警惕教学中的“伪探究”现象
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作者: 顾明华
不久前，笔者参加了一场名师培养对象观摩课活动。在“匀速直线运动”教学中，执教者整体构思精巧，师生双边互动踊跃。然而对“数据处理”这一环节的处理却欠妥。现谈谈我的一孔之见。
初中物理教学中的“数据处理”是在观察现象的基础上进行定量研究、发现规律的重要环节。它不仅能体现知识生成过程，有时还孕育着新发现。这就是新课程所倡导的探究式学习。然而许多教师常常不愿沉下心来，引导学生做“去伪存真”的仔细探究，而当发现实验数据与预设有差异时，往往笼统地、轻易地归结为“由于误差”等原因，久而久之，会导致学生逐步养成不良的数据处理习惯，也会损害学生科学素养的养成。这就是新课程学习中的“伪探究”现象。
一、“伪探究”归因
归根究底，造成“伪探究”这一现象主要有两个深层原因：
1.主观预设的思维惯性忽略了对数据的科学处理
本课的教学重点是研究气泡的运动规律。执教老师的思路是先让学生观察气泡的运动，由于课前老师是精心准备的，气泡的运动给学生的最初直观印象是近似“快慢如一”，然而仅凭感觉是不可靠的，要准确研究它的运动，必须进行测量。然后便进入到学生分组对管中气泡动手测量探究的环节。老师对学生测量的结果是有心理预设的：“气泡相同路程运动时间是近似相等的”，从而理所当然地推出：若不计实验误差，气泡的运动应该是匀速直线运动，于是教程过渡到研究匀速直线运动的特点。以上老师对学生测量结果的心理预设，由此而带来的思维惯性，往往会导致师生对实验数据处理的失当。
当时课堂的实况是学生测出来的数据五花八门，出入较大，这本属于正常现象，但是老师却以“由于误差”为由避谈了很多问题，回避了许多数据处理的分析过程。不仅如此，课堂实况中，该老师从众多的数据中，挑出一组她认为比较满意的数据进行了讲解，数据如下表：
在分析数据时，老师启发：后面3个数据差异不大，为什么0～10cm通过的时间是8.9s，与后面3组数据差别那么大呢？
该组同学答：可能是0刻度线太靠近底端了，气泡仍在启动加速期。老师对这一说法给予了充分肯定。我以为，这可能是执教老师一个精彩的预设，至少在选择这组数据时有自己即兴的预期。其实细一思量：如若是气泡仍在启动加速初期，那么0～10cm这段通过的时间应该要稍长一些才对啊，但这里的时间明显是最短的。这是一个极其简单的教学失误，暴露了老师的心理预设带来的思维惯性而忽略了对数据的科学分析。老师教学时往往极想往自己的预设答案上靠拢。其实，这位同学操作时是等气泡过了0刻度线才启动了计时秒表，是动作迟缓造成的。这一数据是人为操作不当造成的。
2.探究流于形式，掩盖了诸多因素的探究
的确，简单化的数据处理的好处很多，能节省很多时间，以便顺利地朝自己预设的教学目标推进。但是本堂课学生实验探究的数据参差不齐。掩盖掉了哪些内容的探究呢？我大致归纳为这么几种：
（1）由于涉及到距离的测量、时间的测量两个物理量，在距离测量时，学生用的是记号笔，在刻画时笔迹太粗，有的同学还会把刚涂上去的记号失手涂抹掉，不太清晰。在进行时间测量时，由于采用双排10道电子记忆秒表，记录气泡运动到各点的时间，有的同学对左、中、右三个键的功能使用不太熟练，气泡到了记号点时，手忙脚乱。
（2）由于“0”刻度的选取太靠近底端。
（3）气泡有一定的大小，以哪个点为参照点开始计时也是个问题。
（4）每隔10cm测一次时间，间隔太短，学生来不及反应。
（5）操作时，有的学生拿玻璃管的手在晃动。
（6）学生实验动手的能力也差异颇大，人为因素也较多。
以上仅属于测量问题，还有一个更严肃的追问：实验中气泡进行的是匀速直线运动吗？笔者观察到执教老师玻璃管中用的是机油和汽油的混合液，似乎也不太均匀；气泡运动时，时而还与管壁摩擦；随着深度的变化，气泡的形状与体积也有些微的变化，这会导致浮力的大小发生改变。所以，撇开测量这一环节不谈，气泡本身就不是严格意义上的匀速直线运动，因此，学生测量的数据出入较大也就在所难免。而老师却一概说成是“由于误差”所致，这掩盖了诸多问题的发现与研究，妨害的是学生动手实验能力的培养。
二、去“伪”的路径
既然气泡的运动规律是那么不确定，导致测量差异的成因又很多，那么，本节课的教学目标怎么实现呢？
1.认识误差的性质和成因
误差一般分为三类：系统误差、偶然误差、过失误差。系统误差指在测量和实验中，未发现或未确定的因素引起的误差。这些因素影响的结果永远朝一个方向偏移，当实验条件一经确定，系统误差就获得一个宏观上的恒定值。比如，弹簧测力计若未校零，指针在零刻度线之下，则测量结果会一直偏大。本节中气泡的体积会随深度的减小而增大，导致浮力变大，这个因素会使气泡的运动变快。偶然因素又叫随机误差，是指在对已消除系统误差的一切量值的观测中，所测数据仍会时大时小，没有确定的规律，且无法控制和补偿。但是，倘若对某一量值做足够多次的等精度测量后，就会发现，偶然误差完全服从于统计规律，误差的大小或正负的出现完全由概率决定。因此，随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋近于零。所以多次测量的平均值更接近于真值。过失误差指由于粗心大意、过度疲劳或操作不正确等引起的误差。由于心智水平发展不均衡，培养学生的实验能力，显得尤为重要。
在本节教学中，老师首先要精心准备，力求让气泡的运动接近匀速直线运动。气泡的体积随深度减小而增大，会导致浮力变大，但是，受到的阻力也同时变大。系统误差可以通过反复试验，相互抵偿。比如，浮力大小，粘滞阻力，均与液体的密度有关，可以用汽油和机油的混合，改变混合比例，达成所需。气泡运动时，玻璃管的晃动会影响运动路线，可以把玻璃板竖直安装在铁架台上，既避免了人为的晃动，又因为竖直，能避免气泡与试管壁的碰撞产生摩擦。另外，秒表的使用，一定要熟练；开始计时的零刻度线也可在老师实验的基础上提出大致参考值。
2.培养学生的科学品质
在实验中，研究气泡的运动可以多次研究，反复优化，找出能逼近气泡真实运动的规律，这才是真实的探究过程，从中才能培养严谨的探究态度。有了这样的科学素养，一生才能有所创造，有所创新。这也是我们教学的重点所在。培养学生严谨的科学态度，形成良好的科研习惯，远比多教几个知识点要受用得多。
事实上，许多科学发现就是源于能敏锐地发现数据的微小差异。19世纪末。英国物理学家瑞利发现：由氨制得的氮气密度是1.2505kg/m3，由空气制得的氮气密度是1.2572kg/m3，前者比后者略小。拉姆赛在听了瑞利的报告后提出：“空气中可能还含有未知的、密度更大的成分。”瑞利和拉姆赛一起反复实验，终于从空气中制得的氮气里分离出另一种当时还不为人知的气体——氩。可见，科学的数据处理态度是获得新发现的重要前提之一。如遇有差异就回避问题，常会丢失科学发现的良机。如若学生因此还学会了凑数据应付，甚至倒过来修改实验数据，我们的教学则“罪莫大焉”，与素质教育的宗旨完全相悖。
（顾明华，南通市启秀中学，226000）
责任编辑：赵赟
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