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(2016-10-24 11:59:19)
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科学探究解读
《标准》指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力，实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。
学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。”[1]
《标准》的以上陈述，阐明了科学探究在义务教育阶段物理课程中的重要意义和原则要求。
科学探究过程包括以下要素：
1. 提出问题
2. 猜想与假设
3. 制定计划与设计实验
4. 进行实验与收集证据
5. 分析与论证
6. 评估
7. 交流与合作
下面将依次解读关于这些要素的科学探究能力目标。
第一节
一、提出问题
1.能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与物理学有关的问题。
请见以下实例：
例1．某学生在河边玩耍，看见两女士在河边散步，一位穿高跟鞋，另一位穿平跟鞋，尽管她们体重看起来相同，但她们留在河边湿地上的脚印深浅有明显的差异。高跟鞋后跟的印痕窄而深，平跟鞋的则宽而浅。该学生感到这可能有一定的道理。
例2．某学生在观看许多鸟类标本时，发现啄木鸟的嘴巴和鸽子等鸟不同，啄木鸟的嘴尖细而坚硬。该学生意识到这里有物理的原因。
例3．一位没有学过电磁感应知识的学生猜想：既然电能生磁，通电导线能使它旁边的小磁针偏转，那么磁也许可以生电，放在磁体旁的闭合线圈中也许就会有电流通过。他用实验验证时却没有观测到磁体旁的线圈中有电流。但细心的这位学生偶然发现，当把磁体取走或放入的瞬间，与线圈相连的电流表的指针发生了摆动。他想，这里一定存在着某种物理规律。
以上分别从日常生活、自然现象、实验观察三种情况各列举了一个发现问题的实例。这三个实例所反映的不仅是学生在发现问题时所处的环境状态不同，而且其心理状态也不同：例3是偶然被捕捉的发现，像奥斯特发现电流周围存在磁场就属于这种情况，它需要敏锐的洞察力；例2是经过仔细对比的后的发现，它需要进行深入的观察；例3是对平时熟视无睹现象的发现，这些现象天天都呈现在我们眼前，从平常中发现问题，实质上是一种批判性思维的体现。以上发现问题的各种方式都是形成和发展学生发现问题的能力所必须的。
本要求所述“发现与物理学有关的问题”，包括发现的相关物理现象之间的联系（例1）、发现某物理现象区别于其它物理现象的特点（例2）、发现在其它场合下和以往事件中没有出现过的物理现象（例3）等等。应该说明的是，学生此时发现的是某种现象，仅是一种问题意识，还没有形成具体的、能清晰、明确地用语言或文字表述的问题。
2.能书面或口头表述这些问题。
本要求指的是学生把自己的发现，通过思考，演变为一个具体、明确的物理问题，这是发现问题、提出问题的另一个环节。实施这一环节最简单的办法就是把观察到的现象采用“问题化”的方式进行陈述。例如，上述例1的问题可表述为“为什么高跟鞋鞋跟对湿地的压痕会比平跟鞋深？”， 例2可表述为“为什么啄木鸟的嘴需要特别尖硬？”
以上这种把所观察到的现象直接问题化的表述方式只是一种较低层次的方式，这是因为：第一，它把现象转化为问题时，在行为上比较简单，只要把现象的描述加一个问号便可以了。第二，它没有把对上述现象的认识转化为一个科学问题，因而缺乏明确的探究方向，给形成探究假设和制定研究方案带来了一定的困难。
要把发现的现象演变为一个科学问题，需要对现象作进一步的思维加工。例如以上例1中，高跟鞋和平跟鞋对地面作用的不同特点是力的作用面积不同，从而造成地面的破坏效果不同；例2中的啄木鸟啄虫时，利用了嘴尖，即作用面积小的特点，达到啄破树体表面的目的。这样，例1和例2都可以演化为“力对物体的破坏作用和受力面积有什么关系？”这一科学问题，进而还可以发展为“力对物体的破坏作用和什么因素有关？”这一探究问题，通过探究后便有可能形成压强的概念。同样，把学生在例3中的发现演化为一个可探究的物理问题，可以表述为“在什么情况下磁能生电？”
学生提出问题的能力的发展应该是逐步的，在学生获得新的发现之后，首先应该使学生能够把自己的发现用问题的方式表述出来，在这个基础上，教师可以根据学生的认知情况适当地加以指导，帮助学生形成一个与物理学有关的科学问题，并用口头或书面表述出来。学生经过一定案例的积累，并随着他们物理知识的丰富，逐步地提高自己提出探究问题的能力。
3.认识发现问题和提出问题对科学探究的意义。
发现问题和提出问题对科学探究具有重要意义。如果没有发现问题、不能提出问题，科学探究便无从谈起，因此，发现问题和提出问题是进行科学探究的前提。同时，科学探究过程是围绕着所探究的问题展开的，正是由于有了明确、具体的探究问题，才能使探究过程具有明确的方向，使探究能沿着合理的假设一步一步走下去，可以说，问题是各个探究环节的核心。另外，发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程，要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素，这是很不容易的事，它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维，科学探究的最终目标之一就是发展学生的创造力，发现问题和提出问题对实现这一目标起着重要的作用。
学生不可能一开始便能获得对发现问题、提出问题的意义的全面认识，上述认识也不可能只通过教师对学生全面讲授就能完全建立的，必须使学生经历发现问题和提出问题的过程，并对所提出的问题作进一步的探究实践，通过学生自己的体验，逐渐认识发现问题和提出问题对科学探究的意义。
二、猜想与假设
1.尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想。
例如在密茂的树林中，太阳光透过树叶中空隙照在地面上的许多光斑，大量都呈圆形，其明亮深浅不一，位置交错重叠。为什么这许多光斑都是圆的呢？为了探究这些圆形光斑的成因，就要先提出猜想，然后依照猜想来制定探究计划。
猜想不是胡猜乱想，猜想是应用现有的经验和知识对问题中的事实寻求可能解释的过程。尽管所提出的猜想不一定是最终的科学结论，但对问题成因的猜想仍需要有一定的依据，这依据就是上述要求中所述的两点：一是已有的经验和知识，二是科学事实，即要求中所说的“问题”。
上例中造成树荫下太阳圆形光斑的原因是什么？猜想之一是因为树叶是圆的，所以影子是圆的，因为树叶在空中交错重叠，所以地下的圆斑交错重叠。猜想之二是因为太阳是圆的，地面的光斑也都是圆的，圆形的光斑是圆形的太阳形成的。究竟哪种猜想更合理，需要根据已有的知识、经验对照圆形光斑事实进行思考。猜想之一认为圆的树叶会形成圆的影子，这固然是生活中的经验，但根据已有知识，影子是光线没有照射到的地方，而光斑是光线照射到的地方，树荫下的圆圈是光斑而不是影子，因此，已有的知识不支持第一个猜想。同时，地面上所有的圆形光斑都是一个很标准的圆，只有太阳的形状和它吻合，事实和经验支持第二种猜想。至于为什么地面的光斑明亮不一、交错重叠，那将是在这种猜想的指引下进一步探究的问题。
2.对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。
在探究“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”问题时，老师问学生：如果改变通过电磁铁的电流或者改变电磁铁的匝数，它的磁性强弱会改变吗？下面有这样一段教学过程。
“学生相互议论：假设通过电磁铁的电流由 1A增加到2A，电磁铁的磁性会怎样？是否可以这样推测：导线中的2A电流是两股1A电流汇合而成的，每股电流都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。
如果电磁铁的电流不变，线圈由100匝增加到200匝，它的磁性又会怎样？是否可以这样推测：200匝线圈是由两组100匝线圈组合而成的，每组线圈都产生一个磁场，两个相同磁场合在一起，电磁铁的磁性增强了。
通过以上推测可以想到：电磁铁的线圈匝数越多，通过的电流越大，电磁铁的磁性将越强。”[2]
这就是对“电磁铁磁性强弱与什么因素有关”进行探究的可能实验结果进行的推测和假设。和猜想一样，推测和假设的根据是探究者自己的经验、知识以及所探究问题的科学事实。推测和假设的结论必须是可检验的，检验的结果有两种可能：一是支持假设，即证实；二是否定假设，即证伪。一个无法检验的陈述是没有探究价值的，因而也就不是一个科学假设。
3.认识猜想与假设在科学探究中的重要性。
猜想与假设在科学探究中的重要作用首先在于它是科学结论的先导，如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持，它就可能发展成为科学结论。因此，猜想与假设能帮助探究者明确探究的内容和方向，指导探究的沿预定目标展开，避免探究的盲目性。
因为猜想与假设对解决问题的方案作了一定的预见性思考，因此，它为收集信息、分析和解释信息提供了一个大致的框架。例如在“树荫下圆形光斑的成因”探究问题中，其猜想是“圆形的光斑是由于圆形的太阳形成的，和树林中透光的树叶空隙的形状无关”，按照这个猜想可以得到一个概括性陈述，就是“光源发出的光通过一个屏障上的小孔后在光屏上得到的光斑，其形状与光源形状相同，与小孔形状无关”。按照这个陈述，就能设计一个验证方案：取不同形状的光源，有长条形的（日光灯）、球形的（磨沙灯泡）等。在不透光屏障上钻不同形状的小孔，有圆的、方的、三角形的等。观察不同光源的光通过不同小孔后的光斑形状，便能验证猜想是否正确。因此可以说，猜想与假设为制定探究计划、设计实验方案奠定了必要的基础。在以上实验中，如果在同一屏障上钻上多个相互靠近的大小不同的小孔，模拟树林中杂乱无章的透光空隙，还能看到树荫下那种明亮不同、交错重叠的光斑。如果进一步改变孔的大小、增大光屏到透光孔之间距离的调节范围，还可以发现和认识许多在猜想上未曾预料到的现象。
要使学生获得对猜想与假设的正确认识，应该让学生在经历猜想与假设的过程，并据此制定探究计划或设计实验，完成探究活动，使学生体会猜想与假设是科学结论的先导，体验猜想与假设在整个探究活动中所起的引导性作用。
三、制定计划与设计实验
1.明确探究目的和已知条件，经历制定计划与设计实验的过程。
在制定探究计划或设计探究实验之前，必须明确探究的目的和已知条件。探究的目的来自于探究的问题，探究计划的具体任务或实验方案的具体要求来自于根据探究问题所提出的猜想或假设。当猜想或假设一经提出，便能据此明确目的，辨明条件。
制定计划与设计实验是科学探究过程中重要的环节，但多数情况下，为了使科学探究能进行下去，教科书都需要介绍探究的方法，因此在课堂教学中，这个环节学生较少有锻炼的机会，这样，让学生经历制定计划与设计实验的过程就显得特别必要。
制定计划与设计实验，就是从操作的角度把探究的猜想与假设具体化、程序化。一般做法是先分析该探究要解决哪几个问题，每个问题有哪几种解决问题的方法，根据现有的条件和探究的要求，各应该选择哪种方法为好，然后根据这些被选中方法确定需要什么实验器材，按这些方法的逻辑关系构思出操作步骤。例如设计“影响电磁铁的磁性强弱的因素”实验方案时，通过推理得出电磁铁的线圈匝数越多，通过的电流越大，电磁铁的磁性将越强的假设之后，通过逻辑思维，很容易分析出实验需解决的问题有三个：怎样测量磁性强弱，怎样改变和测量电流，怎样改变线圈匝数。这时就可以发动学生来讨论解决这些问题的方法，如：
“1. 怎样测量电磁铁磁性的强弱？
学生A：看它能吸起多少根大头针或小铁钉。
学生B：看它能吸起多少铁屑（用天平称）。
学生C：看它对某一铁块的吸引力（用弹簧测力计把被电磁铁吸住的铁块拉开时弹簧计的读数）有多大。
2. 怎样改变和测量通过电磁铁线圈的电流？
学生D：用滑动变阻器改变线圈中的电流，用电流表测量电流的大小。
学生E：用增减电池来改变线圈中的电流，用串联小灯泡的亮度来比较电流的大小。
3. 怎样改变电磁铁线圈的匝数？
学生F：使用中间有抽头、能改变线圈匝数的现成电磁铁产品。
学生G：临时制作电磁铁线圈，边实验、边绕制。”[3]
兼顾考虑实验是否精确、器材是否普及、操作是否简便等因素，发动学生对这些因素进行具体分析，根据不同的学习条件，可采用C、D、F，或者用A、D、G以及其它方法组成探究方案。
2.尝试选择科学探究的方法及所需要的器材。
总的来说，科学探究可以使用观察、实验、资料查询、调查访问等方法。观察是获取自然存在的有关信息的方法，实验是通过人为的办法制造某一情境和条件从中获取信息的方法，资料查询和调查访问是收集别人在有关问题上曾经获得的信息的方法。不同的探究课题，所需要的信息特点不同，其信息来源当然也不同，因而需要选择不同的方法。应该说明的是，使用这些方法的目的是为了获得科学探究所必须的证据，对这些证据的解释以及科学探究结论的形成则应该由探究者根据证据通过逻辑思维来完成。
义务教育物理课程标准中科学探究的问题，比较多的是用观察和实验的方法。其中尤以实验探究方法居多，因此存在着一个如何选择实验器材的问题。
选择实验器材所涉及的面很广，如实验的原理、实验器材的性能和操作要求，实验的基本知识等，都会对实验器材的选择起作用。在选择实验器材时，考虑的因素也是多方面的，例如怎样实现探究的步骤，怎样保证器材的安全，怎样减小实验的误差，怎样方便实验的操作等等。对初中学生来说，不能一开始就要求过高，但应该让学生在制定探究计划时领悟选择器材的思路，尝试自己来选择探究所需要的器材。例如，可以让学生在制定探究计划时思考需要哪些器材，把所需器材的种类先确定下来，然后再从实验器材的安全性、减小误差、方便操作等方面来考虑器材的规格等问题，形成从各个因素选择实验器材的意识，逐步地提高学生选择实验器材的能力。
在选择实验器材时，应提倡学生选用日常生活中常见的器具来进行实验，这有利于使他们产生对实验探究的亲近感以及发展他们在实验器材选择方面所表现的创造能力。
3.尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。
要让学生尝试考虑影响问题的主要因素，首先应使学生认识到，具体的科学问题常常都是由多个因素共同造成的结果。例如一段导线和一段电炉丝，从本质上都是一个电阻。电炉丝要做成螺旋状，是为了增加电炉丝的长度；导线中的铜丝要做成多股，是为了在保持柔软的情况下增加铜丝的横截面积；电炉丝不用铜而用合金做成，是从材料选择方面增大电炉丝的电阻值。由于导线和电炉丝对电阻值的要求不同，它们在长度、横截面积、材料等因素上的体现也各不同，这些因素共同对它们的电阻值起作用。
要让学生尝试考虑影响问题的主要因素，还应使学生认识到，在一定的条件下有时是某个因素在对问题起主要作用。同样是研究输电导线的电阻，当我们观察到离电源越远的地方所连接的灯泡越暗时，这是导线的长度在起主要作用；当用户的用电量增加使得必须换用更粗的电缆时，这是导线的横截面积在起主要作用；当考虑为什么要用铜或铝而不用价廉的铁丝做导线时，这是导线的材料在起主要作用。究竟是哪一个因素在起主要作用，这是和研究问题的条件有关的。学生在获得这种认识之后，可以让他们尝试对探究问题的因素进行分析，判断在给定条件下，影响问题的主要因素是什么。
之所以要使学生认识当某个因素在对问题起主要作用时是有一定条件的，就是为了使学生能进一步体会，所谓这个条件，就是除主要因素以外的其它因素对问题的影响应该小到可以忽略的程度。实际上，这就是在帮助学生建立控制变量的初步意识。具体用以上实例来说就是：当研究导线电阻与长度、横截面积、材料三者中的某一个量的关系时，应保持另外两个量相同。
除此之外，使学生在科学探究中体会变量的概念，这也是建立控制变量的初步意识的一个方面。以探究导线电阻和长度的关系（横截面积、材料相同）为例，应使学生意识到，一个长度值对应着一个电阻值，长度的变化引起电阻值的变化，因而一系列的长度值对应着一系列的电阻值，它们的关系是一种动态关系，尽管不要求学生从数学的角度建立它们的函数式或图像，但是物理量之间的相互制约的意识对学生制定探究计划是很必要的。
4.认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用。
科学探究需要通过具体的操作来获取证据和验证假设，制定探究计划、设计实验方案，将把探究的猜想与假设落实到具体的操作方案上来。
制定探究计划将使探究者明确收集信息的途径和方式、确定收集信息的范围和要求、了解探究所需的器材和设备以及建立分析数据的方法和思路。探究计划使探究步骤更加有序、探究过程更加科学，如果没有探究计划，没有实验方案，科学探究的操作也就失去了根据。探究计划不当或者实验方案不妥，将直接影响着探究结果的可靠性和科学性。
在学生制定探究计划之后，可以引导学生分析自己的计划，同学之间相互交流探究计划，寻找计划中的不当之处，并预料它在探究中所产生的不良后果，从而提高对制定计划与设计实验在科学探究中的作用的认识。
四、进行实验与收集证据
1.能通过观察和实验收集数据。
通过观察收集数据时，首先要有明确的观察目标，知道是在哪一个研究对象上收集信息；同时要明确收集信息的内容，知道是记录某一现象的细微特征还是记录两个现象之间的相互联系，或者是两者兼而有之；还要明确收集信息的时间，知道是在哪一个时刻或哪一段时间内记录有关信息。做到在预定的时间观察预定的目标，收集预先所关注的信息。
除了收集预定关注的信息外，探究者还应善于捕捉意外的信息，历史上的许多发现，如伽伐尼电、“布朗运动”、伦琴射线等，都是由于科学家的敏锐目光捕捉住了意外信息而得到的。
通过实验收集数据时，除了应该具备以上通过观察收集数据的基本要求之外，还必须具有初步的实验操作技能，会使用简单的实验仪器和测量工具，能测量一些基本的物理量。
2.能通过公共信息资源收集资料。
初中物理探究活动的公共信息资源主要来源于图书馆、阅览室、科技馆、博物馆、展览馆、广播、电视和互联网等。
学生应具备从图书馆、阅览室所收藏的图书和报刊中收集有关资料的初步能力，会从图书索引中查找自己需要的书目，能从自己需要收集资料的内容来选择应查找的刊物和报纸。学生应具有阅读书籍目录的意识，经历从书籍的目录和报刊的栏目中来判断自己所需资料可能位置的过程，尝试用摘抄和复印的方法来复制所收集的资料。
学生在参观科技馆、博物馆和某些专门主题的展览会时，应具有收集资料的意识。当带着收集资料的目的去参观这些场馆时，应想到携带适合自己条件的记录资料的工具，如笔记本、照相机、录音机、录像机等，在允许的情况下采用恰当的方式及时地记录所需的资料。
学生应尝试从互联网上收集资料，学习查找与资料内容相关的网站和文件的方法和利用下载来收集资料的方法。有条件的，还可以经历从电子图书馆和电子出版物（如《中国大百科全书》）中查找资料的过程。
3.尝试评估有关信息的科学性。
由于信息提供者的科学素养以及信息传播过程中的失误，信息的科学性问题是客观存在的。学生应该具有评估信息科学性的意识和初步能力。
应从信息所反映的科学概念上来评估信息的科学性。某电视传媒为了强调节能意识，其主持人手拿理发店的电吹风机说：“……所节约的电能，足可以供给××个这样的电吹风机同时工作。” 此提供的信息混淆了功和功率的含义，在概念上出了科学性问题，因而不是科学的信息。
还应从日常生活、技术中常见物理量的数量级来发现信息中的科学性问题。例如对常见用电器的功率和工作电流、各种声音的频率范围、常见日用品的重力、汽车行驶的速度和飞机飞行的速度等物理量的大小应该有一个大致的估计，如果出现汽车的功率是几瓦、日光灯的电流是几十安培，应该判断出这可能在数字或单位的表述上出了问题。
4.会阅读简单仪器的说明书，能按书面说明操作。
会阅读说明书，是指能从使用的角度看懂说明书所表述的仪器的工作条件、操作要求和注意事项。例如以下某J2413型电磁继电器的产品说明书：
J2413型电磁继电器的产品说明书（节选）
用途：略
原理：略
技术数据：
工作电压
吸合电流
被控制电压
……
使用方法：
将8V直流电源接演示继电器面板右侧两个接线柱，将被控制电路接于面板左侧三个接线柱，即可模拟高灵敏度继电器在电器、电子电路中起的自控、遥控作用。
注意事项：略
说明书所标明的“工作电压为直流8V”，“被控制电压为交流220V，被控制电流≥1A”，都是指电磁继电器的工作条件。它要求继电器线圈正常工作时的电压为直流8V，电压太低或太高都不利于继电器的正常工作。说明书要求被控制的工用电器额定电压为220V，被控制的用电器额定电流为1A。应看懂说明书上所标的“被控制电流≥1A”的含义，它是指产品的这项性能已经达到并超过了1A的水平，不能误认为可以把该继电器用来控制超过1A电流的用电器。
在理解仪器工作条件和操作要求的前提下，应该按照说明书的要求正确地操作仪器。
还应该使学生认识到，尽管说明书上有一些看不懂的内容，这些内容一般涉及的是产品在生产、技术方面的问题，但它并不妨碍我们正确地使用仪器。
5.会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据。
初中物理课所用的天平、弹簧测力计、量筒、温度计、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源等都是简单的实验仪器，要正确地使用这些仪器，就要了解仪器的使用要求和操作要领。例如，用温度计测量容器中的水温时应该把温度计的探头全部浸没在水中并不要和容器壁接触，用弹簧测力计测力时应避免挂钩和测力计外壳接触以防止发生摩擦，使用电流表和电压表时要注意电表的量程、接线柱的极性以及电表与被测电阻的串并联接线方式等。
要正确记录实验数据，除了需要正确地动手操作实验仪器之外，还要正确地观察仪器读数，例如用量筒测量液体的体积时，不仅应该把盛有被测液体的量筒放在水平桌面上，同时眼睛还应该和液面在同一水平面上来观察量筒的刻度。
要正确记录实验数据，应辨明仪器的测量范围和最小分度值，正确读取仪器所显示的读数。
要正确记录实验数据，还要事先设计并绘制好用于记录数据的表格，把实验数据简单、明了地填在表格中。
6.具有安全操作的意识。
实验的安全主要体现为实验仪器的安全和实验者的人身安全。
在考虑实验仪器的安全时，应该具有关注实验仪器量度范围的意识：天平所测量物体的质量不能超过天平的称量；不能把温度计用来测量有可能超出其量度范围的温度；不能对弹簧用力尝试超过它的弹性限度；不能使电学元件通过的电流值超过其标称的额定值。
应该对实验结果的安全性具有预先考虑的意识。当用滑动变阻器控制电路中的电流时，开关闭合前，应审视变阻器的接线和滑动头的起始位置是否会造成变阻器的短路。当对电路的接线没有十分把握的情况下，闭合开关前，会用瞬时碰接的方法来探测电路在接通时的安全性。
当使用易破、易碎的器材做实验时应具有谨慎操作的意识。例如在使用长的玻璃管和薄的玻璃器皿时应该采取合理的防范措施。另外，还应该对220V交流电源的使用始终保持用电安全的意识。
7.认识进行实验与收集数据对科学探究的重要性。
科学事实是检验科学结论的唯一标准，证据是进行科学分析的根据，如果不进行实验，不收集科学数据，实验探究便无法进行下去，所探究问题的结论也就不可能形成。
在进行实验与数收集数据时，如果由于实验环境的影响、实验条件的改变或者由于实验者的疏忽，造成所收集数据的失真或部分失真，将会对探究结果产生严重影响，甚至有可能得出与真正的科学结果完全相反的结论而致使探究者对这错误结论反倒信以为真。收集数据对科学探究的重要性是不言而喻的。
教师应引导学生对进行实验与收集数据时的偶然失误作出认真的分析，从具体的事例中看到它的严重后果，使学生加深对进行实验与收集收集在科学探究中的重要性的认识。
五、分析与论证
1.能初步描述实验数据或有关信息。
学生应认识到，实验数据并不等于实验结论，实验数据是客观事实的反映，实验结论是在数据的基础上进行科学分析的结果。因此实验数据的描述应该客观、真实，不要带着对实验结果的预期来影响对实验数据的描述。
实验数据的描述应该准确。对物理现象的描述，其描述标准前后要统一，并尽可能地用定量或半定量的方法描述出物理现象的特征。例如，用配兑的彩色鸡尾酒在静止搁置时其彩色分界面的逐渐模糊来探究不同温度下分子热运动的特点时，对分界面模糊情况演变的描述就应该用同一标准来指出其模糊区域的大致尺度。
实验数据的描述可以采用文字表述的方法，也可以采用数学表示的方法，《标准》明确要求学生“能用语言、文字或图表描述常见物质的物理特征”[4]，通过在有关坐标系中描点来描述实验数据，可以形象地表现出信息的特征，但对初中学生来说应该由易到难、逐步地来形成这种能力。
2.能对收集的信息进行简单的比较。
对收集信息的简单比较，是指判断所比较的信息是相同还是不同，如果不同，其不同点是什么。
例如观察连通器各个部位的水面，比较它们的高度，发现总是相同的。
又如用温度计测量水壶中水的温度，比较在始终加热的情况下水沸腾前后的温度变化情况，发现沸腾前水温在不断升高，而沸腾后水温保持不变。
还如用电压表测量并联电路各支路电压，比较它们的大小关系，发现总是相等的；用电流表测量其电流关系，发现它们是不等的，进一步的比较还发现，干路电流总等于各支路电流之和。
再如比较放在通电螺线管周围的各个小磁针静止时的指向，发现它们是不同的，进一步比较相邻磁针的指向关系，发现它们是有联系的。
尽管以上所比较的量是不同的，如高度、温度、电流、电压、磁针指向等，但它们共同的特点是由于通过比较而获得了发现。如果对所获得的发现再作进一步的分析、归纳和概括，就有可能得出科学的结论。因此，对信息进行比较是进一步分析、解释信息的基础。
3.能进行简单的因果推理。
要使学生能进行因果推理，首先应该使学生认识到，作为原因和结果的两个事件是具有必然联系的：一个事件A的发生，将会造成另一个事件B的发生；另一事件B的发生，将意味着事件A在起着作用。这样，A就是原因，B就是结果。发展学生的因果推理能力是物理教学中重要的任务，对初中学生而言，应使他们能进行简单的因果分析。
简单的因果推理能力的培养，有的可以从两个关联事件发生的时间先后分析入手，时间在先的是原因，时间在后的是结果，从而使学生体会到这是由于发生了某种原因A而产生了某种结果B。例如，耳朵听到声音和声源发生振动，这是两个有必然联系的事件，从时间顺序上看，是由于声源的振动，带动周围的空气依次向外振动，终使耳朵鼓膜发生振动感觉声音，因此从因果关系来说，是由于声源的振动而产了声音。
还可以让学生从控制物理条件所发生现象的感受中培养简单的因果推理能力。例如把某一弦乐器的琴弦拉紧一些，弦振动的频率就高，把琴弦放松一些，弦振动频率就低，让学生从感觉上认识琴弦的张力是改变琴弦振动频率的原因，从而体会物理条件和物理现象之间某些存在的因果关系。
还应该使学生认识到，原因和结果是相对的。从琴弦振动使耳朵听到声音这个过程来说，琴弦振动频率的变化使耳朵感到音调的变化，因此，琴弦的频率变化是引起音调变化的原因。但从影响琴弦振动频率的因素来考虑，琴弦振动频率的变化是琴弦张力等因素变化的结果。
4.经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程。
在经历了对数据的准确记录、对数据的比较和对可能的因果关系进行分析之后，离科学探究的结果仅有一步之遥，这一步就是归纳科学规律。
要归纳科学规律，就要寻找数据之间相互关系的特征。在初中物理，这种特征通常表现为相等、之和、之差、乘积、比值等数学关系。因此在归纳时，就要通过对数据的比较，发现这些这些特征并归纳出结论。一些简单关系的规律，如“连通器中的液面总是相平的”、“并联电路的干路电流等于各支路电流之和”等结论，只要通过对实验数据的简单比较就可以归纳出来，而 “杠杆的平衡条件” 、“同一电阻的电流和电压的关系”等，需要把有关数据的乘积或者比值拿来进行比较，才能发现和归纳出它们的规律。启发学生自己发现这些数据之间规律的过程，是一个发展学生创造性思维的过程。
要归纳科学规律，还要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系。例如，探究光的反射规律，在改变入射光线的方向时学生应具有关注反射光线变化的意识；探究音调与频率的关系，改变频率时学生应具有关注音调的变化的意识；探究弹簧形变与受力的关系，改变拉力时学生应具有关注弹簧长度的变化的意识。关注条件变化对现象的影响，同时比较两者数据的数学关系，就可能归纳出所探究的科学规律。
5.尝试对探究结果进行描述和解释。
学生应尝试用自己的语言对探究结果进行描述，描述时，应力求客观、准确地反映探究的结论。
例如通过实验探究了各种情况下通电螺线管的N极位置和电流方向的关系之后，提出以下描述：“如果蚂蚁沿着电流的方向绕螺线管爬行，N极就在蚂蚁的左边”，或者说：“猴子用右手把一个大螺线管挽在腋下，如果电流沿着猴子右臂所指的方向，N极就在猴子的前方，” 让学生体会怎样通过描述来反映物理规律，并鼓励学生尝试用自己的语言来描述通电螺线管的电流方向跟N极方向的关系。最后还可以让学生对自己描述语言的概括性和科学性进行评价，发展他们运用科学、简洁、准确的语言来表述探究结果的能力。
学生还应尝试对探究结果进行解释。解释实验结果，也是描述物理规律的一种方式。例如在探究对晶体加热时其温度变化的特点，发现晶体在熔化的过程中虽然没有停止加热，但温度不变。该现象表明，晶体在熔化的过程中需要吸热。这既是对结果的解释，也是对规律的描述。
6.认识分析论证在科学探究中是必不可少的。
应该认识到，实验数据并不等于探究的结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。例如对部分电路欧姆定律的探究，当实验测出了在各种不同电压下通过电阻的电流值时，即使实验操作正确，得出的数据可靠，但探究仅停留在此阶段，面对诸多的电流值和电压值，不对这些数据进行比较、分析、归纳，将什么结论也不能形成，探究等于半途而废，因此，分析论证在科学探究中是必不可少的。
在学生经历了分析论证形成探究结论后，引导学生把分析论证前后的科学探究进程进行对比，将能加深学生对分析论证在科学探究中所起作用的正确认识。
六、评估
1.有评估探究过程和探究结果的意识。
有评估探究过程的意识，是指对探究的行为和所收集信息的科学性、可靠性有进行评估的愿望，这种愿望，通常表现为对如下一些问题的思考：
·在探究过程中，按要求应该保持不变的物理量是否在操作中真正做到了保持不变？
·从公共信息资源所获得的信息，是否会对它的可靠性程度进行思考？例如对如下不同说法：“据说……”， “据××先生的实验结果……”， “根据××先生在××条件下实验得出的××数据……”等，是否会考虑这些说法的差别？
·对实验所记录的数据，是否会观察其数量级的大小，看看它和该物理量通常的大小认识是否吻合？
·当发现个别实验数据异常的时候，是深信它是真实的还是对它测量的可靠性产生怀疑？
以上这些问题都反映了评估探究过程的意识。
有评估探究结果的意识，通常表现为思考探究结果是否会和探究者原有的知识相矛盾？探究结果是否会和日常的经验、现象相冲突？探究结果中各因素之间的关系是否符合逻辑？是否能自圆其说？等等。
强化对探究过程和探究结果所进行评估的意识，对发展学生的批判性思维具有积极的意义。
2.能注意假设与探究结果间的差异。
探究假设是对探究结果的预期，探究结果是对探究假设的验证（这里所指的探究结果是指实验结果，并非是对探究结论的陈述）。若结果与假设吻合，则假设被证实；若结果与假设冲突，则假设被推翻；若结果与假设基本吻合，但存在着差异，从原则上说，该差异必然是受到另一种规律支配的结果。关注这种差异，实际上就是在关注引起这种差异的规律，这是发现问题和提出问题的前奏，是创造性思维的表现。
科学史上，由于理论预期和实践测定之间存在着差异，并围绕着这个差异进一步探究而导致新的发现的事例是不胜枚举的。18世纪，太阳系的第7个行星天王星被发现后，在探究其运行轨道时，发现它的实际轨道总是跟用万有引力计算出来的有一定差异，研究者根据这个差异，推测天王星外面还有一个未发现的行星在对天王星起作用，通过进一步的理论和实践研究，终于发现了太阳系的第8个行星——海王星。无独有偶，因理论和实践之间的差异，又导致发现了太阳系中的第9个行星——冥王星。
3.能注意探究过程中未解决的矛盾，发现新的问题。
例如，在学习了磁场对电流的作用规律以后，摆在学生面前需探究的问题是如何应用这个规律来实现电能转化为机械能的实际应用，即探究电动机的原理。首先探究的是如何使线圈通电后转起来。
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永 磁 体 |
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电池 |
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支 架 |
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支 架 |
学生在仔细观察后，发觉线圈每转一圈，电路被接通一次，获得一次使线圈沿相同方向转动的动力。这是线圈之所以能维持转动的原因，但这同时又是线圈对电源的利用率不高和线圈转动不平稳的原因。这是探究过程中需要解决的矛盾，是新发现的问题，如果能解决这个矛盾，“电动机”的实用价值将会得到巨大的提升。这一矛盾的揭示，标志着对电动机换向器研究的开始。
从上例中我们看到，通过对探究的评估，注意探究过程中未解决的矛盾，将可能导致更有意义的新一轮探究过程的展开。
4.尝试改进探究方案。
5.有从评估中吸取经验教训的意识。
有从评估中吸取经验教训的意识，是指通过对探究过程和结果进行评估后，对所发现的优点有进一步发扬的愿望，对所发现的缺陷有设法克服的要求。如果把这种愿望和要求转化为具体的行动，就是尝试改进探究方案。因此，在评估环节中，《标准》所提出的“有评估探究过程和探究结果的意识”、“有从评估中吸取经验教训的意识”、“尝试改进探究方案”等对学生的基本要求，构成了一种有机的、递进的关系。可把它们之间的关系用以下方框图表示：
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有评估探究过程和探究结果的意识。 |
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有从评估中吸取经验教训的意识。 |
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尝试改进探究方案。 |
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经历评估的过程，获得某些评估的结果（优点和缺点）。 |
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有从评估的结果中吸取优点的愿望，有克服缺点的要求。 |
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把发扬优点、克服缺点的愿望和要求变为行动，形成新探究方案。 |
6.认识评估对科学探究的意义。
评估能优化探究的方案。通过对科学探究过程个结果的评估，从中扬其所长，克其所短，不仅使本探究课题的方案直接得到了改进，而且在评估和改进方案的过程中，增长了知识，提高了相关技能，为将后对类似课题探究方案的优化奠定了较好的基础。
评估有可能引出新的发现。在关注探究结果和探究假设的差异的过程中，在关注探究过程未解决矛盾的过程中，将会涉及探究方案中没有考虑的问题，这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。
评估有利于学生养成严谨的科学态度。评估是对探究行为和获取信息的可靠性、科学性从严密的角度重新审视的过程，它需要学生从更全面角度来思考和认识问题，这将促进学生用严谨的态度来进行科学探究。
评估是对探究反思的过程，评估有利于发展学生的批判性思维。
要使学生获得对评估的正确认识，应该让学生经历评估的过程，例如让学生通过小组交流或全班交流的方式，讨论科学探究中所存在的问题、获得的发现和改进建议，使学生从这些具体的评估活动中获得体验、并在教师必要的点评下，形成对评估的正确认识。
七、交流与合作
1.能写出简单的探究报告。
简单的探究报告，其内容应该包括探究的问题、探究的过程和探究的结论。
不要强求学生用刻板的格式来写探究报告，也不要强求学生把科学探究的各个要素必须全部贯穿在每一个科学探究报告中。
应该让学生在理解科学探究的情况下写出自己的探究报告，自己表述探究的问题和探究的过程，自己设计和描绘有关的图表，自己总结所探究的结论。不要让学生不动脑筋地在事先全部印制好的《探究报告册》中完成他们填写“探究报告”的任务。
2.有准确表述自己观点的意识。
首先应要求学生具有准确表述的意识。交流的目的是为了使自己表述的内容能被交流的对象所理解，因此，对交流内容具有准确表述的意识，表现为怎样实现这一目的所进行的各种思考，例如应该如何站在听众的立场上来构思、组织和表述自己科学探究的过程和结论。
重要的是要求学生具有表述自己观点的意识。科学探究不同于接受式教学方式，它是对并不确定的预期结果所进行的探索，在这过程中所获取的信息并不是千篇一律的，因而对信息的处理、分析和解释也会有所不同，这就要求学生明确表述自己的观点。学生表述自己观点的意识，具体表现为当自己的观点与别人不同时，或者自己的想法别人暂时还没有想到时所具有的表述自己观点的愿望。要使学生能形成这种意识，就要尊重学生表述自己观点的愿望，并在科学探究的交流中实现这种愿望。
3.在合作中注意既坚持原则又尊重他人。
4.能思考别人的意见，改进自己的探究方案。
合作精神应贯穿在科学探究的各个环节中。
在合作中注意坚持原则，具体表现为坚持实事求是的精神，坚持严谨的科学态度，坚持用实践来检验理论的观点，坚持依靠证据结合逻辑分析进行科学探究的方法等。
在合作中注意尊重他人，表现为认真思考别人的观点，分析别人观点与自己观点不同的地方，一旦发现自己的想法有错误时，要勇于承认、放弃或修改自己的错误的地方。尊重他人，还表现为认真体会别人意见中的道理，一旦当发现别人意见中的合理因素，应尽量吸收到自己的探究方案中来，完善和改进自己的探究方案。
5.有团队精神。
科学探究中的团队精神表现为在探究过程中既有分工、又有合作。在集体制定探究计划之后，可以分工收集信息。在收集信息时还可以根据观察、记录、整理等需要作进一步的分工合作。科学探究中的团队精神还表现为群策群力，调动各人的积极性，使每个人都发挥自己的聪明才智。在发挥团队精神方面，物理学习中的科学探究过程与科研机构的探究有不同的地方，物理学习中科学探究的分工，不能只考虑每个人的能力特长，造成不同的人始终在发挥自己特长的方面承担探究的分工，而在其它非特长方面却得不到锻炼。学习中的探究活动，在不同的探究课题中各人应该轮番扮演不同的角色，这样才有利于探究能力的全面发展。
6.认识科学探究中必须有合作精神。
科学探究中的诸环节，如制定计划、操作实验，收集信息、处理数据等，许多都需要发挥探究小组的整体力量，小组成员只有具备合作精神，才能使这些环节顺利完成或得到优化。而收集信息、技术咨询等工作，还涉及到探究小组与外界的联系，这种合作精神还需要延伸到更大的范围。任何成功的科学探究，都离不开合作精神。
物理学习中的科学探究活动，通常是以小组的方式进行的。从学习的角度来说，每位成员在学习上的的想法都为整个小组所共享，个人的知识构建是集体智慧的结晶，也是合作精神的体现。
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