合理設計教學環(huán)節(jié) 有效開展課堂探究——“探究電流與電阻關系”的二次設計與實施

合理設計教學環(huán)節(jié) 有效開展課堂探究
——“探究電流與電阻關系”的二次設計與實施

何加暉

(廣州市天榮中學廣東 廣州510620)

摘 要：在課堂探究實驗中，教學環(huán)節(jié)的設計是否有效，直接關系到科學探究目標能否順利實現(xiàn).筆者在“探究電流與電阻關系”這一課題的兩次市研討課中，通過反思調整，在第二次課上有效實現(xiàn)了科學探究的知識目標和能力目標.本文介紹上述兩次課的教學設計預想和課堂實施情況，著重分析第一次課設計教學環(huán)節(jié)的不合理之處，以及闡述第二次課如何合理設計教學環(huán)節(jié)，使課堂探究真正有效地開展落實.

關鍵詞：探究實驗目的教學環(huán)節(jié)能力

收稿日期：(2015-02-26)

《義務教育課程標準 物理(2011版)》指出，“課程內容由科學探究和科學內容兩部分組成”[1]，該標準將科學探究部分單獨列出，并提出“基本能力要求”.新課程實施以來，科學探究得到了充分重視，但教師在課堂探究實驗的處理上，常出現(xiàn)兩個現(xiàn)象：

一是嚴格操控學生的實驗進程.教師給出“菜譜”式的詳細步驟要求學生執(zhí)行，這樣的課堂容易控制，學生看似經歷了實驗過程，也學到了知識和技能，但從評價反饋情況來看，這種方式不僅沒有培養(yǎng)學生的科學探究能力，還會導致學生對實驗淺嘗輒止，出現(xiàn)記不住具體步驟、跟類似實驗混淆、不理解原理規(guī)律、對應用類題目無從下手的情況.

二是只給出實驗題目就放手讓學生進行探究實驗，要求學生完成從設計到操作的整個過程.這樣的形式會導致課堂目標不明確、空泛或超出學生能力，導致學生在課堂上過于發(fā)散，以致對實驗無從下手，課堂也難以控制.雖然課堂表面熱鬧，學生看似活躍，但教學目標被弱化，難以實現(xiàn)，也不能起到培養(yǎng)學生能力的作用.

為了解決以上問題，讓學生的科學探究能力得到提高，我們都會在備課時設計一些教學環(huán)節(jié).但是，教學環(huán)節(jié)的設計是否合理，會直接影響三維目標達成的效果，也體現(xiàn)了教師的“功力”.

筆者在處理“探究電流與電阻的關系”[2]兩次研討課的過程中，從第一次課的不理想到第二次課的調整，就深刻體會到合理設計教學環(huán)節(jié)的重要性.研討課的思路是,將“探究電流與電阻的關系”調整為學生應用歐姆定律來設計實驗,并驗證電流與電阻關系的探究實驗課，重點是解決兩個問題：電路圖的設計和如何控制定值電阻兩端電壓相等.

1合理設計“先明確實驗目的再設計電路”的教學環(huán)節(jié)

第一步是解決實驗電路的設計問題.筆者從講第一次課時學生無從下手，到講第二次課時引導學生有的放矢，調整的策略是合理設計了明確實驗目的的教學環(huán)節(jié).

1.1第一次課 —— 沒有明確實驗目的導致學生無從下手

在第一節(jié)課上，筆者設計這一環(huán)節(jié)的思路是：既然這節(jié)課調整到“歐姆定律”章末，就應充分利用學生在“電學”模塊的前置基礎.學生已完成“探究電流與電壓的關系”、“測量定值電阻/小燈泡的阻值”等幾個實驗，也完成了利用歐姆定律結合串、并聯(lián)電路電流、電壓規(guī)律進行計算的課程，對歐姆定律的理解比較充分，畫出相同的實驗電路圖應該不成問題.因此，筆者決定在課堂一開始不加引導，直接讓學生設計實驗，再通過師生互動統(tǒng)一到圖1電路圖上.

然而在實施過程中，學生設計電路之多大大超出預期，除了圖1，2外，還有一半左右的學生硬搬上一課時“用電流表和已知電阻測未知電阻”時用過的電路(圖3).當時為了完成教學計劃，而且避免涉及電源電壓改變，筆者根本無法一一點評，只好挑出較完善的電路(圖1)簡單講評.后來巡視時好幾組學生追問,“按圖2就能保證電壓一定，為何還要滑動變阻器？”筆者只能讓學生另做實驗驗證.

圖1　“探究電流與電壓的關系”電路圖

圖2　學生課堂上設計的電路圖

圖3　“用電流表和已知電阻測未知電阻”電路圖

學生設計的電路圖五花八門，這代表他們思維發(fā)散，已經能夠根據(jù)實驗目的使用不同的方法解決問題了嗎？展示圖1的電路時，筆者特地詢問學生選擇各個元件的理由，得到的答案與之前幾個相似的實驗是完全一樣的，這說明學生根本不清楚實驗目的，只是看到桌面已經放置好的器材，憑記憶把老師所給的一個電路圖背下來以后，在這個設計環(huán)節(jié)中生搬硬套而已，并不代表學生已經理解這些實驗；而出現(xiàn)一半硬搬圖3電路的情況就說明學生只是把短時知識機械重現(xiàn)，并不清楚實驗的目的和設計要求，并不是按實驗要求逐個挑選器材來設計電路.

為什么這堂課會不如人意呢？經過再三斟酌，筆者才醒悟：其實一開始的思路就是錯的.“探究電流與電壓的關系”、“探究電流與電阻的關系”、“測量定值電阻/小燈泡的阻值”、“測量小燈泡的電功率”這4個實驗的電路圖確實是相同的，但挑選器材，設計電路的依據(jù)卻是不一樣的.然而，按筆者原來的設想，學生只根據(jù)已完成的幾個實驗，就會設計出相同的電路圖，再針對個別器材進行區(qū)別，這就將“根據(jù)實驗目的挑選器材、設計電路”的思維進程完全顛倒了，非但沒有讓學生明確實驗目的，反而弱化了實驗目的，讓學生處于無從下手的混亂中，逼迫他們往直接復制粘貼電路圖的路上走！

因此，問題的核心在于筆者沒有意識到學生設計電路前需要明確實驗目的，那解決問題的關鍵就在于怎樣合理設置教學環(huán)節(jié)，細化教學過程中的指引環(huán)節(jié)和師生互動環(huán)節(jié)，使學生充分明確實驗目的.

1.2第二次課 —— 細化引導環(huán)節(jié)使學生明確實驗目的

在第二次課上，為了使該探究實驗的實驗目的更為明確、具體，筆者將實驗報告的標題留空：“驗證____________”，并標出“實驗目的”一項，要求學生填寫.課堂上在設計電路前設計師生互動引導環(huán)節(jié)：先利用圖4漫畫復習歐姆定律，再設問，“電流與電阻有什么關系？驗證它們的關系時，電壓怎么辦？”然后讓學生在學案上填寫細化了的實驗標題：“驗證電壓一定時，電流與電阻成反比”.細化實驗標題和實驗目標，并讓學生的實驗報告從實驗目的寫起，是為了保證學生明確實驗目的，為設計實驗方案找準方向，逐條對照實驗目的來逐個選取實驗器材.

圖4　“歐姆定律”漫畫

預想的情況是，明確了實驗目的，理解了實驗電路的設計要求，學生選擇元件就有理有據(jù)，設計電路自然大同小異.巡視時基本上都是與圖5類似的電路圖，展示圖5的電路圖時，學生都能根據(jù)實驗目的回答各個元件的作用，證實上述預想可行.(不出所料，學生也回答了控制電壓不變是通過同一電池組來實現(xiàn)的，這個問題留到下一個環(huán)節(jié)解決.)

圖5　學生根據(jù)實驗目的設計的電路圖

對比這兩次課實驗設計環(huán)節(jié)的效果，可以發(fā)現(xiàn)，若學生不明確實驗目的，就不能根據(jù)實驗目的設計方案，他們解決問題的能力、設計實驗的能力就不能得到提高，在課堂上只會漫無目的，無所適從.因此，教師應甄別教材所給的實驗課題能否讓學生明確實驗目的，即能否成為學生進行實驗器材選擇和實驗步驟設計的依據(jù)，若不能滿足要求，就應該合理設計教學環(huán)節(jié)，將不明確的實驗課題拓展成明確的實驗目的，學生就能根據(jù)實驗目的來逐個挑選滿足要求的實驗器材，設計滿足要求的實驗步驟，從而提高設計實驗的能力.

2合理設計解決難點“控制電壓不變”的教學環(huán)節(jié)

第二步是解決如何控制電壓不變的問題.兩次課筆者對這個教學環(huán)節(jié)采取了不同的設計方案，從第一次課采取固化的形式帶來反效果，到第二次課調整成更為合理的動態(tài)生成形式，使課堂教學任務得到有效落實，教學進程更加流暢.

2.1第一次課 —— 通過固化手段來突出教學環(huán)節(jié) 帶來突兀的反效果

在第一次課上，為了分散難點，突出滑動變阻器對電壓的控制作用，筆者計劃讓學生多走一步：按圖1的電路圖連接器材并更換電阻，繼而發(fā)現(xiàn)電阻兩端電壓有變化，就會意識到需要調節(jié)滑動變阻器來控制電阻兩端的電壓相等.為了突出這一步，筆者還把它印在學案上，希望學生依靠閱讀實驗步驟，并在實驗步驟的指引下像做填空題一樣，一步一點地填寫學案及操作實驗，從而完成這個環(huán)節(jié).

小實驗：(1)按電路圖連接器材，接入阻值較大(15Ω)的電阻，電壓表示數(shù)U1=______V；

關鍵步驟：更換不同的定值電阻后，電阻兩端的電壓______(“變化”或“不變”)，為了保持電阻兩端電壓相同，必須采取的步驟是：______．

這種情況表明，學生并沒有領會這只是實驗設計過程的一個小環(huán)節(jié)，也沒有想到這部分學案的填空只是提醒自己注意更換電阻后，電壓表示數(shù)會變化，而是認為當時已經開始進行實驗操作，應該記錄數(shù)據(jù).為什么筆者特意固化在學案上，希望突出難點的環(huán)節(jié)，反而讓學生沒有領會，還無所適從呢？筆者反思的焦點還是回到這個教學環(huán)節(jié)設計的合理性上面：首先，固化在學案上的形式抹殺了學生發(fā)現(xiàn)問題的過程，變成直接將問題告訴學生，而且將學生發(fā)現(xiàn)并解決問題這個本應很有趣的過程變成了按老師要求填寫學案的任務；其次，要求學生以分組實驗的形式先做幾分鐘實驗，再進行分析，然后才開始真正的實驗操作，相當于將分析環(huán)節(jié)塞進去，硬生生地割裂了學生的實驗操作，學生記下多組數(shù)據(jù)后又得重新測量，影響了學生的實驗節(jié)奏和課堂情緒.用學案固化這個過程的本意是突出關鍵步驟，但卻忽略了這個本應是在課堂上動態(tài)生成的過程，起到反效果.這說明這個教學環(huán)節(jié)的設計是不合理的，應尋求更合理的處理方式.

2.2第二次課 —— 動態(tài)生成 順利解決難點

在第二次課上，學生在設計圖5的電路圖時采用同一電池組來實現(xiàn)電壓不變，這個問題是由于我們在之前的教學中給學生強化了電池電壓恒定不變的觀念，但學生若按圖5做實驗，不可避免涉及到外電阻改變導致路端電壓改變的問題，而初中不要求學習全電路歐姆定律，要解決這個問題，并繼而引入滑動變阻器、電壓表，只能通過實驗來呈現(xiàn)，而第一次課已經說明，讓學生為此單獨開展分組操作效果不好，因此，筆者將這個環(huán)節(jié)設計成圍繞演示實驗來開展的動態(tài)生成過程：

第一步，讓設計圖5電路的學生上臺演示接線；

第二步，提出要驗證圖5的電路能否滿足電阻更換后兩端電壓不變，提問學生如何“監(jiān)測”電壓，學生馬上并聯(lián)好電壓表；

第三步，按學生的預想更換定值電阻后，學生發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)，即電池組的輸出電壓會改變(圖6)；

圖6　更換電阻后電壓表示數(shù)有變化

第四步，提問并引導學生思考：這個現(xiàn)象表明圖5電路能否實現(xiàn)之前寫下的“驗證電壓一定時，電流與電阻成反比”的實驗目的？學生會回答：不能實現(xiàn)“電壓不變”這一要求.再追問：如何改進實驗使其達到控制電阻兩端電壓不變的目的？有學生提出需要增加滑動變阻器，筆者就讓該學生上來接入滑動變阻器，然后將電壓表的示數(shù)調回換電阻之前的示數(shù).

這個環(huán)節(jié)的運作遠比第一次上課順利，學生討論也更有目的性，不是死記“實驗一定要用滑動變阻器”，而是真正根據(jù)實驗目的選擇器材，清楚這個實驗中電路各元件的作用.以往我們習慣于帶著學生做完這4個類似的電學實驗，再指出4個實驗都用到滑動變阻器，然后逐一比較各實驗中滑動變阻器的作用，要求學生記憶.與以往的做法相比，采用上述的設計實驗方法學生學習時的思維層次無疑會更高，課堂的效果更好.

表1　　實驗數(shù)據(jù)記錄表

為了進一步強化學生“控制電壓不變”的意識，筆者還要求學生在實驗表格中，在記錄電流和電阻的基礎上，加上“電壓”一項(表1)，要求每更換一次定值電阻，調節(jié)滑動變阻器后都記錄一次電壓表示數(shù)，這樣做既可提醒學生監(jiān)測電壓表示數(shù)，也可讓學生對“控制電壓不變”這一目的理解得更深刻.

對比這兩次課中這一個教學環(huán)節(jié)的設計，可以發(fā)現(xiàn)，在進行課堂探究實驗的教學設計時，為了解決教學難點，需要設計教學環(huán)節(jié).但是，若教學環(huán)節(jié)的設計不合理，將學生發(fā)現(xiàn)并解決問題的過程固化在學案上，相當于將學案變成“劇本”，要求學生按劇本“表演”出預先設計好的教學過程，學生的行為只會是機械的、被動的、外在的，學生在課堂上也會無所適從，收獲甚微.因此，選擇這些教學環(huán)節(jié)時，首要的是明確這些地方通常是學生的思維難點，而學生的思維難點只能調動學生的思維來解決，不能將教師的思維強加給學生來機械重復.從第一次課“硬來”卻導致反效果，到第二次課“動態(tài)”而流程順暢，可以看出，要調動學生的思維，必須通過動態(tài)生成過程來實現(xiàn)，通過師生互動、教師引導、分組交流等形式讓學生的思維真正動起來.

經過兩次課的調整及提升，筆者深刻體會到，教學環(huán)節(jié)的設計是否合理，關系到課堂探究是否有效，關系到課堂活動能否按照教學設計的預想順利進行，更關系到在探究活動中學生能否獲得能力上的提升.教師進行教學設計時的預想和學生在課堂上實現(xiàn)的效果，聯(lián)系兩者的紐帶是合理的教學環(huán)節(jié).筆者在上述的課堂探究實驗課例中，著眼于學生的思維過程，合理設計了明確實驗目的、動態(tài)生成解決難點的教學環(huán)節(jié)，使第二次課的效果大為改善，這為類似課型的處理提供了可行性的解決方案.

筆者也將類似的處理方法應用到初中物理的一些課堂探究實驗中，例如“測量小燈泡在不同電壓下的電功率，并觀察其亮度”等，都取得了不錯的教學效果.在初中物理的日常教學過程中，對于各種課型應如何合理設計教學環(huán)節(jié)，從而提高課堂的有效性，都是值得我們思考的問題.

參 考 文 獻

1中華人民共和國教育部制定．義務教育物理課程標準(2011年版)．北京：北京師范大學出版社,2011.7

2課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心編著．義務教育課程標準實驗教科書·物理·九年級(全一冊)．北京：人民教育出版社,2012．12