在科學教育中的主要形式科學觀察一如科學研究具有求真的特性，要反映真實的現(xiàn)象，揭示真實的面貌，因此，就像科學理論一樣，要經(jīng)得起別人按照你的觀察步驟進行重復檢驗。三、觀察的易錯性和重復的必要性雖然觀察結(jié)果要求追求真實，但觀察的主體卻是不可避免地帶有主觀意志的個人。感官觀察會犯錯誤，產(chǎn)生錯覺。三、觀察的易錯性和重復的必要性三、觀察的易錯性和重復的必要性三、觀察的易錯性和重復的必要性三、觀察的易錯性和重復的必要性三、觀察的易錯性和重復的必要性三、觀察的易錯性和重復的必要性我們常說：眼見為實，耳聽為虛，但有時并非眼見為實。例如，魔術是我們的眼鏡幫助魔術師欺騙了我們自己。三、觀察的易錯性和重復的必要性自然界雖然不像魔術師那樣別有用心，可是有時也會讓我們“不識廬山真面目”。三、觀察的易錯性和重復的必要性科學家不會放棄可疑的觀察結(jié)果，會用重復觀察的方法對待偽科學、避免犯錯誤。

沒有經(jīng)過科學觀察訓練的人，往往徒有一雙萬物之靈的眼睛。三、觀察的易錯性和重復的必要性在機遇面前人人平等，機遇在觀察中隨時會出現(xiàn)，但它只偏愛有準備的頭腦。瓦特觀察到蒸汽的力量，對蒸汽機加以改進。三、觀察的易錯性和重復的必要性第二節(jié)：測量和實驗的意義

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任何一門自然科學研究都離不開測量，人體科學、地質(zhì)科學、運動科學、營養(yǎng)科學、能量科學、材料科學、天文學等無不如此。一、測量對于觀察的貢獻目前社會科學面臨的最大問題是測量的困難性，因為它的研究對象是復雜、多變的人的行為，發(fā)展新的測量工具和方法在社會科學中是十分重要的任務。

測量的精度往往反映一項研究的科學水平，一門學科的發(fā)展水平。一、測量對于觀察的貢獻通過測量還可以產(chǎn)生重大的科學問題，引發(fā)新的科學觀察。例如，鐘擺運動規(guī)律、行星運動規(guī)律等。一、測量對于觀察的貢獻測量是實現(xiàn)科學觀察的高級階段的重要手段。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系，才能考慮它們的定量表達。一、測量對于觀察的貢獻【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識不夠，無法對變量進行測量。

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

我們還用一些標準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，因為我們對于智力這個測量對象的認識遠沒有電流來得清楚。一、測量對于觀察的貢獻在自然科學中，如果變量選擇不恰當，實驗設計不合理，也會出現(xiàn)變量不可測的問題。如，空氣對小車運動影響的研究。一、測量對于觀察的貢獻測量的第二個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所謂精度就是測量能精確到什么程度，如在數(shù)學中我們經(jīng)常對于保留小數(shù)提出精確到個位還是十分位、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。如磁場的強弱是否能反映電流的大小，它們之間的關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科學發(fā)展與儀器發(fā)展關系密切，往往重大儀器的產(chǎn)生會導致科學的革命，如望遠鏡的產(chǎn)生對近代天文學的推動，電子對撞機對核物理的推動作用。一、測量對于觀察的貢獻

實驗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，是科學觀察另一種比較高級的階段。二、實驗是一種有控制的科學觀察【實驗與觀察的關系】

實驗是經(jīng)過抽象、排除與所關心的科學問題無關的影響因素的觀察。實驗可以說是人造的觀察，也可以說是有結(jié)構(gòu)的觀察。二、實驗是一種有控制的科學觀察伽利略在比薩斜塔上的自由落體實驗，是一種結(jié)構(gòu)化的觀察，他用兩個大小不同的鐵球這樣的實驗結(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、實驗是一種有控制的科學觀察排除了無關變量的科學實驗，與日常觀察、感官觀察具有許多優(yōu)勢：（1）實驗可以讓研究者專注于兩個觀察變量之間的因果關系，排除了無關因素的干擾，以揭露事物的本質(zhì)。二、實驗是一種有控制的科學觀察（2）人們可以借助各種儀器設備，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、實驗是一種有控制的科學觀察（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，以便進行科學的認識規(guī)律。二、實驗是一種有控制的科學觀察（4）能將宏大的自然現(xiàn)象縮小規(guī)模進行模擬實驗。（大氣環(huán)流模擬實驗）二、實驗是一種有控制的科學觀察（5）實驗這種特殊的觀察還可以重復進行。二、實驗是一種有控制的科學觀察人們對一些無法直接進行科學觀察的自然現(xiàn)象進行考察和探索通常采用模擬實驗。例如研究晝夜成因時，可以設計一個與太陽、地球運行相似的模型進行替代。二、實驗是一種有控制的科學觀察

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行研究，是成功運用模擬實驗的關鍵問題。例如，運用模擬實驗研究霜的形成，設計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、實驗是一種有控制的科學觀察實驗的目的與觀察在根本上相同的，都是為了獲得認識客觀事物和過程的真實數(shù)據(jù)資料；實驗是發(fā)展了的、更精細化的科學觀察。二、實驗是一種有控制的科學觀察第三節(jié)：科學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的東西中發(fā)現(xiàn)相似點或相互聯(lián)系?！居^察的類型】按不同的分類指標，可以將觀察分為不同類型。按觀察對象分，有第一手的實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；按觀察者的主動程度分，有自發(fā)觀察和教師指導下的觀察；按觀察的手段分，還可分為感官觀察、工具觀察等?！居^察活動設計】1.感官觀察

運用人體的感覺器官，如眼、耳、鼻、舌、手感知事物的外部特點、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：有時候我們放棄一種感官，反而能夠加強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，學生在觀察中通過比較事物的不同，發(fā)現(xiàn)事物某些平時不易發(fā)現(xiàn)的顯著特征。例如，在美國FOSS課程中，“認識植物的葉子”這一教學內(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。它能把一個新的視覺世界引進教室，很快就吸引學生的注意力，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行細致而深入的觀察，獲得一些精確的數(shù)據(jù)。學生需要掌握常用的一些測量工具的使用方法，并學會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、時間等。6.觀察實驗了表現(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驗或試驗方法。通常借助于一些日常顯性的材料表現(xiàn)隱性的運動變化，如用綠豆顯示鼓面發(fā)聲時的振動現(xiàn)象。7.野外觀察隨錄培養(yǎng)孩子們記錄自己在平時生活中觀察到的事物的細節(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，是教育所要發(fā)展的觀察智能。8.連續(xù)觀察在一段時期內(nèi)對事物的發(fā)展進行連續(xù)的觀察，或有規(guī)律的間斷性的觀察活動，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行全過程的觀察。9.反復觀察連續(xù)或間斷的對事物進行反反復復的重復觀察，意圖在于檢驗現(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，使觀察更加細致的方法。11.命名游戲讓學生自己給生物或非生物取名字。給事物命名是以細致的觀察和思考為基礎的，它鼓勵人們?nèi)ニ伎妓麄兯姷降氖挛?，并注意觀察細節(jié)，發(fā)現(xiàn)差異與特點。用來了解事物是什么、怎么樣的活動是事實觀察，它是科學觀察的初級階段，主要是就單個事物進行觀察?！居^察能力的提高】隨著感官觀察向借助工具的觀察、靜止的觀察向動態(tài)的觀察、外部特征觀察向內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察、局部細節(jié)的觀察向整體特征觀察的進展，觀察能力逐步得到提高?！颈容^觀察】在兩個或多個事物之間進行的觀察是比較