有关科学探究硕士论文开题报告范文 和用工程思想提升学生科学探究品质有关自考开题报告范文

这篇科学探究论文范文为免费优秀学术论文范文,可用于相关写作参考。

用工程思想提升学生科学探究品质

科学课要以科学探究为主要的教学方式,但如果学习者只关注科学探究的最终结论,而不去思考这些科学结论的产生过程,或者不去尝试运用这些结论来改善现实的生活,那都谈不上是成功的科学课.因此,教师有必要让学生运用科学知识,开展一些基本的科学实践活动.倡导工程思想和科学探究的整合能够为科学教学提供全新的视野和有效的途径.

一、融入工程思想的科学探究的基本流程

假如能够将工程思想巧妙地融入科学探究之中,那么无疑可以使科学教学变得更加活泼和真实.比如在传统的科学课上,教师一般会让学生先拼搭各种形状的多面体,然后测试它们的承重力,通过这种方式,学生了解什么样的形状稳定性强,承重力大.这种类型的探究活动是对事物之间因果关系的探索,其目标是认识自然中的因果机制,并获得具有普遍价值的科学知识.而工程设计则往往通过操作各种变量试图得到一个预期的结果,其目标是用工程设计的方法解决现实生活中的特定问题.同样是上面的科学主题,教师可以让学生完成一个建瞭望塔的项目,学生模仿工程师和建筑师的工作,把物理力学和技术设计方面的内容联系起来,如此,学习的过程会更加生动有趣.可见,对于科学教师而言,把工程思想融入科学探究活动并没有想象中的那么困难,大体来讲,它由以下几个环节构成:

1.明确问题.

通常而言,工程设计始于真实情境中的问题或任务,这个任务可以由教师独立提出,也可以由学生提出.在工程与科学整合的学习中,教师需要引导学生对问题进行研究,明确任务完成的限制性因素,同时调查过去使用过哪些方案.这一阶段的目标是让问题明确化,同时增加学生的学习兴趣.比如:在建塔项目中,教师可以事先设定一些基本技术参数方面的限制,如塔的高度不能低于20厘米,要有一个方形的底座,底座高度不少于5厘米,塔上还需要有一个平台,能够让人在上面进行观察等.

2.制订合理的解决方案.

与绝大多数的科学探究实验相比,工程设计类问题没有唯一的答案.在这个阶段,教师要组织学生进行头脑风暴,让学生把注意力集中在产生想法上,而不是急着评估他们的想法是否可行和合适.比如:对于建造什么样式的塔,教师可以让学生进行网络搜索,搜集世界著名建筑物的照片,并带到课堂中来,让学生自由讨论哪一种形状或结构可以借鉴.

3.分析解决方案.

当学生讨论出一定数量的、可能解决问题的方案后,教师就要组织他们评判每个方案是否符合初始的限制条件(技术参数),可以让学生分组对设计方案进行评估,研究每个方案的优势与缺陷,并选择其中的某个方案完成相应的制作.

4.优化解决方案.

制作一旦完成,下一步就是让学生测试他们的设计方案,学生要收集体现方案性能的各种数据并找出需要改进的地方,一定要让学生认识到工程设计过程的反复性,不可能一下子就完成.比如,可以用多种方法来测试塔的稳定性和强度:用电吹风从不同的角度吹,测试塔的稳定性;用喷雾瓶模拟下雨;向塔施加重量来确定其整体强度等等.这些测试可能需要学生用数周时间才能完成.

5.交流.

在整个学习过程中,教师应为学生提供交流测试结果的机会(见图1).比如:在明确问题阶段,学生就应该和他人分享自己对任务情境、限制条件和评判标准的理解,这样能够及时把一些重要的信息传递出去,减少不必要的精力投入.

(图1)

二、工程思想融入科学探究的操作要点

由以上分析可知,科学与工程互相联系,互为补充,同时又有着各自的特点.融入工程思想对教师重新思考并组织科学探究具有革命性的意义,同时也对教师提出了更高的要求.在实际教学中,教师特别要注意以下几点:

1.循环定义课堂问题.

工程设计过程大多从真实情境中的问题或任务开始,往往需要对问题进行反复描述,直到确定某个更细致的问题为止,之后再进行方案的制订、分析和优化,这个过程可能需要重复好几次,即循环定义问题.而科学课上需要学生进行探究的问题比较明确,且具有极强的计划性,教师和学生都知道课堂上要研究的问题是什么,活动中自己要做什么,目标一旦确定不轻易更改实验方案.由此可见,在工程与科学的整合中,教师首先面临的就是循环定义问题的挑战.

比如:在开展“怎样用纸制造一架飞机并让它飞得更远”这一工程项目时,由于影响飞机飞行的因素很多,所以不可能只围绕一个因素进行反复优化设计,但同时也不可能让学生像飞机制造者那样测试全部的影响因素.在这种情况下,教师可以借助限制性条件的设置,如规造飞机的材料和推动飞机飞行的力量等,先把一些没有科学价值的因素排除掉.一开始学生制造出来的飞机大多带有明显的翅膀但没有尾部,因为在他们的头脑中飞机是借助一对巨大的机翼飞行的,但经过测试,他们就会发现翅膀过大并不能有效增加飞机直线飞行的距离.此时,教师需要及时引导学生再次定义问题,“你的问题解决了吗?”“你又有什么新的问题?”……慢慢地把研究的重心转移到飞机的形状结构上来,飞机飞行的距离在反复设计改进的过程中慢慢增加.归根到底,工程设计是一个非线性的过程,这要求教师和学生在课堂上形成良性的互动关系,学生则不断地接近预定的任务,同时也不断地更新着自己的知识库.

2.均衡选择实验类型.

实验可以分为两种基本类型:一种是涉及“科学模型”的实验,这类实验以探索科学知识和规律为宗旨,如:物体下落的快慢和它的质量有关系吗?另一种是涉及“工程模型”的实验,这类实验通过操作变量来得到一个预期的结果,如“怎样让降落伞下降得更慢?”当然,真正的科学家和工程师在做研究时常会同时运用科学模型和工程模型.[1]

作为科学教师,我们知道学生已有的科学知识和生活经验可能会让科学学习变得更加复杂和不可预知,但很少有人知道,这些已有的知识和经验会进一步影响他们选择实验活动的类型.比如,当要求学生研究影响车速的因素时,他们通常会无意识地选择工程模型来开展科学探究——把原本是寻找影响车速因素的科学模型实验,变成设计一辆速度更快的小车的工程模型实验,长此以往,学生会认为科学实验主要是为了获得某种具体的结果而不是寻找变量之间的关系,形成对科学实验本质的错误理解.

有些教师喜欢在课堂上大量使用竞赛,以此激发学生学习的积极性,然而将竞赛带入课堂很容易进一步强化工程模型.这样的项目不应该过度使用,而应该谨慎地与应用科学模型的活动均衡使用.[1]这意味着教师在把工程思想融入科学探究活动时,绝不是把原本的科学模型实验全部转化成工程模型实验那么简单,恰恰相反,正是因为学生容易倾向于使用工程模型,教师需要有意识地设计一些能更好地反映科学实验本质的活动,均衡地、有目的地选择不同的实验类型,让学生在课堂中理解并熟练运用科学模型实验和工程模型实验来解决不同的问题.

3.注重培养证据意识.

科学教师通常只要求学生根据观察到的现象来回答问题,这种课堂文化迫切需要变革.科学教师的主要任务并不只是传授给学生一些科学知识,更重要的是提高学生的科学思维水平.如果学生全身心地投入某个科学探究活动,为的只是寻找并展示支持某个观点的证据,那么极有可能固化学生的思维.因为在这样的科学探究中,学生极有可能对那些不利于自己假设的证据视而不见、弃而不用,事实上它们的存在恰恰能够用来否定自己一开始的假设和想法.学生缺乏怀疑和创新精神,其中一个重要原因就在于他们已经习惯于被教师引导着去相信科学探究只关注“证明”,而不是怀疑和有理有据的逻辑推理.

比如:在研究哪些因素会影响物体下落的快慢时,很多教师只是让学生做“两个铁球同时落地”的实验,从而得出物体质量对下落快慢没有影响这一结论,而事实上这一结论本身就存在着很大的科学性问题.一个比较合理的方法是让学生在更大的范围内讨论物体的自由下落问题.教师可以先提出相互矛盾的两种假设:(1)物体重量决定其下落速度;(2)物体的大小和形状决定其下落速度;然后分别让学生分组测试这两种假设是否正确.有些学生会在两个大小相同的胶卷盒中装入不同重量的东西,这样就会得出物体重量不影响下落快慢的结论;有些学生则用乒乓球和小钢珠来进行比较,很明显在这种情况下重量的确会起到作用.物体形状大小的因素所造成的影响也是如此.两组不同的实验让学生得出两个截然不同的结论,而从正反两个方面寻找证据的实验,则有利于引发学生头脑中原有知识和生活经验的碰撞和重组,这时学生可以在教师的引导下,结合两组实验的测试结果分析得出正确的结论:如果物体的形状大小和其质量相比起来非常小,那它的重量就不会影响下落的快慢.

由此可见,尊重证据不等同于让学生通过科学探究单单寻找支持自己想法的证据.有时候需要教师通过均衡的实验设计,让学生去测试互相矛盾的假设,在这个过程中同时寻找支持和反对某种观点的证据,效果反而更好.

4.合理分配探究时间.

既然工程设计是一个散乱的、非线性的过程,那么学生要想在一项任务上获得成功,往往需要多次尝试,直到得到符合要求的、满意的结果为止.鉴于课堂的时间限制,教师对探究时间的分配和控制就显得尤为重要.

第一种策略是提高时间的利用率.一般而言,课堂中要留给学生充足的动手时间,但也并非越多越好.有时,在确定并定义问题环节需要让学生充分讨论,有时为了制订合理的方案学生需要进行反复沟通,而后期制作测试的环节则可利用课后时间进行.这就要求教师根据不同的教学内容对探究基本流程统筹安排,把有限的时间用在最能够促进学生科学素养提升的活动上.另一种策略是在课程安排允许的情况下,如采用两节科学课连上的形式、增加科学课的周课时数、吸引学生利用课后时间等方法.总而言之,工程设计不可能“一击必中”,出现失败的可能性很大,教师要让学生有足够的时间去尝试各种解决问题的方案.

工程思想与科学探究的整合会给科学课程带来转变,同时也会对教师提出前所未有的挑战,教师需要具备必要的技能,设计出让学生潜能最大化发挥的工程学习项目.当下,科学探究的方向已经指明,道路就在脚下,前景让人期待!■

【参考文献】

[1]埃里克·布伦塞尔.在课堂中整合工程和科学[M].周雅明,等,译.上海:上海科技教育出版社,2015.

科学探究论文范文结:

适合不知如何写科学探究方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于科学探究论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。

1、给排水科学和工程论文

2、科学期刊

3、海洋科学期刊

4、科学教学论文

5、科学杂志社

6、计算机科学和技术专业导论论文