促進(jìn)學(xué)習(xí)真正發(fā)生的初中物理教學(xué)策略探討
——以“變阻器”教學(xué)為例

張錫群

(江蘇省南通市海門區(qū)海南中學(xué)，江蘇 南通 226100)

促進(jìn)學(xué)習(xí)真正發(fā)生的物理教學(xué)旨在將“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”與“學(xué)會(huì)教學(xué)”結(jié)合起來(lái)，在追尋物理教學(xué)過(guò)程合目的性和合規(guī)律性的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)物理觀念賴以形成的科學(xué)探究和科學(xué)思維過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生在物理觀念的應(yīng)用與反思中自然養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。本文以蘇科版“變阻器”的教學(xué)為例，從課題引入、“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)、變阻器建構(gòu)和使用等教學(xué)環(huán)節(jié)，探討促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)真正發(fā)生的教學(xué)策略。

1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，問(wèn)題引領(lǐng)

調(diào)光燈是蘇科版教材“變阻器”一節(jié)的主線，“變阻器”要解決的是連續(xù)改變燈泡亮度的問(wèn)題。在課題引入時(shí)，運(yùn)用調(diào)光燈創(chuàng)設(shè)情景，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生提出猜想：調(diào)光燈亮度變化的原因是什么？是變阻器改變了電路中的電流嗎？現(xiàn)代調(diào)光燈的內(nèi)部電路較為復(fù)雜，其基本原理是通過(guò)改變電路的導(dǎo)通和斷路時(shí)間比來(lái)改變有效電壓，從而改變電路中的電流。學(xué)生通過(guò)“電阻”的學(xué)習(xí)只有改變燈泡亮度的兩條經(jīng)驗(yàn)，即改變電源的電壓和改變電路中的電阻，而沒(méi)有“亮度連續(xù)變化”原因猜想的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

“變阻器”課題引入的關(guān)鍵在于“連續(xù)”二字，是學(xué)習(xí)得以真正發(fā)生的立足點(diǎn)，因此讓學(xué)生嘗試解決亮度的“連續(xù)”變化問(wèn)題就成為課題引入的關(guān)鍵。課題引入的教學(xué)流程如圖1所示，首先展示生活中的調(diào)光燈并改變亮度，學(xué)生在觀察的基礎(chǔ)上利用身邊的器材模擬調(diào)光現(xiàn)象，由于在“電阻”的學(xué)習(xí)中他們知道改變燈泡亮度的兩種辦法，改變電池的數(shù)目無(wú)法連續(xù)改變亮度，那么只有改變電路中的電阻，教師追問(wèn)：改變影響電阻的哪一個(gè)因素才能連續(xù)改變燈泡的亮度呢？學(xué)生容易猜想出改變電阻長(zhǎng)度能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

圖1

課題引入抓住燈泡亮度“連續(xù)”變化這一核心，學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下動(dòng)手做，發(fā)現(xiàn)改變電池的節(jié)數(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提出改變電路中的電阻。在選擇改變影響電阻大小的哪一個(gè)因素方面，仍然抓住亮度“連續(xù)”變化的任務(wù)目標(biāo)，從而讓學(xué)生自主認(rèn)識(shí)到要改變電阻的長(zhǎng)度。

2 自主實(shí)驗(yàn)，巧隱關(guān)鍵

蘇科版教材中“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生檢驗(yàn)改變接入電路的鉛筆芯長(zhǎng)度是否可以連續(xù)改變電流。教材“議一議”如圖2所示，其編寫(xiě)意圖是從操作到現(xiàn)象，再由現(xiàn)象溯及原因，其中“接入電路中的鉛筆芯長(zhǎng)度”是直接提供給學(xué)生，還是讓學(xué)生在現(xiàn)象觀察基礎(chǔ)上通過(guò)反思、實(shí)驗(yàn)操作而獲得？在含滑動(dòng)變阻器的電路分析中，判斷變阻器接入電路部分電阻絲的長(zhǎng)度是關(guān)鍵，因此在“議一議”環(huán)節(jié)，我們認(rèn)為需要隱藏“接入電路中的鉛筆芯長(zhǎng)度”，讓學(xué)生通過(guò)反思去發(fā)現(xiàn)。

圖2

筆者設(shè)計(jì)了“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1，隱藏了“接入電路中的鉛筆芯長(zhǎng)度”，移動(dòng)M端是實(shí)驗(yàn)操作，電流表的示數(shù)和燈的亮度是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，電路中的電阻變化是根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行邏輯推理的結(jié)果。

表1

“鉛筆芯”的教學(xué)流程如圖3所示，實(shí)驗(yàn)本身并不難做，學(xué)生能夠觀察到小燈泡亮度的連續(xù)變化，關(guān)鍵在于引導(dǎo)學(xué)生分析原因，反思電阻改變的操作。

圖3

在反思環(huán)節(jié)，要讓學(xué)生從基于實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象，意識(shí)到“接入電路中電阻的長(zhǎng)度發(fā)生變化”導(dǎo)致了小燈泡亮度發(fā)生變化，課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在該教學(xué)結(jié)構(gòu)中，(1)問(wèn)是探查學(xué)生關(guān)于電阻變化的推斷理由，學(xué)生根據(jù)習(xí)得的電阻相關(guān)知識(shí)可以作出回答；(2)、(3)和(4)問(wèn)層層遞進(jìn)，讓學(xué)生建立實(shí)驗(yàn)操作與電阻變化之間的關(guān)系，從改變電阻到改變鉛筆芯的長(zhǎng)度，再到改變鉛筆芯長(zhǎng)度的方式；(5)問(wèn)讓學(xué)生既自主建構(gòu)了接入電阻的概念，又能理解接入電阻是哪個(gè)部分，為探究變阻器的工作原理奠定基礎(chǔ)。

圖4

“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)緊密圍繞“接入電路中的鉛筆芯長(zhǎng)度”，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考鉛筆芯與小燈泡的連接方式、鉛筆芯長(zhǎng)度的改變方式，在此基礎(chǔ)上學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)記錄表呈現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄和反思，學(xué)生能夠從“電阻”的學(xué)習(xí)中推理出燈泡亮暗和電阻大小的關(guān)系。在討論環(huán)節(jié)，利用問(wèn)題串，讓現(xiàn)象、推理和實(shí)驗(yàn)操作有效銜接，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：接入電路中的鉛筆芯長(zhǎng)度的變化引起了電阻變化，從而引起小燈泡的亮度發(fā)生變化。

3 改進(jìn)“毛胚”，質(zhì)疑創(chuàng)新

蘇科版教材在“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上直接指出：科技人員根據(jù)其原理發(fā)明了滑動(dòng)變阻器，如果我們的教學(xué)也如此實(shí)施，那么就忽略了這發(fā)明過(guò)程所體現(xiàn)的培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的教育價(jià)值?！般U筆芯”是變阻器的“毛胚”，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“毛胚”進(jìn)行評(píng)價(jià)與反思，促進(jìn)其認(rèn)識(shí)不斷深化，從而建構(gòu)滑動(dòng)變阻器的結(jié)構(gòu)。

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，提升學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，筆者在教學(xué)過(guò)程中充分利用“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生從該實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)入手，自主發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，在不斷改進(jìn)的過(guò)程中優(yōu)化并完善，從而理解滑動(dòng)變阻器的構(gòu)造。

在滑動(dòng)變阻器結(jié)構(gòu)的教學(xué)中所設(shè)置的主問(wèn)題和子問(wèn)題集如圖5所示，在教學(xué)過(guò)程中凸顯學(xué)生的主體地位，滲透STEM教育理念，首先教師提出主問(wèn)題，學(xué)生基于“鉛筆芯”實(shí)驗(yàn)情境，在反思鉛筆芯的缺陷過(guò)程中產(chǎn)生“無(wú)法大范圍改變燈泡亮度”的認(rèn)識(shí)，從而形成諸如“易斷”“占空間”和選擇不同導(dǎo)電性能材料等一系列問(wèn)題，在嘗試解決的過(guò)程中不斷改進(jìn)、優(yōu)化變阻器的“毛胚”，在深刻理解變阻器構(gòu)造的基礎(chǔ)上畫(huà)出結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5

4 數(shù)據(jù)分類，歸納逆推

在“學(xué)習(xí)使用滑動(dòng)變阻器”環(huán)節(jié)，以下問(wèn)題值得我們探討：(1) 滑動(dòng)變阻器的電路符號(hào)是在觀察其結(jié)構(gòu)時(shí)給出，還是在學(xué)生掌握其變阻原理的基礎(chǔ)上給出？(2) 在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中僅將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論探究的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，是否弱化了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與論證能力的培養(yǎng)？學(xué)生若先知道滑動(dòng)變阻器的電路符號(hào)，后繼的探究就沒(méi)有意義，只要根據(jù)符號(hào)就能推理出其工作原理、正確的連接方式。在實(shí)驗(yàn)探究中概括、總結(jié)出原理，進(jìn)而探索其功能，這種學(xué)習(xí)方式符合初中生的認(rèn)知特點(diǎn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)不僅在于操作，還有對(duì)數(shù)據(jù)的分析與論證，可促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。

筆者采用“實(shí)驗(yàn)探究”的教學(xué)方法，其教學(xué)流程如圖6所示。學(xué)生在觀察滑動(dòng)變阻器的基礎(chǔ)上了解到它有4個(gè)接線柱，從而提出問(wèn)題：可能有幾種接法？滑動(dòng)變阻器與小燈泡是串聯(lián)，還是并聯(lián)？每種接法是否都能改變電路中的電流？學(xué)生根據(jù)教材圖14-7連接電路，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將觀察到的現(xiàn)象記錄在教材對(duì)應(yīng)的表格中。

圖6

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理不僅是掌握滑動(dòng)變阻器正確用法的關(guān)鍵，還可以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)和論證能力，能夠有效提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。在學(xué)生收集好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并比對(duì)各組數(shù)據(jù)后，筆者利用問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)使用滑動(dòng)變阻器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與反思(圖7)。

圖7

在“學(xué)習(xí)使用滑動(dòng)變阻器”的實(shí)驗(yàn)中緊抓“用”，學(xué)生在“用”的過(guò)程中收集、分類、歸納、分析數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)中逆推“用”的操作規(guī)程，在此過(guò)程中學(xué)生的科學(xué)思維能力能得到很好的錘煉，不僅能發(fā)現(xiàn)下接線柱與滑片之間電阻絲的電阻是有效接入電阻，還能分析在滑動(dòng)變阻器中的電流流向，自主建立建構(gòu)滑動(dòng)變阻器的電路符號(hào)，提出保障電路安全的操作注意事項(xiàng)。

5 結(jié)語(yǔ)

物理觀念在物理教學(xué)中最容易體現(xiàn)，隱匿在物理觀念背后的科學(xué)探究和科學(xué)思維是物理觀念賴以形成的基礎(chǔ)與條件，富含物理觀念應(yīng)用的策略與方法，是學(xué)生學(xué)習(xí)得以真正發(fā)生的關(guān)鍵。在“變阻器”教學(xué)中，筆者緊抓科學(xué)探究和科學(xué)思維，在反思中建構(gòu)物理觀念，學(xué)會(huì)滑動(dòng)變阻器的使用方法。 經(jīng)由“變阻器”的教學(xué)，筆者意識(shí)到要讓物理學(xué)習(xí)真正發(fā)生，必須從學(xué)生學(xué)習(xí)的視角建構(gòu)教學(xué)序列，讓學(xué)生成為建構(gòu)、應(yīng)用物理觀念的主體；必須深刻領(lǐng)會(huì)教材編寫(xiě)的意圖，抓住教材的核心和關(guān)鍵；必須從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的視角解構(gòu)教材序列，學(xué)會(huì)隱藏關(guān)鍵點(diǎn)，為建構(gòu)教學(xué)序列服務(wù)。