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理科教育教学专业论文
摘要: 本文探讨了理科教学中的科学观测技术教育的意义和如何加强科学观测技术的教育意识,并提出了几点要求。
关键词: 理科教学科学观测技术教育意识
在提高全民科学素养的科学教育大背景下,理科教学被赋予了肩负提高公众化学和科学素养的重任。
科学素养一般包括如下内容:(1)知道必要的科学内容;(2)对科学过程和科学方法有必要的了解;(3)对科学和社会的关系有必要的认识。
观察和测量是诸多科学方法的一种,在理科教育中很受重视。
然而,科学观测技术在科学教育中却容易被忽视,我们应加强科学观测技术的教育。
1.充分认识科学观测技术在科学研究中的价值
科学观测包含科学观察和科学测量,是科学家研究客观事物对象时获得数据资料的重要方法。
科学观察是人类认识客观事物的规律性的一种最基本、最重要科学认识方法。
通过科学观察可以获得所研究对象的自然信息,经过分类、对比、归纳,然后形成某种假说或结论。
科学测量是运用测量仪器在一定条件下对研究对象所进行的量的观察,它可为研究者提供客观、精细和准确的感性认识。
科学研究离不开科学观测。
在运用自然观察方法进行研究时,我们应对自然状况下的客观事物及现象在不作任何人为的干预和控制的情况下进行观察,从而获得大量客观事物的表象素材和数据,经分类、对比、归纳,进而认识客观事物的本质属性和内在规律。
在运用实验观察方法进行研究时,我们应通过人为的干预、变革或控制实验对象进行观察,获得大量实验数据,再去伪存真,去粗取精,经分析、归纳、抽象,从而揭示其内在规律性。
2.理科教学中科学观测技术教育的要求
2.1要培养观测意识
在科学研究中观测意识很重要。
在面对所要研究的客观事物时,研究者要努力寻找可以表征客观事物属性的量或变量,运用合适的测量技术和工具去获得数量,从数据中分析内在的联系和规律。
例如面对植物观察,我国古代理学家王阳明信奉朱熹的“即物而穷其理”、“一草一木,皆含有至理”的理论,曾站在窗前,面对竹子,苦思冥想,想通过“格”那个竹子,“格”出“理”来,“格”了七天,病倒了也没有得出科学结论[1]。
而比利时的化学家海耳蒙特在观察和研究植物时,用定量土壤栽培一棵柳树,海耳蒙特在盛有200磅干土的瓦盆中栽了一棵重5磅的柳树苗,只用水浇灌。
经过五年,树和每年的.落叶总重169磅3盎司,增加了164磅3盎司(74.389公斤)。
他将泥土重新烘干,其重量只减少了2盎司(0.091公斤)。
海耳蒙特由此证明柳树增加的重量只来源于水[2]。
虽然他的研究没有考虑到空气的影响,但所得结论比起王阳明来,先进多少。
海耳蒙特选择重量作为研究变量,而且给出了测量数值,结论的可信性大大提高,而王阳明的观察只停留在普通观念的“看”上,没有科学观测意识,也就得不出令人信服的可靠结论了。
2.2要培养技术意识
当一般观测手段获得的数据不能解决问题时,我们必须寻找更有效的观测手段来作深入研究。
超越人类肉眼观察范围的自然世界的观测需要现代观测技术和手段的支持。
例如在化学元素发现史中,1844年前,人们用古典分析法和电解法等手段发现了几十种元素。
1844年至1859年的15年间一种新元素都没有发现,直到1860年第一台光谱分析仪问世后,陆续发现了铯、铷、铟、铊等一大批新元素[2]。
这说明用过去的传统的方法已经不能再发现新的元素了,我们只有借助光谱分析仪等先进观测技术手段才能有进一步的发现。
现在人们可利用的观测技术很多。
例如通过显微镜,我们可以观察细菌等微生物;通过电镜,我们可以观察较大的原子分子,以及纳米尺度的材料颗粒;通过X-射线衍射仪,我们可以观察晶体结构。
没有这些现代观测技术和手段,我们就无法知晓微观世界的奥秘和规律,因而可以说现代测试仪器扩展了我们的认识范围。
因此,在理科学习和研究中要具备观测技术意识,学会思考或寻求扩大观测范围的技术和方法。
另外,在研究不能直接观察和测量的自然现象时,有技术意识的观测常会导致新观测技术和仪器的创新和发明,也将会大大推动人类社会科学文化的进步和发展。
2.3要注意科学观测与其他科学方法的结合
在学习科学观测技术时,我们不能孤立地采用观测方法,要注意与其他方法密切结合。
联合国教科文组织理科教师手册里对科学过程和方法提及的13种是:观察、分类、数值关系、测量、空间时间关系、传达、预见、推论、获得操作型定义、形成假说、解释数据、识别和控制变因、实验[3]。
简化的过程为:发现或提出问题、收集数据资料、分析数据资料、形成结论或假说[4]。
不难发现,在科学研究中,科学家们针对不同的研究对象运用不同的科学方法来解决问题,科学观测为运用其他科学方法解决问题提供数据支持和依据。
不同的科学家在运用和处理科学观测的数据结合不同的科学方法时就形成了自己独特的科学方法系统,如拉瓦锡的化学定量方法,道尔顿的观察和实验方法,范特霍夫巧妙地将数学方法、模型方法、类比逻辑方法应用于化学,等等。
由此说明,在理科教学中对学生进行科学教育时,我们要把科学观测方法和其他科学、方法结合起来,不能为观察而观察,为测量而测量,这样才能更好地发挥科学观测方法在科学研究中的作用。
参考文献:
[1]严复.救亡决论.1895年,载于陈学恂,中国近代教育文选,人民教育出版社,1983:191-204.
[2]张家治.化学史教程.山西教育出版社,1987.6:77-79,188-190.
[3]UNESCO.联合国教科文组织理科教师手册.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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