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基于模型的科学探究

很多有趣的自然现象,都可以成为良好的科学学习起点。
仔细观察下面的现象:

你观察到了什么?
你如何解释发生的现象?

再继续观察下一个实验,往这个装置上到温水。

你又如何解释这个现象?
和你的朋友讨论一番,看能否相互说服对方?

再看一个生物学的例子。

你看到了什么?
你如何解释?
你如何验证自己的解释?

基于模型的科学研究,往往会从一个自然现象入手,激发学生的兴趣,把学生引入思考、解释、实验和讨论等科学实践中来,从中获得科学知识,提高探究能力,加深对科学本质的认识。

对于一个自然现象,往往有多种可能的解释模型。学生完全可以根据自己的经验,思考和构建自己的模型。但是我们经常不会给学生这样的机会,因为我们担心学生的模型不正确,而且这样更加难以接受科学模型。但是我们忽略了重要的一点,那就是这些模型不仅有利于暴漏学生的前科学概念,同时锚定出学生的最近发展区。如果,我们能很好的加以利用这两点,我们的教学会更富于成效,特别是在概念转变以及科学实践两个方面。

因此,首先我们应该,挖掘学生模型背后的想法和思维,也就是学生为什么会提出这样的模型,是如何思考的,学生有哪些想法,这些想法植根于哪些经验,他们的认知在什么地方有缺失,如何让其认识到并且加以弥补?引导学生相互交流、辩论是有助于认知缺失的弥补的。

那么如何引领学生检验自己的模型?至少有3种检验模式:逻辑检验、实验检验、计算机模拟检验。逻辑检验就是让学生检查自己模型是否存在逻辑问题,是否自相矛盾,是否与外部基础理论矛盾,是否能够很好的解释已知的各种现象。实验检验,则需要根据模型提出预期,然后根据实际实验结果,来看模型预期与现实结果是否相符。计算机模拟检验,则是在没有条件做真实的实验(时间、空间、人力、物力)时,采用计算机模拟,通过模拟结果对模型进行判断和修正的过程。

在获得实验结果后,为了促进学生利用实验结果完善和修正模型,教师有必要督促学生基于证据进行推理判断,而不是想当然或者依靠教师权威。公开的科学论辩,可以让学生更加真实的体验科学推进的真实过程。

生鸡蛋和熟鸡蛋的小实验

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