基于“非常規(guī)”物理實驗的概念“進階”教學(xué)探討①
——以“汽化”教學(xué)為例

楊茹羽 張 偉

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)附屬中學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

1 初中物理概念教學(xué)中存在的問題

“進階”是從低級逐漸發(fā)展為高級或是在原有的基礎(chǔ)上不斷完善的過程，學(xué)生物理概念的“進階”是學(xué)生對物理概念的認知程度逐步加深、認知體系不斷完善的過程。

在實際教學(xué)中，部分教師偏向于采取“注入式”教學(xué)，直接將物理概念“塞”給學(xué)生，而不太重視學(xué)生概念“進階”的過程。主要表現(xiàn)在不重視對學(xué)生的前概念進行糾正或完善、不重視學(xué)生對物理概念的深入理解，容易導(dǎo)致學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容“消化不良”，不利于學(xué)生認知的發(fā)展，影響學(xué)生概念的正確建構(gòu)。

2 概念界定

2.1 物理概念“進階”

在物理概念學(xué)習(xí)的過程中，存在著多個前后知識間的遞進和發(fā)展，一系列遞進、發(fā)展就構(gòu)成了物理概念的學(xué)習(xí)“進階”路徑，物理概念“進階”的發(fā)展模型如表1所示。

表1

2.2 “非常規(guī)”物理實驗教學(xué)

“非常規(guī)”物理實驗是選擇和利用生活中“非專門化”的物質(zhì)手段而實施的觀察與探索物理規(guī)律的實驗活動?；凇胺浅Ｒ?guī)”物理實驗所開展的教學(xué)活動叫作“非常規(guī)”物理實驗教學(xué)，“非常規(guī)”物理實驗教學(xué)具有緊密聯(lián)系生活、互動性強、教學(xué)形式靈活多變等特點，通過物理實驗將學(xué)生與真實的生活環(huán)境聯(lián)系在一起，使物理教學(xué)走向現(xiàn)實生活，關(guān)注學(xué)生的精神生活和生命體驗，從而喚起學(xué)生原有的認知與生活體驗，幫助學(xué)生構(gòu)建認知體系。

3 “非常規(guī)”物理實驗與概念“進階”的關(guān)系

物理概念“進階”是學(xué)生逐步完善物理概念認知體系的過程，在這一過程中學(xué)習(xí)者需要對物理概念具有科學(xué)準確的認知。為了促進學(xué)生的物理概念“進階”，需幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變或改善對物理概念基于經(jīng)驗的前認知，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)物理概念，幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念認知體系?！胺浅Ｒ?guī)”物理實驗是促進學(xué)生物理概念“進階”的有效教學(xué)手段。

3.1 “非常規(guī)”物理實驗可促進物理概念“進階”的發(fā)生

“非常規(guī)”物理實驗強調(diào)生活與物理的有機聯(lián)系，利用生活化的物理實驗資源開展物理教學(xué)，將物理內(nèi)容與學(xué)生熟悉的生活結(jié)合在一起，給學(xué)生以親切感，有利于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的欲望和物理概念“進階”的發(fā)生。

3.2 “非常規(guī)”物理實驗有助于學(xué)生科學(xué)地認識物理概念

“非常規(guī)”物理實驗注重從生活經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象和建立物理模型，拉近了物理與生活之間的距離。在課堂中開展“非常規(guī)”物理實驗，能較全面地關(guān)注到學(xué)生的原有經(jīng)驗，幫助學(xué)生建立物理概念與原有經(jīng)驗之間的聯(lián)系，使學(xué)生轉(zhuǎn)變錯誤的前概念，幫助學(xué)生對物理概念建立準確、科學(xué)的認識。

3.3 “非常規(guī)”物理實驗有助于學(xué)生對物理概念的深入理解

“非常規(guī)”物理實驗具有儀器簡便、原理直觀、現(xiàn)象明顯的特點，在初中課堂上開展“非常規(guī)”物理實驗，方便學(xué)生近距離觀察實驗現(xiàn)象。初中生的思維處于形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)化的過渡期，他們的思維以形象思維為主，對直觀現(xiàn)象比較感興趣，喜歡觀察和動手，但欠缺對問題深入的思考及理性的思維?！胺浅Ｒ?guī)”物理實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)與思維相互碰撞，符合初中學(xué)生的認知特點。同時，注重感受的“非常規(guī)”物理實驗將學(xué)生置于可觸碰的物理情境中，有利于學(xué)生深入理解物理概念，尤其對一些抽象且對學(xué)生認知發(fā)展尤為重要的物理概念的理解特別有效。

3.4 “非常規(guī)”物理實驗有助于學(xué)生建立物理概念之間的關(guān)聯(lián)

“非常規(guī)”物理實驗教學(xué)鼓勵學(xué)生自主進行實驗，在實驗的過程中，由于“非常規(guī)”物理實驗操作靈活，一材多用、一實驗多模式是常有之事，而同種器材用于不同的實驗可引發(fā)學(xué)生對相關(guān)概念的聯(lián)系進行思考，利用不同的實驗設(shè)計進行同一實驗?zāi)艽龠M學(xué)生對物理概念進行全面的建構(gòu)，因此，“非常規(guī)”物理實驗有利于學(xué)生建立物理概念的完整認知。

3.5 “非常規(guī)”物理實驗可幫助學(xué)生保持學(xué)習(xí)興趣

“非常規(guī)”物理實驗利用身邊器具做實驗，這種利用方式新穎、表現(xiàn)形式多樣，較容易引起學(xué)生的好奇心，進而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生概念“進階”的過程是長期的，這種趣味性在這一過程中可保持學(xué)生持續(xù)的專注力，促進學(xué)生概念“進階”的有效進行。

4 基于“非常規(guī)”物理實驗的概念“進階”教學(xué)模型

物理概念“進階”的過程是學(xué)生對物理概念的認知逐漸趨于完善、建立物理概念認知的思維方式逐漸成熟的過程，為了有效地開展學(xué)生物理概念“進階”的教學(xué)，結(jié)合對核心概念“學(xué)習(xí)進階”的復(fù)雜度層級模型的理解，筆者提出了基于“非常規(guī)”物理實驗促進物理概念“進階”的教學(xué)模型(圖1)。

圖1

5 教學(xué)案例分析

筆者以人教版物理“汽化”教學(xué)為例，展示基于“非常規(guī)”物理實驗促進概念“進階”的教學(xué)實踐。

5.1 創(chuàng)設(shè)真實的物理情境，聯(lián)結(jié)物理概念和原有經(jīng)驗

如圖2所示，教師將一個生雞蛋放進透明茶壺中煮，等水開了之后用夾子取出雞蛋，學(xué)生會觀察到雞蛋外殼上有水。繼續(xù)加熱，讓學(xué)生觀察茶壺中的水，在水沸騰的過程中，壺中各處水的汽化都非常劇烈且不斷有氣泡產(chǎn)生，如果在壺嘴處放一張衛(wèi)生紙會濕透；再觀察蛋殼，會發(fā)現(xiàn)這時蛋殼已變干。

圖2

評析：教師將燒開水、煮雞蛋這兩個常見的情景呈現(xiàn)于課堂中，直觀呈現(xiàn)“水如何沸騰”以及“雞蛋殼怎么干了”等現(xiàn)象，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了一個真實的問題情境，學(xué)生的經(jīng)驗和思考往往來源于此，這種直觀性能幫助學(xué)生建立概念與經(jīng)驗之間的映射與聯(lián)結(jié)，有利于學(xué)生建立對物理概念的科學(xué)認識。

5.2 設(shè)計感官體驗型實驗，顯化物理概念的多種特征

將醫(yī)用酒精涂在學(xué)生手背上，讓學(xué)生觀察酒精狀態(tài)變化的同時感受手背的感覺。

在此基礎(chǔ)上，進一步讓學(xué)生分別在手背和桌面上面積相等處涂酒精、在手背上滴一滴和涂一片酒精、在手背上涂酒精并且用嘴吹，觀察酒精蒸發(fā)的快慢情況，由此總結(jié)出影響蒸發(fā)快慢的因素。

評析：學(xué)生通過手背感受“蒸發(fā)”過程，將“蒸發(fā)吸熱制冷”這一特征直接反饋給感覺神經(jīng)，獲得了直接經(jīng)驗以及感性認識，有利于學(xué)生建立“汽化”這一概念與其外化的具體特征之間的關(guān)聯(lián)；利用直觀感受自主探究影響蒸發(fā)快慢的因素，促進了學(xué)生對“蒸發(fā)”概念的自主建構(gòu)，也加深了學(xué)生對“汽化”概念的理解。

5.3 組織學(xué)生動手實驗，促進物理概念的完整認知

安排學(xué)生分小組合作，探究水在沸騰過程中溫度的變化規(guī)律，實驗裝置如圖3所示，在探究過程中注意觀察水沸騰現(xiàn)象，觀測此過程中水的溫度隨時間變化的情況，當(dāng)水溫達到95℃時每隔30s記錄一次水的溫度。結(jié)合觀察到的現(xiàn)象討論：在沸騰過程中水中的氣泡如何變化？水的溫度如何變化？畫出水的溫度隨時間變化的圖像。關(guān)閉酒精爐的閥門，觀察水是否會繼續(xù)沸騰、觀測水溫，討論并總結(jié)出水沸騰的條件。

圖3

評析：在小組合作中明確分工，探究水沸騰時溫度的變化規(guī)律，所用到的實驗器材源于生活，容易操作，學(xué)生比較熟悉，會全身心地投入到實驗中。實驗過程中學(xué)生親自動手操作，仔細觀察現(xiàn)象，適時進行交流、討論，自主建構(gòu)物理概念，小組成員相互啟發(fā)，能有效促進其物理概念的完整認知。