科学探究题的解答策略 教学策略和教学方法

  科学的核心是探究。学习物理就要学会科学探究。科学探究题融合物理学知识、技能和方法,具有新颖性、综合性、开放性和探索性,它来自教材而活于教材,高于教材。通过提出问题,猜想与假设,制定计划与设计实验,收集证据,分析和评价,得出结论或提出新的问题,交流与合作等几个过程,把学习知识,应用知识,探索发现,科学观念,科学方法等结合起来,科学探究题重点关注和考查的是学生的探究能力,即考查科学研究方法的理解与掌握。强调灵活运用物理知识解释试题呈现的问题。它能综合考查知识和能力。由于考试篇幅所限,实验探究题更多地考查的是探究过程中的某一个环节或某几个环节。例如:提出问题或猜想假设、设计和实施实验、对实验数据进行分析处理、对实验结果进行评价等。本文以近年的中考试题为例来探讨科学探究题的解答策略。
  一、 提出问题
  提出问题是探究的起点。爱因斯坦说过:“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。提问最关键的是,你提出的问题应该是与题目相关,有思考和研究价值,这些都需要有敏锐的观察力和高度的创新精神。可以问:“为什么”“是什么”“怎么样”“有什么规律”等等。
  例1小明到商场买学习用品,他沿着墙边向前走,侧头一看,看见右边有一个“他”和自己并肩而行。他用手摸摸墙上的镜子,知道那是自己在平面镜中的像。小明继续向前走,无意中突然看见对面也有一个“他”朝自己走来。停下来一看,原来对面的墙壁上也有个平面镜。他再向其他方向看。似乎商场里的各个方向都有“他”。
  请你根据提供的情景,提出一个值得探究的问题:。
  解析根据题目中所提供的物理情景和所涉及的物理知识,进行发散思维,可提出很多问题。
  答案小明和镜子中的“他”大小相等吗?或他们到镜子中的距离相等吗?或他们的运动速度相同吗?或小明在商场里共有多少个像?(合理即可)
  点评问题是思维的起因。解答试题就是要根据题目中提供的现象、实验、图文信息等,引导学生提出所要探究的问题。考查了学生的问题意识,培养了学生的探索精神和科学态度。
  二、 猜想和假设
  “没有大胆的猜想,就没有伟大的发现”。猜想与假设是探究的罗盘,合理的猜想与假设为科学探究指明了方向。猜想不一定非要正确,但绝不能不着边际,一定要与题目有相关性。需要注意的是如果题目还要求有接下来的设计实验方案,你的猜想要为下一步制定探究计划、设计探究方案提供方便。
  例2夏季闷热的夜晚,紧闭门窗,开启卧室空调,由于室内外温差大,第二天早晨,玻璃窗上常常会出现一层水雾。这层水雾是在室内一侧,还是在室外一侧?请写出你的猜想及你猜想的依据。
  我的猜想:呈在一侧(选填“室内”或“室外”)。
  猜想的依据是:。
  解析问题是针对观察到的现象提出的,猜想不是胡思乱想,它是根据有限的事实或不严格的推理得出的不太可靠的结论。即是以自己的经验和知识为基础作出的试探性的解释。本题取材于生活情景,并且要仔细观察才能发现这一现象。因而本题不仅仅是考查学生对知识的掌握情况,更重要的是引导学生认真观察生活,运用所学知识解释生活现象,培养学习兴趣。“根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想”是科学探究的灵魂,因此在科学探究过程中。学生应尽可能提出有依据的猜想。
  答案室外。这是室外空气中的水蒸气遇到较冷的玻璃液化形成的小水珠。
  点评选择有探究价值的科学问题设置情境,考查学生做出猜想的能力。能导向教学真正关注探究能力的培养,使学生有机会体验真正意义上的科学探究。而且,为了避免学生胡乱猜想,考题还要求写出猜想的理由和依据,这样的试题具有较强的过程性和开放性,符合课标的要求。
  三、 制定方案和进行实验
  “凡事预则立,不预则废”,一个最优化的科学探究方案,能大大提高解决问题的成功率。设计实验时首先要明确实验目的,然后选择合适的研究方法:如控制变量法、对比法、转化法、数据归纳法等等,最后根据需要列出实验器材,设计实验步骤和记录表格等。
  例3张华同学观察发现,春天农田地干得很快,而塑料大棚内的土地干得很慢。于是他猜想:土壤中水分的蒸发快慢可能与空气流动的快慢有关。请你帮他设计一个实验,验证他的猜想是否正确。
  解析探究的目的是验证猜想正确与否,围绕猜想设计实验是关键。影响蒸发的因素有:液体的温度、表面积、液面上方空气流动的快慢等。在探究空气流动的快慢对液体蒸发的快慢的影响时,应采用控制变量法,即控制液体的温度和表面积相同,改变空气流动的快慢,同时观察液体蒸发的快慢。
  答案取两块相同的玻璃,在其上分别洒一些等量的水,一块在空气中,另一块放在旋转的电风扇下,看哪块玻璃上的水先干。即可验证他的猜想是否正确。(其他合理即可)
  点评加强实验能力的考查,强调实验结论的同时,更注重研究的过程和研究的方法,对于初中物理的学习和考试都是一个导向。此外,器材的选择要简便,方案的制定要合理,容易操作。
  四、 收集数据和分析归纳
  主要考查学生对实验数据的处理。观察实验现象或记录数据时,有些数据我们不能直接看出结果.要采取“求同”“求异”的思维方法,去粗取精,由具体到抽象,由特殊到一般,找出数据所反映的共同规律,或者发现事物间存在的差别;还可以利用数学知识进行推算或者描出图象来分析。学生的演绎推理能力得到了考查,新教材的“由生活走向物理,由物理走向社会”的新课程理念得到了体现。
  例4下表是某同学探究光的折射规律时,测出的光从空气射入玻璃时,入射角与折射角的一组数据,比较这些数据,请你写出折射角和入射角之间的关系:
  解析在对实验数据分析处理的时候,不仅要“横向”比较,而且要“纵向”比较;学会从特殊到一般,从而找出共性的有规律性的结论。在叙述时,要注意语言表达的逻辑性。如在叙述“折射角小于入射角,折射角随着入射角增大而增大”这一结论的时候,不能说成“入射角大于折射角,入射角随着折射角增大而增大”。否则因果关系颠倒,结论显然就错了。
  答案(1) 当光从空气射入玻璃时,折射角小于入射角;(2) 折射角随入射角增大而增大。
  点评这类考题是源于教材,有利于培养学生的分析思维能力,归纳推理能力,有利于引导学生将学习的重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从被动接受知识向主动获取知识转化。此类题型是各地区试卷的重点考题。
  五、 评估、反思、解释、说明
  探究过程是否恰当?探究得到的结论是否合理?探究过程中是否出现新的问题?让学生根据已经掌握的物理知识经验进行解释和评价。鼓励学生能对问题进行类比、联想、反思,能合理的评判自己的思维过程,总结、提炼已有经验形成规律。
  例5某小组用蜡烛、玻璃板(作为平面镜)、刻度尺等器材做“探究平面镜成像特点”的实验时。测得数据如表:
  (1) 分析比较表格内的数据,你会发现第2次测量数据略有差异。这是实验过程中允许的误差。学生经过分析认为这次误差可能是由于测量人造成,或数据读得不准,或放在玻璃板后的蜡烛与像没有重合等。请问除此之外还有什么原因可能会导致这个误差的产生?
  (2) 做实验时,用一块玻璃板代替平面镜,请你说一说这样做的好处。
  解析本题考核的是对实验中出现问题的分析和处理。如果是刻度尺本身刻度不准确,则第一次与第三次测量数据也就应该有差异,之所以造成第二次数据有差异,除了题目中所提原因之外,还可能是平面镜放置不竖直,造成物像无法完全重合,或是因为玻璃板有一定厚度,其前后两个表面均反射成像,形成两个虚像。实验中之所以用玻璃板代替平面镜,是因为玻璃板不仅能成像,而且玻璃板是透明的,便于确定像的位置。
  答案(1) 玻璃板有厚度.或玻璃板放置不竖直。(2) 玻璃板不但能反射光成像,还能透过光使人看到玻璃板后的蜡烛,便于确定像所在的位置。
  点评“学而不思则罔,思而不学则殆”。一味机械地学习而不加自己的思索、分辨、判断,往往会难辩真伪,误入歧途。客观地评估和分析探究过程中出现的问题,在近年考题中经常出现。此外,紧跟社会热点的问题,带有浓厚的社会生活气息的问题,都有利于培养学生的学习兴趣,是考试的重点,应多加关注。
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