增強感知體驗 優(yōu)化習(xí)題教學(xué)

劉欽

(桐鄉(xiāng)市高級中學(xué) 浙江 嘉興 314500)

為師者都特別重視“學(xué)以致用”，而物理學(xué)科本身就是非常強調(diào)應(yīng)用的學(xué)科，而學(xué)生在學(xué)習(xí)階段做適量的習(xí)題，也可以看作在校期間的“學(xué)以致用”.

習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)中必不可少的重要組成部分，是概念、規(guī)律的延續(xù)和深化，通過對習(xí)題的講解，可以幫助學(xué)生掌握物理知識和方法，思維得到訓(xùn)練，學(xué)科素養(yǎng)得到提高，現(xiàn)實意義講，學(xué)生成績的提高需要通過一定習(xí)題的訓(xùn)練．但在習(xí)題教學(xué)過程中，學(xué)生缺少了真實情景的體驗及具體分析過程的體驗，導(dǎo)致習(xí)題教學(xué)的有效性不高，具體來說如下.

1 體驗性環(huán)節(jié)缺失導(dǎo)致習(xí)題教學(xué)效率不高

1.1 對習(xí)題情景理解不夠 難以建立物理模型

物理學(xué)科中很多習(xí)題來自生活情景或?qū)嶒灡尘?，學(xué)生動手機會少，缺乏生活的經(jīng)歷和經(jīng)驗，通過文字甚至圖片難以理解某些習(xí)題所描述的場景，對情景體現(xiàn)的物理知識和模型難以提煉．如經(jīng)常出錯的牛頓定律瞬時性問題，其原因就是不能正確地建立模型．這就造成對于某些習(xí)題學(xué)生難以動手的局面．

1.2 對習(xí)題過程的復(fù)雜性理解不夠 難以把握物理規(guī)律

部分物理習(xí)題涉及多個過程，有些涉及多變的規(guī)律，有些涉及抽象的邏輯推理，學(xué)生想象能力和推理能力欠缺，對習(xí)題體現(xiàn)的復(fù)雜多變過程難以梳理，眾多規(guī)律不知如何求解．如力學(xué)計算題通常具備多個過程和多種運動規(guī)律，動態(tài)平衡、電路變化等問題需要嚴(yán)密的推導(dǎo)，學(xué)生對解此類型習(xí)題一直存在較大困難，原因就在于此．因此造成學(xué)生解題能力難以提高．

1.3 對習(xí)題結(jié)論的普適性理解不夠 難以拓展習(xí)題變式

習(xí)題的結(jié)論通常由推導(dǎo)得出，一定條件下具有普遍適應(yīng)性，若結(jié)論與學(xué)生認(rèn)知相沖突，學(xué)生仍會對結(jié)果缺乏理解和認(rèn)可，結(jié)論難以掌握．時間一長，又回到了錯誤的想法上去．造成同樣的習(xí)題講過多次，學(xué)生出錯率仍然很高．如速度分解、連接體等習(xí)題，由于結(jié)論與經(jīng)驗背離，怎么講學(xué)生都難以接受．另外常出現(xiàn)一道習(xí)題會求解，同類題目或稍有變化學(xué)生不能求解，難以做到舉一反三．

然而在與學(xué)生交流的過程中發(fā)現(xiàn):學(xué)生對以前演示的實物、實驗印象較為深刻，對操作過的實驗和器材更是記憶猶新．將習(xí)題描述的情形以實物呈現(xiàn)，增強學(xué)生的感官體驗，是否可以讓學(xué)生對習(xí)題有更好的掌握呢？

2 增強感知體驗 優(yōu)化習(xí)題教學(xué)的實踐探索

高中物理常見的習(xí)題教學(xué)一般具有以下幾個環(huán)節(jié)，如圖1所示，首先是習(xí)題描述的情景，通過情景提煉出物理模型(建模)，應(yīng)用相應(yīng)的規(guī)律和原理求解，最后對求解過程、結(jié)果反思，深化知識的理解．在此流程中，由情景到模型的建立、規(guī)律的呈現(xiàn)及對習(xí)題反思往往缺乏體驗，容易造成學(xué)生對習(xí)題求解過程脫節(jié)，求解過程難以進(jìn)行．因此在學(xué)生容易“卡殼”處增加學(xué)生體驗，優(yōu)化傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)過程，實現(xiàn)學(xué)生對習(xí)題的順利求解．

圖1 習(xí)題教學(xué)的環(huán)節(jié)

2.1 體驗真實情景 實現(xiàn)情景到模型的構(gòu)建

情境認(rèn)知與學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：知識不是抽象的，而是一種高度基于情境的實踐活動，是情境性的社會實踐，是個體與環(huán)境交互作用過程中建構(gòu)的一種交互狀態(tài)，情境認(rèn)知強調(diào)知識必須在真實情境中呈現(xiàn)，以激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知需要．而習(xí)題教學(xué)中常見的以講、練為主的方式割裂了物理知識與實踐活動的聯(lián)系，學(xué)生更多依靠自身想象和推理，特別是對于思維能力低下的學(xué)生很難真正理解習(xí)題所體現(xiàn)的知識，因為缺少習(xí)題對應(yīng)真實情境，缺乏對習(xí)題知識的形象思維．通過構(gòu)建習(xí)題情境和實物，將習(xí)題中的規(guī)律以實驗展示，為習(xí)題創(chuàng)設(shè)了真實情境，大大增強學(xué)生對知識的積極主動建構(gòu)．

【案例1】(2015年高考浙江理綜卷第16題)如圖2所示為靜電力演示儀，兩金屬極板分別固定于絕緣支架上，且正對平行放置．工作時兩板分別接高壓直流電源的正負(fù)極，表面鍍鋁的乒乓球用絕緣細(xì)線懸掛在金屬極板中間，則( )

A.乒乓球的左側(cè)感應(yīng)出負(fù)電荷

B.乒乓球受到擾動后，會被吸在左極板上

C.乒乓球共受到電場力、重力和庫侖力3個力的作用

D.用絕緣棒將乒乓球撥到與右極板接觸，放開后乒乓球會在兩極板間來回碰撞

此題是浙江省高考題，改編于魯科版選修3-1第20頁電場中乒乓球，“放置兩塊金屬板，距離不要太遠(yuǎn)，在兩塊金屬板中間用一根絕緣線懸掛一個乒乓球，兩塊金屬板分別接在電源正、負(fù)極，如圖3所示．你會看到，乒乓球?qū)⑾蚱渲械囊粔K金屬板運動，當(dāng)與該板碰撞后就會返回，并與另外一塊金屬板碰撞，如此反復(fù)．你知道其中的奧秘嗎？”本演示實驗蘊含了靜電感應(yīng)、庫侖力等奧秘，如果課堂上做過這個演示實驗，并分析過其中的奧秘，高考題解答水到渠成．筆者在高三復(fù)習(xí)課講到靜電場的時候讓學(xué)生做過此題．筆者首先用生活化器材演示了此實驗，如圖4所示.

圖3 電場中的乒乓球示意圖

圖4 電場中的乒乓球演示實驗

筆者讓左邊的大球通過起電機帶上電，然后小球彈開一定的角度，然后筆者用自己的手充當(dāng)右邊的極板，會發(fā)現(xiàn)金屬球左右搖擺，開始跳舞了，學(xué)生看到這個現(xiàn)象感覺物理太神奇了，有點像永動機．教師順勢引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，發(fā)現(xiàn)根源是同種電荷相互排斥．

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，對于學(xué)生理解起來抽象和難懂的物理問題教師一定要想方設(shè)法設(shè)計精巧的看得到的實驗給學(xué)生直觀的印象，這樣才能化抽象為形象以便學(xué)生理解．伽利略說得好：“科學(xué)的真理不應(yīng)該在古代圣人的蒙著灰塵的書上去找，而應(yīng)該在實驗中和以實驗為基礎(chǔ)的理論中去找．”

2.2 感知復(fù)雜過程 實現(xiàn)規(guī)律的理解和應(yīng)用

在物理規(guī)律及應(yīng)用環(huán)節(jié)增加體驗活動，將習(xí)題對應(yīng)的多過程、變化的規(guī)律和抽象的邏輯推理用實驗?zāi)M出來，通過學(xué)生的體驗活動，如觀察、操作等，感知物理過程，實現(xiàn)規(guī)律的直觀感受．規(guī)律的直觀體驗降低了思維的難度，方便學(xué)生對規(guī)律開展研究．學(xué)生可以根據(jù)體驗開展積極的思考活動，而不是機械的記憶，從而真正理解規(guī)律，實現(xiàn)對規(guī)律的掌握和應(yīng)用．

【案例2】如圖5所示，在豎直放置的穹形光滑支架上，一根不可伸長的輕繩通過輕質(zhì)滑輪懸掛一重物G．現(xiàn)將輕繩的一端固定于支架上的A點，另一端從B點沿支架緩慢地向C點靠近(C點與A點等高)．則繩中拉力大小變化的情況是( )

A.先變小后變大

B.先變小后不變

C.先變大后不變

D.先變大后變小

圖5 案例2題圖

實驗設(shè)計：在黑板上畫出題目中的圖像，畫稍微大一點，再用光滑一點的細(xì)繩穿過重物，將細(xì)繩的一端固定在A點，另一端從B點緩慢地移到C點，觀察繩子拉力變化的規(guī)律，幫助解題．移動過程中發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律.

(1)重物兩側(cè)的繩子與豎直方向的夾角始終相等，說明兩側(cè)繩子的拉力大小相等．

(2)將繩子從B點移到直桿最上端的過程中兩側(cè)繩的夾角變大，繩子的拉力變大．

(3)將繩子從直桿的最上端移到C的過程中兩側(cè)繩的夾角不變，繩子的拉力保持不變．

實驗操作過程如圖6所示．

圖6 按案例2情境設(shè)計的演示實驗

【案例3】如圖7所示，一塊橡皮用細(xì)線懸掛于O點，用鉛筆靠著線的左側(cè)水平向右勻速移動，運動中始終保持懸線豎直，則橡皮運動的速度( )

A．大小和方向均不變

B．大小不變，方向改變

C．大小改變，方向不變

D．大小和方向均改變

圖7 案例3題圖

實驗設(shè)計：把系著橡皮的繩子固定在黑板上，拿一根鉛筆，按著題目的意思，把整個物理過程演示一遍，學(xué)生看了以后會發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉛筆向右勻速移動5 cm的時候，橡皮就會在豎直方向上勻速上升5 cm，在水平方向上運動情況與鉛筆一致．實驗操作過程如圖8所示．

圖8 按案例3情境設(shè)計的演示實驗

杜威說過：“教育并不是一種告訴和被告知的事情，而是一個主動和建設(shè)性的過程．”新課程更強調(diào)“學(xué)生主體”，注重學(xué)生對于學(xué)習(xí)過程的體驗和感悟，實驗是學(xué)生體驗和感悟知識的最好方式，因此教師應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)實驗氛圍，努力讓學(xué)生在實驗當(dāng)中主動感悟和獲取知識．

2.3 體會易錯結(jié)論 實現(xiàn)知識的深化和反思

在習(xí)題結(jié)論得出的過程中通過實物或?qū)嶒灒宫F(xiàn)習(xí)題結(jié)果，實現(xiàn)學(xué)生對結(jié)論的直觀體會，為結(jié)論的正確性提供證據(jù)．這就避免了部分習(xí)題結(jié)論與學(xué)生的認(rèn)知沖突，實現(xiàn)學(xué)生對物理知識的內(nèi)化．通過結(jié)論性實驗的體驗，有利于學(xué)生積極主動建構(gòu)知識體系，而不是被動地獲得結(jié)果．

【案例4】強磁鐵在鋁管中下落時的阻尼現(xiàn)象，學(xué)生是很難體會的．筆者借助很厚的鋁管這個生活化素材上演了一出強磁鐵在鋁管中下落的好戲，如圖9所示．強磁鐵在塑料管中馬上就下落了，但是在很厚的鋁管中遲遲不見強磁鐵下落．學(xué)生感到太神奇了，好多學(xué)生從來沒有感覺物理如此有趣．可見，這種生活化器材的輔助教學(xué)，一方面提升了知識傳遞的有效性，另一方面也加強了學(xué)生的情感體驗和基本經(jīng)歷的體驗，從心理層面來說讓學(xué)生更加接受物理，更加喜歡物理，也讓學(xué)生對規(guī)律的理解更加深刻．

圖9 案例4圖

【案例5】《物理·選修3-1》教材中關(guān)于研究通電彈簧運動狀態(tài)的實驗，如圖10和圖11所示.

圖11 通電彈簧運動狀態(tài)實驗實物

由于一定條件的限制，課堂教學(xué)中無法提供相關(guān)實驗儀器，實驗的演示就更為困難．若只是簡單的理論分析學(xué)生較難構(gòu)建物理模型，難以出現(xiàn)空間圖像，勢必會產(chǎn)生一定的思維障礙．因此筆者制作了如圖11所示模型，以此展示物理情景．這樣的實例展現(xiàn)，幫助學(xué)生很好地建立了物理模型，有利于加深對規(guī)律的認(rèn)識和知識的生成．

心理學(xué)研究表明，人的行為是在情感與認(rèn)知的相互作用下進(jìn)行的，兩者相互促進(jìn)，相互滲透，有積極情感體驗的東西往往記得深刻和牢固．我國著名學(xué)者燕國材曾經(jīng)說過：“凡是能夠使學(xué)生的情感發(fā)生強烈波動的事物就比較容易記住，且保持牢固，有的甚至終身不忘．”通過生活化素材創(chuàng)設(shè)小實驗鞏固課堂內(nèi)容，有助于學(xué)生情感素質(zhì)的培養(yǎng)，而且能克服書本上刻板化、程式化和枯燥化的教學(xué)內(nèi)容，從而使學(xué)生對物理產(chǎn)生濃烈的興趣．

2.4 理論聯(lián)系實際 實現(xiàn)知識的應(yīng)用和深化

杜威說過，物理來自于生活，應(yīng)用于生活．因此，我們學(xué)習(xí)的物理知識如果能聯(lián)系到實際生活中的現(xiàn)象，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)知識的興趣和動力．

【案例6】學(xué)習(xí)牛頓第一定律時，為研究較輕的氣體的慣性，筆者提出這樣一個問題：一個氫氣球和一個水球放置于容器中，容器突然運動，它們會怎樣運動？

理論分析：氫氣球和相同體積的空氣球相比，質(zhì)量輕，因此慣性小，所以啟動后，因為慣性空氣球為了保持原來狀態(tài)而相對容器向后運動，所以氫氣球向前；而同樣體積的水球比空氣球質(zhì)量更大，慣性大，由于慣性，水球向后運動．學(xué)生聽了解釋不理解，于時筆者就將此情景改編成實驗．如圖12所示．左側(cè)的氣球里充入氫氣，右側(cè)的氣球裝入水，兩個球一端固定在汽車中，讓汽車靜止啟動，將兩個球的運動過程用視頻記錄下來，通過視頻慢鏡頭回放及圖片展示，兩個球的運動情況的確和理論分析一模一樣，從而加深了學(xué)生們的理解．

圖12 探究較輕氣體的慣性

3 教學(xué)反思

增強學(xué)生的體驗還有一些注意事項．無論是情景類體驗活動，還是規(guī)律應(yīng)用類體驗活動，或結(jié)論驗證性體驗活動，開展的方式要靈活，可以教師演示或操作，集體一起體驗；也可以學(xué)生分組或逐個進(jìn)行．體驗活動中以學(xué)生為中心開展，盡量滿足學(xué)生個性化需求，程度好的學(xué)生可能不需要體驗環(huán)節(jié)，程度較差學(xué)生可能需要教師的引導(dǎo)和講解．體驗的對象既有真實情景再現(xiàn)，也有模擬的物體，也可以是常見的器材、教具和實驗，對于無法在教室開展的體驗活動，可以用視頻、圖片等替代．

在習(xí)題教學(xué)中加入體驗環(huán)節(jié)也體現(xiàn)了學(xué)科的核心素養(yǎng)，體驗活動的開展體現(xiàn)了科學(xué)探究中的證據(jù)(制訂探究方案，靈活使用儀器)，也體現(xiàn)了科學(xué)論證(使用證據(jù)證明結(jié)論),有助于學(xué)生科學(xué)思維的鍛煉．通過增強學(xué)生的體驗，不僅能提高習(xí)題教學(xué)的效果，也有助于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．