实践活动研究性学习的常用方法之一

实践活动研究性学习的常用方法之一:观察实践活动研究法和实验实践活动研究法
 

二、实验实践活动研究法
    一提起实验实践活动研究法,人们总把它想成是有关实践活动研究自然科学的方法。实际上,实验实践活动研究法最初确是用于自然科学上。最古老的实验,就是古希腊阿基米德的"揭开王冠之迷"的实验。但近代以来,实验实践活动研究法也逐渐被用于社会科学的实践活动研究上。
    所谓实验实践活动研究法,是针对某一问题,根据一定的理论或假设进行有计划的实践,从而得出一定的科学结论的方法。为了进一步阐明实验实践活动研究法的真正,我们需要搞清假设、常量和变量的概念。

1.什么是假设
    你实践活动研究的问题一旦明确被界定后,就应建立实践活动研究假设。所谓实践活动研究假设,就是根据一定的观察事实和科学知识,对实践活动研究的问题提出假定性的看法和说明。其实,实践活动研究假设也就是实践活动研究问题的暂时答案。因为你通过对周围事物的观察后,会产生一些疑问,进而对这些疑问进行思考,你会根据自己的理解,或查阅有关资料,或请教有关人员,然后提出假设,对你的疑问作一种临时性的回答;假设与定理或结论本没有很大区别,只不过假设是有待证实的定理或结论,定理或结论是已经证实的假设。二者只有程度上的差异,没有性质上的区别。
        假设是刚开始实践活动研究问题时的看法,具有一定的猜测性和假定性,但假设要有一定的科学依据,有一定的事实或理论根据,假设不是凭空的瞎想,它和神话、幻想、迷信有原则的区别。一个科学假设,必须能被实验所验证的.如当打开开关灯不亮时,可能有几种假设:①停电;②插座接触不良;②保险丝烧断了;④灯泡烧坏了。这些假设的每一种都是可以直接检验的。
    假设的形成要靠科学知识。在科学发展中,对同一问题的实践活动研究可以出现两种甚至多种不同的假设。这是由于假设所依据的事实材料和科学知识有限或不同,必然会得出不同的假设。中学生已经掌握了一定的科学理论和科学知识,这对于你的实践活动研究假设的形成有了一定的科学知识作为基础,但有些知识你还需要去查阅一些资料或向教师、研学导师咨询才能得到,要知道在查阅资料和请教有关人员的过程中,也是一个扩大知识面的很好的学习机会呢。
    在科学实践活动研究中,我们常用实验验证某一假设。在实验过程中,常常需要涉及两个概念–常量和变量。

2.什么是常量?
        在某一数学或自然科学问题讨论过程中(或在某些条件下)保持不变的量就是常量。例如,圆周率3.14l59,自然对数的底e2.71828,它们都是常量。
    在社会科学实践活动研究中,常量是指实践活动研究课题中所有个体都具有的特征和条件。如比较两种不同教学方法对五年级学生学习成绩效果的实践活动研究中,年级水平就是一个常量,因为五年级这一特征对每一个个体都是相同的,它是实践活动研究课程中不变的条件。

3.什么是变量?
        变量一般指实践活动研究者操纵、控制或观察的条件或特征。变量也称"变数"。在数学或自然科学问题的讨论中,可以取不同数值的量。如物体运动所经过的距离就是一个变量。在社会科学实践活动研究中,变量指不同的个体具有不同的价值或条件的特征。如实践活动研究两种不同教学方法对五年级学生成绩的影响中,每个学生的分数就是一个变量。
    变量的种类有很多,常见的有自变量和因变量。自变量和因变量这两个名词是从数学引用过来的。在数学中,y=/(z)这一方程式中的2是自变量,y是变量。因变量是随着自变量的改变而改变的。例如,指示剂颜色的变化是随着溶液的酸碱性的变化而变化当溶液至酸性时,酚酞指示剂呈无色;当溶液呈碱性时,酚酞指示剂呈红色;因此溶液的酸碱性是自变量,而酚指示剂的颜色变化是因变量。
        在社会科学实践活动研究中,自变量常常是一个分类变量。例如,实践活动研究者要实践活动研究不同教学方法对学习成绩的影响,是必须先采用不同的教学方法进行教学,然后再测量比较学生的学习成绩的改变。在此例中,不同的教学法是自变量,而学生的学习成绩就是因变量。这里,自量是居于因的地位,因变量是居于果的地位。
        让我们先来看一看甲、乙两名学生所进行的工作。
    甲、乙两名学生为了回"枫树的叶子为什么在秋会变色?"这个问题而分别进行了下列工作。
        分析季节变化会使枫树的外环境发生哪些方面的变化。结论是:温度、日照时间会随着季节变化而变化。天温度最高,冬天温度最低;夏天日照时间最长,冬天日照时间最短。

提出假设:

A:枫叶变色可能与温度有关。

B:枫叶变色可能与日照时间有关。

C:枫叶变色可能与温度和日照时间这两个因素都有关。
    甲学生的工作:
        全年观察枫叶的颜色变化,可以选定一棵树,也可以选定许多树。每天收集一片枫叶,然后记下当天的温度、白天时间的长短和枫叶的颜色。为了收集一套数据,他必须等一个全年。为了重复这一结果,他又必须等一个全年。 
       他的结论只能是:枫叶在秋天这个季节颜色转红,此时温度范围在10一14℃,日照时间平均为l0小时。
    通过这种观察,他不能分清究竟是温度还是日照时间在起作用,或二者均在起作用。因为温度和日照时间这两个影响因素同时在发生变化。
    如果能控制日照时间,而仅仅让温度变化;或控制温度,仅仅让日照时间变化,进而观察结果,那么,你就能断定究竟是温度影响了枫叶的颜色,还是日照时间影响了枫叶的颜色;或者温度和日照时间都对枫叶颜色有影响,还是二者均没有影响。
        那么,如何来控制温度呢?这就是乙学生接下来进行的工作。
    乙学生的工作:
    设计将温度调节到秋天的温度。
    把一棵小枫树种在一个花盆里并放入生长温室。尽管是夏天,室外温度很高,仍旧可以把生长温室调节到秋天的温度,白天约14℃,夜晚约3℃。
    设计对比实验:
        如果确实看到了叶子颜色的变化,就能确定仅靠温度的变化便能使叶子发生变化吗?毕竞实验室中的树和外界的树还是有差别的,实验中的枫树叶子的变红是不是因为它生长在小的花盆中所引起的呢?是不是因为自然光和温室中的光不一样而引起的呢?
        这种不确定性表明必须设计一些更复杂些的实验,至少应该种两棵树。应该选择相似的树,且花盆的大小应该保持一致,把它们放置在相同的温室中,在同一时间浇水。然后,再做这样一个实验,一个保持在正常的夏季温度(22℃),而另一个的温度调节到秋天的温度(14℃)。
    乙学生的工作与甲学生的工作有着本质的区别–他注重对影响因素的控制。他所有的实验设计都围绕着这样一个中心进行:控制其他影响因素,只让一个影响因素变化,从而确定是否是该影响因素在起作用。这种实验我们就把它称为"受控实验"。
        乙学生的受控实验设计就是温室A和温室B的设计。
    受控实验是自然科学实践活动研究中广泛采用的一种实践活动研究方法。正是因为有了受控实验,科学才得以突飞猛进的发展。
    受控实验的优点在于影响因素是可以被严格控制的,人们可以按照自己的设想去改变条件,探索事物的发展规律。这种控制使得实验可以重复进行、反复验证,从而保证了实验结果不是出于某种巧合而得。
    表4-l及图4-1是乙学生的实验记录和数据分析。他记下了这2l天中,不同条件下每一棵树上绿叶的数量。
    结论:低温不是颜色变化的唯一影响因素,因为在高温情况下,树叶仍旧变色。
    这个结论证明甲、乙两学生先前的假设是错误的,这时候必须重新建立新的假设。在科学上否定原先假设,建立新的假设是常有的事,因为许多有关自然界的猜想都被证明是不正确的。但这同时也是科学向前发展的一种方法,因为它指出了进一步实验的方向。例如,如果两种树上的叶子都没有改变颜色的话,那就可能说明温度与树叶的颜色是无关的。或许枫叶变红与白天的时间长短有关,或许与降雨量有关,或许与风的强度有关……这种新的假设又引发了进一步的另一方面的受控实验。经过实践活动研究,校园活动研学现在知道,低温和白天时间的长短这两个因素同时影响着枫叶颜色的变化。除此以外,许多校园活动研学认为,枫树本身的生物钟也影响着枫叶颜色的变化。但是生物钟是如何影响枫叶颜色的?是什么样的化学物质触发了生物钟的工作?至今人们还无法给予解答。如果你把生物作为你今后的专业方向,或许你将再一次考虑这一问题。
    观察实践活动研究法和实验实践活动研究法经常合在一起使用,有人称它们为科学实践活动研究法。首先是先进行观察,形成假设后,设计实验方案进行实验,最后得出结论。