指向理性思維的問題主線式實驗教學初探
——以長度的測量為例

姚建民

(無錫市民辦輔仁中學,江蘇 無錫 214023)

筆者從教以來,常常追問一個教育命題:我們打算培養(yǎng)的是什么樣的學生?學生的成長發(fā)展究竟應當遵循著怎樣的方向與途徑?“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)”總體框架以科學性、時代性和民族性為基本原則,對學生發(fā)展核心素養(yǎng)的內(nèi)涵、表現(xiàn)、落實途徑等做了詳細闡釋．

學生發(fā)展核心素養(yǎng),主要指學生應具備的,能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力．作為初中物理教師,必須明確培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)這一目標,結(jié)合物理課程標準及初中物理教材,以物理學科教學為載體,將學生核心素養(yǎng)的培育落到實處．那么,落實核心素養(yǎng)物理學科的任務是什么?重點是養(yǎng)成學生那些方面的素養(yǎng)?筆者認為,培養(yǎng)學生的理性思維是物理教學的重中之重．問題主線教學法是培養(yǎng)理性思維的切入點,因為問題是思維的起點,是思維的指向,以問題為主線的教學,可以引發(fā)學生思考,提高課堂的思維量．理性思維的核心探究物質(zhì)之理,基本特點是,尊重事實和證據(jù),有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度．實驗是培養(yǎng)學生實證意識和求實態(tài)度最好的課程,本文以“長度的測量”教學為例,初步探討指向理性思維的問題主線式實驗教學法．文中對學生的課堂對話做了提煉,集中了學生一致認可的有代表性的答案

1 測量的理性認知

課堂師生對話.

師:為什么要測量?生:世界存在差別,有差別就要比較,有比較就要測量．師:山的高低,人的胖瘦,路的寬窄一眼就可以看出來,為什么還要測量?生:物理學不滿足定性,更追求定量,要得到量的倍數(shù)、比例關(guān)系,只能測量．師:回想一下身邊看到了哪些測量?生:體檢量血壓,量身高;家里電表量電的度數(shù);到超市購物,每一個物品都要稱量交費;搬家具時也要量一量門的寬和高,考慮家具能否搬進去．師:請你就測量的意義和價值說一段話．生:測量是比較,測量是量化,測量是生活,測量是科學,測量是關(guān)于世界尺寸的度量,測量是人與自然的對話,測量是人與自然和諧共處的科學活動．

評與議：教師提出為什么要測量這個問題,引起了學生的討論和思考,在思維碰撞中迸發(fā)出很多思維的火花,如:測量是比較,測量是人與自然的對話等．同時學生認識到測量的意義和價值,對于測量,學生從哲學的高度去理解和解讀,培養(yǎng)了學生測量的意識,奠定了學生用數(shù)據(jù)說話,用實證辨別真?zhèn)蔚目茖W素養(yǎng)．

2 國際單位的本源追尋

課堂師生對話.

師:大家說測量是比較,如果是兩個事物做比較,很好辦,要對很多事物做出比較就有難度了,怎樣解決這個問題?生:需要制定一個標準．師:對,這個標準就是單位,最初世界上不同地區(qū)對單位的規(guī)定不一樣,這樣會出現(xiàn)什么麻煩?生:標準不同,數(shù)和量,多與少,大與小就無法比較了．師:怎樣解決這個問題?生:大家派代表一起開會約定,統(tǒng)一標準．師:對,國際上的統(tǒng)一標準,就是國際單位,長度的國際標準就是“m”,并制作了“米原器”．以幾個類似“m”的基本單位為中心,依據(jù)物理量之間的關(guān)系式,就可以導出一系列的單位,基本單位和導出單位就構(gòu)成了國際單位制．

評與議：雖然說測量是比較這樣的認知不夠全面、不太準確,但對初中生剛剛接觸到測量,能這樣認識就有一點的高度了,教師提出的問題,引領(lǐng)學生從比較到標準,從標準到單位,從單位到統(tǒng)一,從統(tǒng)一到國際單位,再到國際單位制,一步一步向單位的本源追根,國際單位的本源是尋求標準和統(tǒng)一．

3 刻度尺的本質(zhì)發(fā)現(xiàn)

課堂師生對話.

大家仔細觀察刻度尺,你發(fā)現(xiàn)尺與其他被測物體最大的區(qū)別是什么?生:尺標有刻度,一般物體則沒有．師:刻度是怎樣刻畫出來的?生:把標準長度“m”分成10份每1份就是1 dm,再把1 dm細分成10份,每1份就是1 cm．繼續(xù)分到mm．師:可以無限地分下去嗎?生:不能,因為不斷細分刻畫工藝做不到,同時人的眼睛也無妨分辨太小的分度．師:有刻度的尺和沒刻度的普通待測物又有什么不同呢?生:尺的長度是已知的,待測物的長度是未知的．師:這么說,刻度尺的本質(zhì)是已知長度的工具．師:怎樣用尺得到待測物的長度呢?生:讓待測物與尺的一部分長度相等．師:這樣說來我們的測量思想是:用已知比未知．學生:對．師:那怎樣讓被測物跟尺的一部分長度相等呢?即刻度尺怎樣使用?生:刻度尺與被測物并列放正,且一端要與被測物對齊,刻度尺有刻度的一面與被測物靠緊,讀數(shù)時視線要與尺面垂直．

評與議：通過教師的追問,學生發(fā)現(xiàn)刻度尺的本質(zhì)是已知長度的工具,用它測量長度的思想是用已知比未知．有這樣的認識,他們就知道使用刻度尺測量時為什么要對齊、放正、靠緊了．從理性的視角去理解刻度尺,為后續(xù)學習及對世界的認識方法留下了思維的印跡,這就是核心素養(yǎng)的落地生根．8年級下冊要學天平,天平的設計思想也是用已知質(zhì)量的砝碼去比未知質(zhì)量的待測物;到初三要學習電壓表、電流表,這些電表的示數(shù)本質(zhì)上自己的,電壓表讀出電壓5 V,是自己的電壓為5 V,不是別的元器件的電壓,為了測出其他元件的電壓,就只有讓待測對象的電壓與電壓表電壓相等,要相等就得并聯(lián).這就避免了學生認為電壓表只能并聯(lián),目的不是測其他用電設備電壓時,電壓表有時可以串聯(lián)在電路中．

4 對誤差的深刻理解

課堂師生對話.

師:把標準“m”分別分成10份,100份,1000份制成的不同刻度尺,其讀數(shù)有什么不同?現(xiàn)在大家實踐一下．

實驗活動:用不同分度值的尺測同一個木板長度，如圖1.

分別使用分度值為1 dm,1 cm,1 mm長度為1 m的米尺各1把,請學生派代表到講臺前測量,學生邊活動,教師從旁指導．

圖1

學生記錄如表1.

表1

師:為什么測同一個物體的長度,不同的尺測出來的結(jié)果不一樣?生:刻度尺的分度值不同．師:哪一個測量值誤差更小,更加接近真實值?生:分度值是mm的．師:總結(jié)一下,什么樣的刻度尺精度高?生:分度尺小的刻度尺精度高．師:能不能說測量誤差是不可避免的?生:能．師:為什么?生:刻度尺不能無限分下去,即分度值不可能無限?。畮?這就是誤差只能減少不可避免的原因．

評與議：學生先實踐,用3根不同分度值的刻度尺測量同一物體,發(fā)現(xiàn)誤差不一樣,讓學生體會到分度值的重要性,然后從理論上去分析解讀,刻度尺的不可無限細分,決定了誤差的不可避免．從測量工具制作的角度去理解誤差,提升了學生關(guān)于誤差來源的認識深度．

5 長度的快速估讀

課堂師生對話.

師:我們身邊物體長度是多少大家有概念嗎?譬如課桌大概有多高,物理書大概有多長?生:沒用概念．師:要不要對它們進行一個一個的測量,然后背下來呢?生:太多了,背不

了．師:你最熟悉的是什么長度?生:自己的身高．師:我們是否可以用刻度尺測量的思想對周圍物體長度做出估計?生:對,用已知比未知,把未知長度的物體與已知物做出比較就可以解決問題．師:那我們選自己身上某些部分的長度作為標準．人身高1.7 m左右,人的拳頭1dm多一點,一拃約17cm,指甲寬約1.5cm．幾米長物體與人的身高比,幾十厘米與手拃比,十幾厘米與拳頭寬比,幾厘米與指甲寬比．師:教師樓層有多高?生:大概人高的兩倍,3m多．師:物理書多長?生:兩拃不到,25cm左右．師:雞蛋多長?生:比一拳寬少一點,8cm左右．師:課桌有多高?生:約人高的一半,大高80cm左右．師:物理課本有多厚?生:指甲寬的一半,大概7mm．師:一元硬幣有多厚?(老師給學生10個硬幣)．生:用指甲寬量一量,大概7個硬幣等于指甲寬．厚度接近2mm．師:一頁紙多厚:生:物理書厚約7mm,算100頁,算下來接近1μm．

評與議:學生對日常生活中物體的長度是沒有概念的,即使做一番測量,學生也不能記得住．由于在前面的教學中貫穿了“標準”、“比較”思想,學生用去熟悉的已知去比未知,得到了滿意的效果．在人的生活和工作經(jīng)歷中總會遇到很多的估測問題,中學生時代有了這種用已知知比未知的思想,以后就能自覺運用,這就是能夠適應自身終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力．