科学教学中的科学性问题
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时间：2017-08-16
一、实验教学中的科学性问题
在实验教学中，教师更关注学生应试时如何运用实验知识解题，缺乏对实验进行深入的引导，对实验的分析和讲解也很不到位，如在分析和表述时只看到表象，导致讲解时偏离科学知识的本源，从而形成科学性问题。具体表现为科学逻辑偏差、因果关系颠倒、偷换科学概念等。
[案例1]对电流表和电压表连接方式的解释。
关于电流表的连接方式，教材这样表述：电流表必须串联在被测电路中。教师的解释是：因为电流表的电阻很小，如果其与被测电路并联，会因为电流过大而被烧坏，所以必须串联在被测电路中。
关于电压表的使用，教材这样表述：测量某一部分电路的电压时，必须把电压表与这部分电路并联。教师的解释是：因为电压表的电阻很大，在理想情况下可以认为是无穷大，如果将其与被测电路串联，电路会因为电阻过大而造成电流过小，影响其他用电器的使用，所以必须将电压表与被测电路并联。
将上面两种情况进行归纳，可以得出：电流表在电路中串联使用的原因是电阻太小，而电压表在电路中并联使用的原因是电阻太大。也就是说，两种电表连接方式不同的根本原因是电阻的大小不同。
事实真的如此吗？
通过对两种电表的拆解，发现它们的结构都为灵敏电流计与电阻的组合，核心的灵敏电流计允许通过的电流很小。当它串联在电路中时，通过的电流会过大，因而需要并联一个阻值比自身小的电阻，让大部分电流从并联电阻一路通过。而当它并联在电路中时，因为电阻小，电流绝大部分会通过灵敏电流计对其造成损坏，与其并联的电路也会因此被短路，所以要串联一个大阻值的电阻，让大部分电流从原电路通过，只让很小的电流来驱动灵敏电流计。
通过以上分析可知，电流表也可以将电阻做得很大，电压表也可以将电阻做得很小。电流表不是因为电阻很小才串联，而是因为要串联所以做成电阻很小；电压表不是因为电阻很大才并联，而是因为要并联才做成电阻很大。
可见，电阻的大小不是决定其连接方式的根本原因。那是什么决定电流表和电压表的连接方式呢？
测电流是测导体中某点的电流，因此要求测量工具接到这一点上，因此是串联。测电压是测导体两端的电压，本质就是测出同时刻两点之间的电势差，因此要求测量工具要同时接到两个点上，即并联。
综上可知，这是一个科学逻辑偏差、因果关系颠倒的问题。不是因为电阻大（小），电压（流）表才要并（串）联，而是因为电压（流）的特性要求电压（流）表必须并（串）联，所以才将电阻做大（小）。原先的电阻决定论之所以没有引起怀疑，主要是因为这种科学性问题对学生做题的正确性不会产生影响，只会影响学生对科学知识本质的理解，因此没有引起教师的注意。教师在一遍遍错误的重复中，就把谬论当成了真理。
为避免这种科学性问题的发生，教师在教学中要探寻知识的根源，厘清知识间的关系，培养学生的逻辑推理能力。教学不能以应试为中心，否则将会使很多的科学知识异化，造成科学知识上的错误。而如果教师一再地重复强化这些错误知识，其自身也会深受影响，误认为这就是知识的本来面目，那必将失去科学教学的根本。防止出现这类科学性问题的有效方法是，对感觉不舒服或不顺畅的解释，多问一个为什么，对问题有“打破砂锅问到底”的探究精神，对问题的归因能多运用逆向思维推理来强化和验证。
二、练习教学中的科学性问题
在练习教学中，最容易出现的科学性问题就是知识归纳和推理中的错误。主要表现在对知识间的关联挖得不深，仅凭一些不完全事例或不完整的原理分析，就得出一个小范围使用的知识归纳，且由于忽视科学方法的指导，无视适用条件扩大
使用范围，从而造成知识归纳的不全面，引发应用上的错误。
[案例2]杠杆平衡条件的应用归纳。
如图2所示，用撬棒撬石头，手握在撬棒的末端B端，其中AB=2米，OB=1.6米，DO=0.1米，石头对撬棒的压力是800牛，求在B端最少要用多大的力才能撬起石头。
如果根据以上的结论，只要找到最大的动力臂就可以找到最小的动力，动力臂最大时应当以A為支点，力的方向是垂直于AB向上，此时动力臂就是AB整根撬棒的长（2米）。
由F1l1=F2l2可得
F1×2米=800牛×0.3米
F1=120牛
再看如果力是垂直于AB向下的，其支点为O，动力臂为OB=1.6米。
由F1l1=F2l2可得
F1×1.6米=800牛×0.1米
F1=50牛
当动力臂为2米时，需要动力为120牛，而动力臂为1.6米时反而只需要50牛的力，动力臂短的反而所需要施加的力小，完全推翻了教师的结论。
教师上述的知识归纳问题出在哪里？他没有意识到归纳出的知识是有适用范围的，要明确使用的条件。
在实验教学中，教师更关注学生应试时如何运用实验知识解题，缺乏对实验进行深入的引导，对实验的分析和讲解也很不到位，如在分析和表述时只看到表象，导致讲解时偏离科学知识的本源，从而形成科学性问题。具体表现为科学逻辑偏差、因果关系颠倒、偷换科学概念等。
[案例1]对电流表和电压表连接方式的解释。
关于电流表的连接方式，教材这样表述：电流表必须串联在被测电路中。教师的解释是：因为电流表的电阻很小，如果其与被测电路并联，会因为电流过大而被烧坏，所以必须串联在被测电路中。
关于电压表的使用，教材这样表述：测量某一部分电路的电压时，必须把电压表与这部分电路并联。教师的解释是：因为电压表的电阻很大，在理想情况下可以认为是无穷大，如果将其与被测电路串联，电路会因为电阻过大而造成电流过小，影响其他用电器的使用，所以必须将电压表与被测电路并联。
将上面两种情况进行归纳，可以得出：电流表在电路中串联使用的原因是电阻太小，而电压表在电路中并联使用的原因是电阻太大。也就是说，两种电表连接方式不同的根本原因是电阻的大小不同。
事实真的如此吗？
通过对两种电表的拆解，发现它们的结构都为灵敏电流计与电阻的组合，核心的灵敏电流计允许通过的电流很小。当它串联在电路中时，通过的电流会过大，因而需要并联一个阻值比自身小的电阻，让大部分电流从并联电阻一路通过。而当它并联在电路中时，因为电阻小，电流绝大部分会通过灵敏电流计对其造成损坏，与其并联的电路也会因此被短路，所以要串联一个大阻值的电阻，让大部分电流从原电路通过，只让很小的电流来驱动灵敏电流计。
通过以上分析可知，电流表也可以将电阻做得很大，电压表也可以将电阻做得很小。电流表不是因为电阻很小才串联，而是因为要串联所以做成电阻很小；电压表不是因为电阻很大才并联，而是因为要并联才做成电阻很大。
可见，电阻的大小不是决定其连接方式的根本原因。那是什么决定电流表和电压表的连接方式呢？
测电流是测导体中某点的电流，因此要求测量工具接到这一点上，因此是串联。测电压是测导体两端的电压，本质就是测出同时刻两点之间的电势差，因此要求测量工具要同时接到两个点上，即并联。
综上可知，这是一个科学逻辑偏差、因果关系颠倒的问题。不是因为电阻大（小），电压（流）表才要并（串）联，而是因为电压（流）的特性要求电压（流）表必须并（串）联，所以才将电阻做大（小）。原先的电阻决定论之所以没有引起怀疑，主要是因为这种科学性问题对学生做题的正确性不会产生影响，只会影响学生对科学知识本质的理解，因此没有引起教师的注意。教师在一遍遍错误的重复中，就把谬论当成了真理。
为避免这种科学性问题的发生，教师在教学中要探寻知识的根源，厘清知识间的关系，培养学生的逻辑推理能力。教学不能以应试为中心，否则将会使很多的科学知识异化，造成科学知识上的错误。而如果教师一再地重复强化这些错误知识，其自身也会深受影响，误认为这就是知识的本来面目，那必将失去科学教学的根本。防止出现这类科学性问题的有效方法是，对感觉不舒服或不顺畅的解释，多问一个为什么，对问题有“打破砂锅问到底”的探究精神，对问题的归因能多运用逆向思维推理来强化和验证。
二、练习教学中的科学性问题
在练习教学中，最容易出现的科学性问题就是知识归纳和推理中的错误。主要表现在对知识间的关联挖得不深，仅凭一些不完全事例或不完整的原理分析，就得出一个小范围使用的知识归纳，且由于忽视科学方法的指导，无视适用条件扩大
使用范围，从而造成知识归纳的不全面，引发应用上的错误。
[案例2]杠杆平衡条件的应用归纳。
如图2所示，用撬棒撬石头，手握在撬棒的末端B端，其中AB=2米，OB=1.6米，DO=0.1米，石头对撬棒的压力是800牛，求在B端最少要用多大的力才能撬起石头。
如果根据以上的结论，只要找到最大的动力臂就可以找到最小的动力，动力臂最大时应当以A為支点，力的方向是垂直于AB向上，此时动力臂就是AB整根撬棒的长（2米）。
由F1l1=F2l2可得
F1×2米=800牛×0.3米
F1=120牛
再看如果力是垂直于AB向下的，其支点为O，动力臂为OB=1.6米。
由F1l1=F2l2可得
F1×1.6米=800牛×0.1米
F1=50牛
当动力臂为2米时，需要动力为120牛，而动力臂为1.6米时反而只需要50牛的力，动力臂短的反而所需要施加的力小，完全推翻了教师的结论。
教师上述的知识归纳问题出在哪里？他没有意识到归纳出的知识是有适用范围的，要明确使用的条件。
前面的实验中，“要使动力最小，只要找到最大的动力臂即可”的结论实际上隐含了一个条件，即阻力与阻力臂的乘积不变。由F1l1=F2l2的平衡条件可知，要得到“l1最大，F1最小”的结论，就必须确保“F2l2不变”。而上述题目中恰恰F2l2在变，不再适合原来的结论。
自然科学的发展史表明，一种理论或一个定律都有其适用的范围，并不是可以无限延伸的。作为科学教师，要有同样的理念，要意识到自身归纳总结得出的结论，有其自身的应用范围，教学中必须突出它的应用条件。在描述科学探究结论时，教师都会一再强调科学结论的得出必须有限制条件，如“当质量相同时，速度越大，动能越大”，会着重强调“当质量相同时”这个条件的有无。对科学知识的归纳也有这样的前提条件，但教师对此却熟视无睹，造成推论的适用性错误。这也说明教师平时对于科学方法的运用还是停留在以事论事的表面上，没有将内化为自身知识与素养的一部分。
要避免这种科学性问题，从根本上讲，教师要将科学方法真正内化成自身知识与素养的一部分，而不是仅仅停留在表面。就像平时虽然知道不能随地吐痰，但这种行为往往会在不经意间发生，这就是没有真正内化。对此，较为有效的一种方式就是回头看，比较归纳得出的知识与原先的知识的区别，再深入思考形成区别的原因，同时问自己“这一知识点为何不采用归纳后的表述”，这样就会意识到有应用条件的存在。这使得自己时刻会关注知识的应用范围及条件，在一定程度上能让浮于表面的科学方法内化。
三、科学史教学中的科学性问题
对于科学史教学，教师往往不够重视，缺乏相应的设计与研究，只是将科学史简单地进行呈现。有时会因未将关键事实全部叙述，或是在不恰当的环境中叙述，同时又没有做好相应的引导，导致学生的认识滑向错误的方向，对科学学习造成负面影响。
[案例3]“认识地球”的教学（片段）。
师：地球是运动的，还是静止的？
生（齐）：运动的。
师：你知道古人是怎么认识地球的吗？他们为什么会有这样的认识？
生1：古人认为地球是静止不动的，他们是凭自己并不可靠的感觉得出结论的。
（教师对此给予了肯定，并讲述人类对此问题的认识过程。）
生2：
这个在我很小的时候就已经知道了，古人太笨了！
生3：他们太自以为是了，不会用大脑思考，看到什么就是什么！
生4：古人的认识都是很可笑的，都是不正确的！
……
在出现大量这样“不当”的言论后，教师只是无关痛痒地说了一句：“古人的認识也是有可取之处的，下面我们来看一下哪些现象可以说明地球是在运动的。”这样的教学是很差强人意的。
关于地球是静止还是运动的问题，鉴于古代的科学水平和观察条件，古人很难解决，而对于生活在现代的学生来说则只是一个常识性问题。但学生很容易将现代人与古人的认识进行忽略前提条件的绝对性对比，从而得出简单、错误的结论。这就是科学史教学中容易出现的科学性问题。教师在讲述时不考虑当时的情况，给学生的一个感觉就是“古人是勤劳的但有点笨，他们不太会思考，跟现代人相比差很多”。要纠正以上的错误认识，事实上只要在教学中做一点点改变即可，如可提问学生：“你感觉到地球在运动了吗？感觉不到，你又是如何知道地球是运动的？”
事实上，古人的思维并不是学生想象的那么简单，他们也不是感觉地不动就认为地球是静止的。当时他们也像现在的我们一样会从多个方面考虑事物的可能性，再得出一个较为符合当时认知水平的解释。当时古
人也曾想到过地球是否存在运动的可能性，但这会带来许多问题，而这些问题以当时的知识水平是解释不了的。
自然科学的发展史表明，一种理论或一个定律都有其适用的范围，并不是可以无限延伸的。作为科学教师，要有同样的理念，要意识到自身归纳总结得出的结论，有其自身的应用范围，教学中必须突出它的应用条件。在描述科学探究结论时，教师都会一再强调科学结论的得出必须有限制条件，如“当质量相同时，速度越大，动能越大”，会着重强调“当质量相同时”这个条件的有无。对科学知识的归纳也有这样的前提条件，但教师对此却熟视无睹，造成推论的适用性错误。这也说明教师平时对于科学方法的运用还是停留在以事论事的表面上，没有将内化为自身知识与素养的一部分。
要避免这种科学性问题，从根本上讲，教师要将科学方法真正内化成自身知识与素养的一部分，而不是仅仅停留在表面。就像平时虽然知道不能随地吐痰，但这种行为往往会在不经意间发生，这就是没有真正内化。对此，较为有效的一种方式就是回头看，比较归纳得出的知识与原先的知识的区别，再深入思考形成区别的原因，同时问自己“这一知识点为何不采用归纳后的表述”，这样就会意识到有应用条件的存在。这使得自己时刻会关注知识的应用范围及条件，在一定程度上能让浮于表面的科学方法内化。
三、科学史教学中的科学性问题
对于科学史教学，教师往往不够重视，缺乏相应的设计与研究，只是将科学史简单地进行呈现。有时会因未将关键事实全部叙述，或是在不恰当的环境中叙述，同时又没有做好相应的引导，导致学生的认识滑向错误的方向，对科学学习造成负面影响。
[案例3]“认识地球”的教学（片段）。
师：地球是运动的，还是静止的？
生（齐）：运动的。
师：你知道古人是怎么认识地球的吗？他们为什么会有这样的认识？
生1：古人认为地球是静止不动的，他们是凭自己并不可靠的感觉得出结论的。
（教师对此给予了肯定，并讲述人类对此问题的认识过程。）
生2：
这个在我很小的时候就已经知道了，古人太笨了！
生3：他们太自以为是了，不会用大脑思考，看到什么就是什么！
生4：古人的认识都是很可笑的，都是不正确的！
……
在出现大量这样“不当”的言论后，教师只是无关痛痒地说了一句：“古人的認识也是有可取之处的，下面我们来看一下哪些现象可以说明地球是在运动的。”这样的教学是很差强人意的。
关于地球是静止还是运动的问题，鉴于古代的科学水平和观察条件，古人很难解决，而对于生活在现代的学生来说则只是一个常识性问题。但学生很容易将现代人与古人的认识进行忽略前提条件的绝对性对比，从而得出简单、错误的结论。这就是科学史教学中容易出现的科学性问题。教师在讲述时不考虑当时的情况，给学生的一个感觉就是“古人是勤劳的但有点笨，他们不太会思考，跟现代人相比差很多”。要纠正以上的错误认识，事实上只要在教学中做一点点改变即可，如可提问学生：“你感觉到地球在运动了吗？感觉不到，你又是如何知道地球是运动的？”
事实上，古人的思维并不是学生想象的那么简单，他们也不是感觉地不动就认为地球是静止的。当时他们也像现在的我们一样会从多个方面考虑事物的可能性，再得出一个较为符合当时认知水平的解释。当时古
人也曾想到过地球是否存在运动的可能性，但这会带来许多问题，而这些问题以当时的知识水平是解释不了的。
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