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理科教育教學專業(yè)論文
摘要: 本文探討了理科教學中的科學觀測技術(shù)教育的意義和如何加強科學觀測技術(shù)的教育意識,并提出了幾點要求。
關(guān)鍵詞: 理科教學科學觀測技術(shù)教育意識
在提高全民科學素養(yǎng)的科學教育大背景下,理科教學被賦予了肩負提高公眾化學和科學素養(yǎng)的重任。
科學素養(yǎng)一般包括如下內(nèi)容:(1)知道必要的科學內(nèi)容;(2)對科學過程和科學方法有必要的了解;(3)對科學和社會的關(guān)系有必要的認識。
觀察和測量是諸多科學方法的一種,在理科教育中很受重視。
然而,科學觀測技術(shù)在科學教育中卻容易被忽視,我們應(yīng)加強科學觀測技術(shù)的教育。
1.充分認識科學觀測技術(shù)在科學研究中的價值
科學觀測包含科學觀察和科學測量,是科學家研究客觀事物對象時獲得數(shù)據(jù)資料的重要方法。
科學觀察是人類認識客觀事物的規(guī)律性的一種最基本、最重要科學認識方法。
通過科學觀察可以獲得所研究對象的自然信息,經(jīng)過分類、對比、歸納,然后形成某種假說或結(jié)論。
科學測量是運用測量儀器在一定條件下對研究對象所進行的量的觀察,它可為研究者提供客觀、精細和準確的感性認識。
科學研究離不開科學觀測。
在運用自然觀察方法進行研究時,我們應(yīng)對自然狀況下的客觀事物及現(xiàn)象在不作任何人為的干預(yù)和控制的情況下進行觀察,從而獲得大量客觀事物的表象素材和數(shù)據(jù),經(jīng)分類、對比、歸納,進而認識客觀事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律。
在運用實驗觀察方法進行研究時,我們應(yīng)通過人為的干預(yù)、變革或控制實驗對象進行觀察,獲得大量實驗數(shù)據(jù),再去偽存真,去粗取精,經(jīng)分析、歸納、抽象,從而揭示其內(nèi)在規(guī)律性。
2.理科教學中科學觀測技術(shù)教育的要求
2.1要培養(yǎng)觀測意識
在科學研究中觀測意識很重要。
在面對所要研究的客觀事物時,研究者要努力尋找可以表征客觀事物屬性的量或變量,運用合適的測量技術(shù)和工具去獲得數(shù)量,從數(shù)據(jù)中分析內(nèi)在的聯(lián)系和規(guī)律。
例如面對植物觀察,我國古代理學家王陽明信奉朱熹的“即物而窮其理”、“一草一木,皆含有至理”的理論,曾站在窗前,面對竹子,苦思冥想,想通過“格”那個竹子,“格”出“理”來,“格”了七天,病倒了也沒有得出科學結(jié)論[1]。
而比利時的化學家海耳蒙特在觀察和研究植物時,用定量土壤栽培一棵柳樹,海耳蒙特在盛有200磅干土的瓦盆中栽了一棵重5磅的柳樹苗,只用水澆灌。
經(jīng)過五年,樹和每年的落葉總重169磅3盎司,增加了164磅3盎司(74.389公斤)。
他將泥土重新烘干,其重量只減少了2盎司(0.091公斤)。
海耳蒙特由此證明柳樹增加的重量只來源于水[2]。
雖然他的研究沒有考慮到空氣的影響,但所得結(jié)論比起王陽明來,先進多少。
海耳蒙特選擇重量作為研究變量,而且給出了測量數(shù)值,結(jié)論的可信性大大提高,而王陽明的觀察只停留在普通觀念的“看”上,沒有科學觀測意識,也就得不出令人信服的可靠結(jié)論了。
2.2要培養(yǎng)技術(shù)意識
當一般觀測手段獲得的數(shù)據(jù)不能解決問題時,我們必須尋找更有效的觀測手段來作深入研究。
超越人類肉眼觀察范圍的自然世界的觀測需要現(xiàn)代觀測技術(shù)和手段的支持。
例如在化學元素發(fā)現(xiàn)史中,1844年前,人們用古典分析法和電解法等手段發(fā)現(xiàn)了幾十種元素。
1844年至1859年的15年間一種新元素都沒有發(fā)現(xiàn),直到1860年第一臺光譜分析儀問世后,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了銫、銣、銦、鉈等一大批新元素[2]。
這說明用過去的傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能再發(fā)現(xiàn)新的元素了,我們只有借助光譜分析儀等先進觀測技術(shù)手段才能有進一步的發(fā)現(xiàn)。
現(xiàn)在人們可利用的觀測技術(shù)很多。
例如通過顯微鏡,我們可以觀察細菌等微生物;通過電鏡,我們可以觀察較大的原子分子,以及納米尺度的材料顆粒;通過X-射線衍射儀,我們可以觀察晶體結(jié)構(gòu)。
沒有這些現(xiàn)代觀測技術(shù)和手段,我們就無法知曉微觀世界的奧秘和規(guī)律,因而可以說現(xiàn)代測試儀器擴展了我們的`認識范圍。
因此,在理科學習和研究中要具備觀測技術(shù)意識,學會思考或?qū)で髷U大觀測范圍的技術(shù)和方法。
另外,在研究不能直接觀察和測量的自然現(xiàn)象時,有技術(shù)意識的觀測常會導致新觀測技術(shù)和儀器的創(chuàng)新和發(fā)明,也將會大大推動人類社會科學文化的進步和發(fā)展。
2.3要注意科學觀測與其他科學方法的結(jié)合
在學習科學觀測技術(shù)時,我們不能孤立地采用觀測方法,要注意與其他方法密切結(jié)合。
聯(lián)合國教科文組織理科教師手冊里對科學過程和方法提及的13種是:觀察、分類、數(shù)值關(guān)系、測量、空間時間關(guān)系、傳達、預(yù)見、推論、獲得操作型定義、形成假說、解釋數(shù)據(jù)、識別和控制變因、實驗[3]。
簡化的過程為:發(fā)現(xiàn)或提出問題、收集數(shù)據(jù)資料、分析數(shù)據(jù)資料、形成結(jié)論或假說[4]。
不難發(fā)現(xiàn),在科學研究中,科學家們針對不同的研究對象運用不同的科學方法來解決問題,科學觀測為運用其他科學方法解決問題提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。
不同的科學家在運用和處理科學觀測的數(shù)據(jù)結(jié)合不同的科學方法時就形成了自己獨特的科學方法系統(tǒng),如拉瓦錫的化學定量方法,道爾頓的觀察和實驗方法,范特霍夫巧妙地將數(shù)學方法、模型方法、類比邏輯方法應(yīng)用于化學,等等。
由此說明,在理科教學中對學生進行科學教育時,我們要把科學觀測方法和其他科學、方法結(jié)合起來,不能為觀察而觀察,為測量而測量,這樣才能更好地發(fā)揮科學觀測方法在科學研究中的作用。
參考文獻:
[1]嚴復.救亡決論.1895年,載于陳學恂,中國近代教育文選,人民教育出版社,1983:191-204.
[2]張家治.化學史教程.山西教育出版社,1987.6:77-79,188-190.
[3]UNESCO.聯(lián)合國教科文組織理科教師手冊.英文版,1980:27-31.
[4]Kenneth T.Henson,Delmar Janke,Elementary Science Methods McGRAW-HILL BOOK COMPANY,New York,1984,9-13.
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