用失败案例教育法培育学生科学素养

用失败案例教育法培育学生科学素养,浙江省德清县高级中学,王 延 光,2006年7月28日,本校省级课题简介,失败学开拓者日本畑村洋太郎,马云（05）年度经济人物评选创新论坛上主旨报告的开场白,本校省级课题向失败学习，提高学生的科学素养,一、美国的2061计划与我国的2049计划,1.美国的2061计划,1985年2061年，用76年时间使所有美国公民具备科学素质。,2.我国的2049计划,1999年2049年，用50年时间使我国成年公民具备基本的科学素质。,3.两个计划的比较,4.我国全民科学素质行动计划纲要 (200620102020）,邓楠：科学素质纲要面向全体公民，重点在于提高未成年人、农民、城镇劳动人口、领导干部和公务员等四类人群的科学素质。,其中提高未成年人和农民的科学素质是重中之重。,提高未成年人的科学素质，不仅要使他们掌握必要和基本的科学知识与技能，了解科学探究的过程和方法，更重要的是激发他们的创新意识和实践能力。,二、用失败案例教育法培育学生科学素养,1.失败案例是科学素养教育的课程资源。,案例1 英国物理学家胡克根据弹簧实验的结果，提出了胡克定律，在弹簧的弹性形变中，弹簧产生的弹力F跟它发生的形变大小x成正比，即F=kx，式中的比例系数k叫弹簧的劲度系数。请设计一个实验，测定弹簧的劲度系数。说明所选用的器材和实验的步骤。,我们发现学生在练习时，大多数学生的设计方案都能正确选择实验器材，能明确告知实验需要测定的物理量以及测定这些物理量的步骤，也能正确表达劲度系数的计算公式，唯独“忘了”“改变拉力，重复测量几次，求平均值”这一最能体现科学素养的关键步骤。 面对这种看似不怎么起眼的“过失”，我们是“酌情扣分、大事化小、小事化了”，还是“严肃处理、小题大做、上纲上线”呢？我们认为，这种“过失”，正说明了学生压根儿不知道“重复”这种科学思想在科学研究中的重要性。其实，在科学研究中，用“重复”可以探索和发现客观规律，用“重复”可以检验规律的正确性，用“重复”可以减小实验误差，。,2.用失败案例教育法培育学生科学素养,向失败学习科学思想,案例2 如图所示，伽利略理想实验将可靠的实验事实和严谨的逻辑思维结合起来，更深刻地揭示了自然规律。伽利略的斜面实验程序如下：,减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度 两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一斜面。 如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度。 继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平面做持续匀速运动。请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论。下列选项正确的是（ ） A事实推论事实推论 B事实推论推论推论 C事实推论推论推论 D事实推论事实推论,面对这一问题，我们在教学活动中注意到有许多学生错误地选择了选项A。经了解才知道学生在听课时大多只注意伽利略理想实验的结论，并没在意其思想和过程。所以，学生不知道理想实验是不是实实在在的实验，更不知道这个理想实验是在“理想化”和“极限”的科学思想指导下的一种基于基本实验事实的推理过程和思维活动。如果我们把这个失败案例放在牛顿第一定律教学过程中去让学生讨论，就可以让学生加深对理想实验这种思维活动的理解，并从中学到“理想化”和“极限”等科学思想。,向失败学习科学方法,案例3 当物体从高空下落时，空气阻力会随物体的速度增大而增大。因此经过一段距离后将匀速下落，这个速度称为此物体下落的终极速度。研究发现相同环境条件下，球形物体的终极速度仅与球的半径和质量有关。（g取10m/s2）。下表是某项研究的实验数据：,根据表中的数据，求出B球与C球在达到终极速度时所受的空气阻力之比fB:fC。 根据表中的数据，归纳出球形物体所受的空气阻力f与球的速度v和球的半径r的关系，写出表达式并求出比例系数。,面对这样的问题，大多数学生能比较顺利地解决第一问，但对第二问却感到束手无策，无从下手。经了解，几乎所有学生都知道对于多因素问题应采用控制因素法进行研究，但只知道如何控制因素得出这些实验数据，而不知道在总结归纳多因素问题的规律时还得用控制因素法。,向失败学习科学态度,案例4 下表记录的是学生在做描绘小电珠的伏安特性曲线实验时的测量数据：,有不少学生根据表中数据描点后，想当然地把小电珠的伏安特性曲线描绘成如图所示的经过原点的直线，并认为这些点不在直线上是实验误差所致。少数学生为了使所得的图线更合乎自己想 象中的直线，甚至 不惜对表中数据作 了“适当”的修正。,我们可以教育学生，实验是科学的基础，实事求是是科学的准则，做实验描图线必须尊重事实，决不能凭主观臆测。如果科学实验的数据是假的，图线是错的，那么以此所得的一切结论全是错的。而且在信息时代的今天，科学数据已作为一种可增值的资源，在使用过程中可以产生新的数据产品和新的知识，如果我们的数据是假的，那么我们以此所得的一切新的数据和新的知识全是错的。最后还可以告诫学生，我们的实验虽然不能与科学家进行的科学实验相比，但我们凭主观臆测绘图线、改数据所违背科学精神的性质与韩国首尔大学黄禹锡伪造科学实验数据学术腐败的性质没有什么两样。,向失败学习科学精神,案例5图1为上海某校操场上，两同学相距L为10m左右，在东偏北、西偏南11的沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一并联铜芯双绞线，像甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上，双绞线并联后的电阻R约为2，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持在频率为2Hz左右。如果同学摇动绳子的最大圆半径h约为1m，电流计读数的最大值I约为3mA，,质疑1摇动铜芯线能产生电流吗？为此我们的学生进行了多次尝试和改进 。,质疑2电流计的读数。如图所示，实验中用到的电流计是学生实验用的G表，通常有200A和300A两种量程,怎么可能读出300A的电流呢？我们按照习题中提供的数据和要求做上述实验时，发现电流计（量程为300A的G表）指针偏转很小，只有12小格，约10-20A ，远小于题中所述的“约为3mA”（3000A）。可见，原题中这一数据的真实性是值得怀疑的。,质疑3感应电动势的计算。原题提供的解析中运用公式E=BLv来计算感应电动势（动生电动势），看似合理，其实是有问题的。我们知道，匀速摇动的线绳上各部分做匀速圆周运动时的线速度各不相同（vr），因此公式E=BLv中切割速度应取平均值，但由于线绳各部分的线速度并不是线形递变，所以运用初等数学很难求其平均值，而解析中用v=h带入上式求感应电动势的最大值显然是错误的。,质疑4回路的电阻。原题提供的解析中“由E=BLv，v=h，=2f，E=IR可得 ”，数据验证知其中R=2，即为原题中所提供的双绞线并联后的电阻值。由此看出，命题者误把线绳电阻当成了回路电阻，而实际上电表（G表）的内阻才是回路电阻的主要部分，故原题中回路电阻应为Rg+R或近似为Rg。,质疑5两同学站立的方位。原题要求两位同学站“在东偏北、西偏南11的沿垂直于地磁场方向的两个位置上”，显然是为了减小磁偏角对测量结果的影响。然而地球上不同地理位置的磁偏角不尽相同，下表所列为我国部分地区的磁偏角：从表中不难看出上海的磁偏角只有偏西426，因此原题中两同学的站立方位应改为“在东偏北、西偏南426的沿垂直于地磁场方向的两个位置上”。,学生们将原题作如下改进：如图为上海某校操场上，两同学相距为10m左右，在东偏北、西偏南426的沿垂直于地磁场方向的两个位置上，面对面将一来回串接的铜芯线，像甩跳绳一样摇动，并将线的两端分别接在灵敏电流计上，铜芯线共绕（串接）5圈，电阻R约为3，绳摇动的频率配合节拍器的节奏，保持在频率为1Hz左右。如果同学摇动绳子的最大圆半径h约为1m，摇动的电线与转动轴所围面积近似为圆的一部分，灵敏电流计（内阻为100）读数的最大值约为100A，则: (1)试估算地磁场的磁感应 强度的数量级为 ； (2)将两人站立的位置改为 与刚才方向垂直的两点 上，那么电流计读数约 为_。,3.实施失败案例教育法应注意的环节,教师应树立捕捉失败案例的意识。,案例6我们发现在练习中有不少学生认为，氡的半衰期为3.8天，若取4个氡原子核，经7.6天后就一定只剩下1个氡原子核。这不能被我们简单地认为是学生对半衰期概念的理解问题，其深层次的原因是学生缺乏统计思想科学思想。其实，由统计学得出的统计规律是对足够大样本下的一种概率的判断，对太小的样本可能会失去其指导意义，而且其结论中的指标也不是一个具体的确切的数字，只是一个概率。,教师应把握失败案例教育的时机,案例7批改作业中发现，学生对有关地球绕太阳公转的运动问题，在已知太阳光射到地球的时间求地球公转轨道半径时，对r=ct表示不可接受，认为应该为r=Rs+ct。对此，我们可在课内用几分钟时间，介绍科学研究中科学近似的思想，用具体的数据让学生算一下地球半径和太阳半径与地球绕太阳公转轨道半径数量级之间的大小关系，让学生感悟科学近似思想的意义，这样便可让学生明确即使用字母表示时，地球绕太阳公转轨道半径也没有必要表示成r=Rs+Re+ct，因为这对我们现有科学技术下的测量精度毫无意义。,教师必须完善提高自身的科学素养,掌握基本的科学思想和科学方法。 如：案例1、案例2、案例3等。,坚持严谨的实事求是的科学态度。 如：进行课堂演示实验时不能为了减少误差而“造假”提供假数据。 又如：课堂上对某个问题由于准备不充分而讲错了，则要敢于认错并纠错。,养成不畏权威敢于质疑勇于创新的科学精神。 如：案例6。,养成查文献做课题等教育研究的科学习惯。,欢迎批评指正！,