观察在科学探究中的地位

第四章观察在科学探究中的地位第一节：科学观察追求真实第二节：测量和实验的意义第三节：科学观察的方法第四节：观察教学的过程观察的意义和作用李四光说：“观察是得到知识的一个首要步骤。巴甫洛夫——“观察、观察、再观察”英国细菌学家弗莱明——“我的唯一功劳是没有忽视观察。”夸美纽斯曾经这样说道：“一个人的智慧，应从观察天上和地下的实在的东西而来。同时，观察越多，获得的知识越牢固。”人的记忆力85％靠眼睛，11％靠耳朵，3%或4％靠触觉和嗅觉。第一节：科学观察追求真实许多人能成为科学家、文学家和各行各业的先进工作者，都与他们非凡的观察能力分不开。“观察是智能的极重要的源泉，观察是知识理解和技艺之母。”

——苏联著名教育家苏霍姆林斯基

观察是任何科学研究的基础。有专家指出，在整个科学探究过程的各个步骤中，学会观察和提高证据意识这一步，最具有普遍意义上的教育价值。

观察在科学研究中的基础的核心地位，决定了它在基础科学教育中的核心地位。伽利略在比萨斜塔上的实验，观察自由落体运动。一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性艺术家对雪花落地的描述：“翩翩起舞”、“一会儿温柔地无声无息地拥向大地，一会儿又放荡不羁地扭成一团……”一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性同样的夕阳，艺术家可以描述成“最美不过夕阳红”，也可描述成“夕阳无限好，只是近黄昏”。一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性科学家的观察记录有“对”与“错”、“真”与“假”之别，而艺术家的观察记录多用“好”和“差”去评价。前者是客观的，后者是主观的。一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性科学与艺术代表了两种完全不同的人类知识体系，也导致了两种完全不同的价值观。一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性在科学圈里，为了能更好地进行交流，科学家们要求在选择观察对象、确定观察条件、进行观察、记录现象、撰写观察报告时，尽量避免主观性的、情感上的东西的参与。一、科学观察区别于艺术观察最重要的特征是真实性在日常生活中，人们通过自己的亲身感受或体验认识某一个事物的外部特点、变化过程等诸如此类的现象，积累关于这种事物的感性材料，这是一种广义的观察，普遍应用于各个领域，也是学习科学观察的基础。二、科学观察在科学教育中的主要形式科学观察常常是为了发现或验证一个科学问题而进行的观察，是有目的、有计划、有一定控制设计的研究方法。二、科学观察在科学教育中的主要形式在科学教育中，我们要站在科学研究、科学发现的高度去看待观察，将观察看成是科学发现的一种方式。例如，在研究水在什么温度下结冰。二、科学观察在科学教育中的主要形式为尽量减少误差，增强结论的可靠性，观察者应当将观察步骤、途径、方式等在一定程度上纳入控制。二、科学观察在科学教育中的主要形式

科学观察是有目的、有计划的一种研究方法。是通过人的感觉器官或借助科学仪器对自然发生的现象或变化进行考察、记录和分析从而解决一个科学问题或验证一个科学假说。科学家的科学观察是有理论指导的观察。二、科学观察在科学教育中的主要形式伽利略最初观察到羽毛落地比铁球慢的时候，严格地说还未开始真正的科学观察，当他形成一个假说“如果不是受空气阻力的不同，羽毛和铁球应该同时落地”时，科学观察便开始。二、科学观察在科学教育中的主要形式

假说是对一个科学问题的一种猜测性的回答，是后续观察的指引。假说通常影响到在科学观察中选取观察对象、确定观察范围、筛选观察条件、选择观察方法和仪器、制定观察步骤和记录的内容等等若干影响观察结果真实性的环节。二、科学观察在科学教育中的主要形式

科学课的观察目的，明显区别于社会科学中的文献研究法。

文献研究法中研究者搜集的主要证据是前辈的研究结果，是一种间接的、第二手的观察资料，亲自参与观察过程是基础教育中观察教学的主要内容。二、科学观察在科学教育中的主要形式在科学的发展中，优秀的研究者都很重视观察的方法。

心理学家弗洛伊德提倡临床观察，他是从对病人的叙述和行为的观察中，推导出他的结论的。二、科学观察在科学教育中的主要形式

巴甫洛夫曾在自己的实验室墙壁上写上：观察、观察、再观察！他还告诫青年，不学会观察，就永远也当不了科学家。二、科学观察在科学教育中的主要形式皮亚杰喜欢在家庭、学校或游戏场所等儿童自然活动的情况下观察研究儿童，他重视研究者敏锐的观察能力。二、科学观察在科学教育中的主要形式科学观察不仅包含运用多种感官的有目的的模糊观察，而且包括使用各种科学仪器，在尽量符合自然条件状况下的实验、测量等精确观察。后者应该以前者为基础，使学生懂得观察的全部含义，把握观察研究的全部过程，提高科学探究的能力。二、科学观察在科学教育中的主要形式科学观察一如科学研究具有求真的特性，要反映真实的现象，揭示真实的面貌，因此，就像科学理论一样，要经得起别人按照你的观察步骤进行重复检验。三、观察的易错性和重复的必要性虽然观察结果要求追求真实，但观察的主体却是不可避免地带有主观意志的个人。感官观察会犯错误，产生错觉。三、观察的易错性和重复的必要性三、观察的易错性和重复的必要性三、观察的易错性和重复的必要性三、观察的易错性和重复的必要性三、观察的易错性和重复的必要性三、观察的易错性和重复的必要性我们常说：眼见为实，耳听为虚，但有时并非眼见为实。例如，魔术是我们的眼镜帮助魔术师欺骗了我们自己。三、观察的易错性和重复的必要性自然界虽然不像魔术师那样别有用心，可是有时也会让我们“不识庐山真面目”。三、观察的易错性和重复的必要性科学家不会放弃可疑的观察结果，会用重复观察的方法对待伪科学、避免犯错误。

没有经过科学观察训练的人，往往徒有一双万物之灵的眼睛。三、观察的易错性和重复的必要性在机遇面前人人平等，机遇在观察中随时会出现，但它只偏爱有准备的头脑。瓦特观察到蒸汽的力量，对蒸汽机加以改进。三、观察的易错性和重复的必要性第二节：测量和实验的意义

测量是对事物某一方面特性精确的描述，是针对精确描述事物某一特性的特殊的科学观察，讲究精确性。测量使观察精确，测量使观察定量化。一、测量对于观察的贡献任何一门自然科学研究都离不开测量，人体科学、地质科学、运动科学、营养科学、能量科学、材料科学、天文学等无不如此。一、测量对于观察的贡献目前社会科学面临的最大问题是测量的困难性，因为它的研究对象是复杂、多变的人的行为，发展新的测量工具和方法在社会科学中是十分重要的任务。

测量的精度往往反映一项研究的科学水平，一门学科的发展水平。一、测量对于观察的贡献通过测量还可以产生重大的科学问题，引发新的科学观察。例如，钟摆运动规律、行星运动规律等。一、测量对于观察的贡献测量是实现科学观察的高级阶段的重要手段。在摆的研究中，要需要用数据来说话，而数据必须通过测量才能得到。定量研究建立在能够将研究对象分解成许多变量，只有理清变量间的相互关系，才能考虑它们的定量表达。一、测量对于观察的贡献【测量的困难性】测量的困难性首先来源于对被测量对象的认识不够，无法对变量进行测量。

科学家在19世纪刚发现电流的时候，不能定义其大小，后来发现了电磁感应，才用电流产生的磁场的强弱来定义电流的大小。一、测量对于观察的贡献

我们还用一些标准化的题目来测量人的智力，但是智力测量比电流测量的精确性要低得多，因为我们对于智力这个测量对象的认识远没有电流来得清楚。一、测量对于观察的贡献在自然科学中，如果变量选择不恰当，实验设计不合理，也会出现变量不可测的问题。如，空气对小车运动影响的研究。一、测量对于观察的贡献测量的第二个困难来源于仪器的精度和效度。定量化的程度还受到测量工具的影响，例如显微镜、放大镜、镊子是难以测量麻、丝、棉等纺织材料的柔软性、牢固性、透气性和吸水性的。一、测量对于观察的贡献所谓精度就是测量能精确到什么程度，如在数学中我们经常对于保留小数提出精确到个位还是十分位、千分位的要求，对于长度的测量我们也要明确精确到米，还是厘米、毫米、微米。一、测量对于观察的贡献所谓效度就是所测量的东西是否是你要测的东西。如磁场的强弱是否能反映电流的大小，它们之间的关系是线性的还是非线性的。我们传统的考试往往不能测量完整的智力。一、测量对于观察的贡献科学发展与仪器发展关系密切，往往重大仪器的产生会导致科学的革命，如望远镜的产生对近代天文学的推动，电子对撞机对核物理的推动作用。一、测量对于观察的贡献

实验是人为地把事物放在特定的条件下予以研究，观察它的自然变化和形成原因，以发现规律，探求合理的解释，是科学观察另一种比较高级的阶段。二、实验是一种有控制的科学观察【实验与观察的关系】

实验是经过抽象、排除与所关心的科学问题无关的影响因素的观察。实验可以说是人造的观察，也可以说是有结构的观察。二、实验是一种有控制的科学观察伽利略在比萨斜塔上的自由落体实验，是一种结构化的观察，他用两个大小不同的铁球这样的实验结构排除了空气阻力的影响，使人们通过羽毛飞舞迟于铁球的表面现象，看到了世界的本来面目。

通过将瓶子放在水中来证明空气的存在。二、实验是一种有控制的科学观察排除了无关变量的科学实验，与日常观察、感官观察具有许多优势：（1）实验可以让研究者专注于两个观察变量之间的因果关系，排除了无关因素的干扰，以揭露事物的本质。二、实验是一种有控制的科学观察（2）人们可以借助各种仪器设备，制造出自然状态下难以出现或不能出现的环境和特殊条件，以获取在通常条件下不易得到或不能得到的许多新的现象。二、实验是一种有控制的科学观察（3）人们借助于某种手段，使变化迅速的过程得以延缓，使变化缓慢的过程得以加速，以便进行科学的认识规律。二、实验是一种有控制的科学观察（4）能将宏大的自然现象缩小规模进行模拟实验。（大气环流模拟实验）二、实验是一种有控制的科学观察（5）实验这种特殊的观察还可以重复进行。二、实验是一种有控制的科学观察人们对一些无法直接进行科学观察的自然现象进行考察和探索通常采用模拟实验。例如研究昼夜成因时，可以设计一个与太阳、地球运行相似的模型进行替代。二、实验是一种有控制的科学观察

怎样建立模型、怎样使模型具有与原型尽可能相似的条件，以致能够替代原型进行研究，是成功运用模拟实验的关键问题。例如，运用模拟实验研究霜的形成，设计的模型要求满足原型条件：空气中有足够的水蒸气，有低于0℃的足够冷的物体。二、实验是一种有控制的科学观察实验的目的与观察在根本上相同的，都是为了获得认识客观事物和过程的真实数据资料；实验是发展了的、更精细化的科学观察。二、实验是一种有控制的科学观察第三节：科学观察的方法观察必须要有顺序、有步骤，才能发现事物各个部分之间的差异，才能从平常的现象中发现不平常的东西，才能从表面上似乎无关的东西中发现相似点或相互联系。【观察的类型】按不同的分类指标，可以将观察分为不同类型。按观察对象分，有第一手的实物观察和第二手的模型、图形观察；按观察目的分，有随意观察和有指向的观察；按观察者的主动程度分，有自发观察和教师指导下的观察；按观察的手段分，还可分为感官观察、工具观察等。【观察活动设计】1.感官观察

运用人体的感觉器官，如眼、耳、鼻、舌、手感知事物的外部特点、变化或属性。2.非视觉观察

不使用视觉，只通过其他感官来“观察”周围的环境。研究表明：有时候我们放弃一种感官，反而能够加强我们其他感官的知觉能力，使观察能力得到提高。3.比较观察出示一组能反映不同属性的对照物，学生在观察中通过比较事物的不同，发现事物某些平时不易发现的显著特征。例如，在美国FOSS课程中，“认识植物的叶子”这一教学内容，让孩子们通过比较观察，发现没有两片完全相同的树叶。4.近距离观看通过放大镜或显微镜观察普通或珍稀的日常用品。它能把一个新的视觉世界引进教室，很快就吸引学生的注意力，催生更多的发现。5.定量观察即测量，借助于一些测量工具进行细致而深入的观察，获得一些精确的数据。学生需要掌握常用的一些测量工具的使用方法，并学会一些常用的物理量的测量，如：长度、质量、体积、面积、大小、温度、时间等。6.观察实验了表现出所要观察的事物内部的变化或在特殊条件下的变化而采用实验或试验方法。通常借助于一些日常显性的材料表现隐性的运动变化，如用绿豆显示鼓面发声时的振动现象。7.野外观察随录培养孩子们记录自己在平时生活中观察到的事物的细节及其所引发的思考、感受与发现。这是与自然界发生的自主的互动，是教育所要发展的观察智能。8.连续观察在一段时期内对事物的发展进行连续的观察，或有规律的间断性的观察活动，从中发现事物的发展变化规律。如对一株植物的生长周期进行全过程的观察。9.反复观察连续或间断的对事物进行反反复复的重复观察，意图在于检验现象的客观性，发现规律，提高观察质量。10.自我提问在观察过程中提出反思性问题，使观察更加细致的方法。11.命名游戏让学生自己给生物或非生物取名字。给事物命名是以细致的观察和思考为基础的，它鼓励人们去思考他们所见到的事物，并注意观察细节，发现差异与特点。用来了解事物是什么、怎么样的活动是事实观察，它是科学观察的初级阶段，主要是就单个事物进行观察。【观察能力的提高】随着感官观察向借助工具的观察、静止的观察向动态的观察、外部特征观察向内部结构观察、局部细节的观察向整体特征观察的进展，观察能力逐步得到提高。【比较观察】在两个或多个事物之间进行的观察是比较