如何由實驗觀察提出科學問題

2022-05-21 05:49:01 字數 3265 閱讀 1400

摘要以蠟燭燃燒的**活動為例,**了通過「觀察-描述-質疑」3個步驟提出科學問題的方法與策略。觀察與描述可按空間順序和時間順序進行,以促進提問的全面性。借助語言描述的抽象性和概括性的特點,發揮描述的認知功能,可以增強提問的深刻性。

從具體實驗現象、各要素間關係、類似事物的比較等不同角度與層次提問,可以擴充套件提問的豐富性。

關鍵詞蠟燭燃燒實驗觀察提出問題科學問題科學**

無論是在學生的學習中,還是在社會實踐中,發現和提出問題的價值絲毫也不比解決問題的價值遜色 [1] 。愛因斯坦說過,「提出乙個問題往往比解決乙個問題更為重要,因為解決乙個問題也許僅僅是乙個數學上或實驗上的技能而已,而提出新的問題,新的可能,從新的角度去看舊的問題,卻需要創造性的想象力,而且標誌著科學的真正進步。」 [2] 提問是人認識自我和認識世界的一種重要方式,《科學(3~6年級)課程標準(實驗稿)》(以下簡稱《科學課標》)以及初高中物理、化學、生物各科目的課程標準均將「提出問題」作為科學**的重要環節和重要的過程與方法目標。

儘管我們已經非常明確教學應當注意培養學生的提問意識和提問能力,引導學生學會提問;在教學中給學生創設提問的情境、向學生布置提問的任務也比較容易做到;但是在如何提問、如何提出更有效的問題方面較少進行方法和策略的指導,這樣學生的提問往往是自發的,缺乏有序性和系統性。蠟燭燃燒是學生熟悉的事物,對蠟燭燃燒的實驗**也是小學科學 [3] 和中學化學 [4] 教學中的核心活動。該活動不僅涉及到物理變化與化學變化、燃燒的現象與條件以及產物檢驗等基本的科學原理,而且可以承載**能力各個要素的培養。

本文則以蠟燭燃燒為例,**由實驗觀察提出科學問題的方法和策略。

1 科學提問「三步曲」——觀察、描述、質疑

偉大的科學家法拉第曾以《蠟燭的故事》 [5] 為題為青少年朋友連續開展了6講專題報告,深入**了蠟燭燃燒的原因、蠟燭火焰的形狀、火焰的顏色等等一系列問題,並由此擴充套件到許多物理、化學和生物的基本概念。此後,關於蠟燭火焰的溫度、光譜、成分的研究以及微重力條件下的蠟燭燃燒實驗 [6,7] ,進一步推進了人們對燃燒的認識,從而也大大增強了這一教學內容的趣味性和時代性。同時,值得我們反思的是,法拉第及其後的科學家們如何能夠針對一根小小的蠟燭闡發出如此多的可研究的問題呢?

科學家的智慧型和洞察力自然是他們能夠提出豐富的科學問題的重要基礎,但我們從中能否反思和提煉出一些可供教學借鑑的方法和策略呢?

經過筆者長期的思考和對文獻的研究,認為觀察和描述恰恰是從實驗中提出問題的一條重要途徑。若對每一句描述的語言都打乙個問號,進行追問,就成了乙個個問題。這就構成了由實驗觀察提出科學問題的「三步曲」:

①觀察,按照一定的時間順序或空間順序進行細心的觀察;②描述,用詳細的語言描述觀察到的現象;③質疑,對描述的每一句話都打乙個問號,這樣就將每一項描述都轉化為問題。讀者對觀察、描述和質疑3個詞彙都非常熟悉,而且在教學中也頻繁使用,把3者整合起來,形成乙個序列,便可以很好地發揮指導學生提問的「腳手架」功能。

「三步曲」策略能夠發揮效力的關鍵點,在於面對乙個現象時一定要強迫自己依序完成3個步驟。在人們的認識活動中,通常情況下觀察、描述和質疑3個活動發生的頻率是依次衰減的。其中,觀察最為普遍,我們無時無刻不在觀察著周圍的世界。

但是描述相形之下要少得多,試想一下,我們在觀察到身邊的現象時頭腦中是否常常浮現語言的陳述,例如「太陽從東方公升起」,「電燈發出了光」;可想而知,並不普遍。質疑出現的頻率就更少了,這就是我們生活在乙個充滿科學問題的世界裡卻較少提問的原因。

當突破了從觀察到描述的「障礙」後,提問就迎刃而解了,例如上述描述直接便可轉化為問題「太陽為什麼從東方公升起?」「電燈為什麼會發出光?」。

這裡所指的「障礙」並非知識和能力上的,而是習慣上的。因為用語言對現象做出描述並不困難,把陳述句轉化為疑問句也不困難,困難在於沒有在觀察之後堅持描述和質疑的意識和習慣。若把這種策略外顯給學生,並反覆強化,就會促進學生突破原有的習慣,形成一種內化的提問策略,這樣就提公升了學生的問題意識和思維品質。

以蠟燭燃燒為例,通過對實驗現象的觀察和描述可以提出很多問題,舉例如表1。

表1 通過對蠟燭燃燒現象的觀察和描述而提出問題

觀察的部位由現象描述轉化成的問題解釋或涉及到的相關科學概念

燭身(蠟燭的固態部分)

蠟燭為什麼會有不同的顏色?石蠟為白色或淺黃色,有色蠟燭為染料染色

為何蠟燭觸控起來有滑膩感?為何蠟燭質輕?有機分子的特點,分子鏈較短,密度較小

為何蠟燭聞起來有氣味?有機小分子揮發

燭杯(燭身上部)

為何有燭油產生?固態的蠟熔化變成液態

燭身上部為何形成杯子的形狀?燭油為何儲存在「杯子」中?對流使冷空氣補充,冷卻燭杯的外沿

火焰為何可形成穩定的火焰?反應速率平緩

蠟燭燃燒為何能夠發光、發熱?該反應為放熱反應和自發反應

火焰為何呈拉長的水滴形狀?對流使火焰周圍的空氣上公升,把火焰拉長

火焰的不同部位顏色為何不同?產生顏色的原因主要有固體熱輻射、分子光譜和原子光譜

是什麼物質在燃燒?燃燒生成什麼?汽化的可燃物與氧氣反應生成水、二氧化碳和炭黑等

生成的黑色菸是什麼?是怎麼產生的?有機物不完全燃燒生成的炭顆粒

燭芯浸在燭油中的燭芯起什麼作用?毛細作用,汲取並向上輸送燭油

燭芯佇立在火焰中間為何不燃燒?燭芯為何變黑?燭芯的頂端為何紅熱?焰心的部位溫度較低,棉線受熱炭化變黑,燭芯頂端紅熱的部位火焰溫度較高

蠟燭燃燒的過程

為何需要用火柴引燃蠟燭?蠟燭為何不能自動燃燒?該反應為需要引發的化學反應,通過引發使反應物跨越「能壘」

燃燒為何可持續進行?為何不需要反覆不斷地用火柴引燃?該反應為持續發生的自發反應,先反應的反應物釋放的熱量可引發後續反應

蠟燭為何能夠燃燒完全?反應限度問題

表1中的問題是豐富多樣的,而且可以承載核心科學概念的教學;同時,其中不乏我們司空見慣的現象,但平時並沒有留意和質疑,當追問起來的時候還真不知道該如何解釋;由此可說明「三步曲」策略的有效性。接下來,本文將逐步解析如何借助「三步曲」策略系統地提出上述問題,以及在這些問題的基礎上是否還能進行更深層次的追問,並**相應的心理機制和提問策略。

2 促進提問的全面性——觀察與描述依序進行

對於乙個實驗現象,要觀察得全面,需要按照一定的順序,比如分別按照空間順序和時間順序進行觀察。空間順序可從上到下、從左到右、從前到後等,這樣可以使觀察更為有序且不容易遺漏。類似地,按照時間順序可將實驗過程的不同環節詳盡地描述出來。

2.1 按照空間順序進行觀察與描述

對於蠟燭燃燒的實驗,以從下到上的空間順序進行觀察與描述:①燭身。蠟燭的顏色,觸覺的滑膩感,質輕,聞起來有氣味。

②燭身與火焰交界處。燃燒時燭身上部形成杯子的形狀,燭油儲存在「燭杯」裡。③火焰。

火焰發光、發熱,火焰呈拉長的水滴形狀,火焰的不同部位顏色不同,火焰上方有黑煙生成。④燭芯。燭芯下部浸在燭油中,上部佇立在火焰中間、變黑,頂端紅熱。

這些現象都可以承載相應科學原理的教學。

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