利用NB虛擬平臺輔助中學(xué)物理試誤教學(xué)*
——以“家庭照明電路”片段教學(xué)為例

楊永宏 楊曉梅

（寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院 寧夏 銀川 750021）

1 引言

NOBOOK物理虛擬平臺是一款輔助中學(xué)物理教學(xué)的仿真軟件.該平臺仿真度高、兼容性好、交互性強、實驗種類豐富、實驗現(xiàn)象明顯［1］.利用它科學(xué)建模，對真實物理場景模擬再現(xiàn)，可有力促進信息技術(shù)與中學(xué)物理實驗教學(xué)深度融合.

“試誤”即嘗試與修正錯誤，將試誤理論應(yīng)用于教學(xué)過程的方法稱為試誤教學(xué)法.利用NB虛擬平臺開展試誤教學(xué)，模擬真實的試誤環(huán)境開展試誤探究，不僅能對不良操作的危險后果做出警示［2］，滿足學(xué)生好奇心，及時糾錯促進問題解決；還能培養(yǎng)學(xué)生嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度，提高思維的活躍性，促進批判性思維及創(chuàng)新思維的發(fā)展.

2 試誤教學(xué)法簡介

2.1 試誤教學(xué)的內(nèi)涵及其意義

“試誤”教學(xué)理論由美國心理學(xué)家桑代克提出，它利用“餓貓迷籠”實驗說明學(xué)習(xí)是漸進嘗試錯誤的過程，在重復(fù)嘗試中，環(huán)境給予反饋，無關(guān)的錯誤反應(yīng)逐漸減少，正確反應(yīng)在多次“試誤”中偶然求得并得以保留［3］.

首先，試誤過程是教與學(xué)的雙邊活動.“試誤”教學(xué)在很大程度上能夠改變學(xué)生被動接受的學(xué)習(xí)狀態(tài)，喚起學(xué)生的“有意”注意，讓學(xué)生積極、主動獲取知識，在不斷體驗、感受、嘗試中，全身心投入，加深思維的深刻性與批判性，增強學(xué)習(xí)自信心.

其次，試誤是促進思維深化的有效途徑.“誤”是學(xué)習(xí)過程中的必經(jīng)階段，給予學(xué)生主動“糾錯”的機會，引導(dǎo)其有意識地出錯，充分暴露知識、思維上片面膚淺的認知；對錯源進行思考，對錯因進行剖析，在辨“誤”中引發(fā)思維碰撞，解“誤”中獲得成功體驗，在澄清問題中不斷增強對錯誤的免疫力和辨識力，建立起固定、正確的刺激—反應(yīng)聯(lián)結(jié)，達到問題的解決.

2.2 試誤教學(xué)的基本模式

如圖1所示，試誤教學(xué)主要包括以下幾個環(huán)節(jié).

圖1 試誤環(huán)節(jié)及其教學(xué)過程

設(shè)誤：出現(xiàn)在課前準備階段，是試誤教學(xué)的起 始階段，即要求教師基于學(xué)生本位進行思考，立足于學(xué)生最近發(fā)展區(qū)及已有知識儲備，預(yù)見其思維方式中潛在的錯誤認知，挖掘?qū)W生的思維盲點，以評估結(jié)果為指導(dǎo)預(yù)先設(shè)錯.

誘誤：設(shè)計思維陷阱誘導(dǎo)錯誤顯化，是試誤教學(xué)法能否成功的重要因素.教師有意忽略或人為設(shè)障，誘導(dǎo)學(xué)生基于自身經(jīng)驗做出假設(shè)，誘使學(xué)生在探究中暴露錯誤，觸發(fā)認知沖突.

試誤：即嘗試錯誤的過程，學(xué)生根據(jù)預(yù)設(shè)的思路對問題的解決進行初步嘗試，該過程部分學(xué)生可能給出正確答案，另一部分則與教師預(yù)判相同呈現(xiàn)錯誤結(jié)果.

究誤：啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)過程或結(jié)果存在的問題，教師提示與點撥下，學(xué)生不斷思考求證，剖析錯誤的來龍去脈，運用比較、分析、歸納、推理、演繹等方法探究錯誤產(chǎn)生原因，找到癥結(jié)所在.

糾誤：學(xué)生在探究錯因的基礎(chǔ)上糾正錯誤，用正確的思維和方法分析和解決問題，重新展開操作探究，在糾正錯誤中訓(xùn)練技能，獲得真知，培養(yǎng)思維的嚴謹性.

析誤：引導(dǎo)學(xué)生以正確的態(tài)度對待錯誤，回顧問題解決過程，對錯因做出審視、總結(jié)和反思.理清知識脈絡(luò)，促成思維優(yōu)化與完善，避免類似錯誤發(fā)生，達到能力與素養(yǎng)提升.

通過“設(shè)誤—誘誤—試誤—究誤—糾誤—析誤”6個環(huán)節(jié)層層推進，在“預(yù)設(shè)錯誤—引發(fā)探究—暴露錯誤—剖析錯因—矯正錯誤—反思錯誤”的過程中錯誤得以矯正［4］，從而量變引起質(zhì)變，有序、完整的認知結(jié)構(gòu)得以生成，達到學(xué)習(xí)的頓悟.

3 設(shè)計思想

3.1 教材分析

“家庭電路”是人教版初中物理第十九章第1節(jié)內(nèi)容，既是前幾章電學(xué)知識的延續(xù)和提升，也是電在實際生活中的具體應(yīng)用［5］.本節(jié)知識充分體現(xiàn)了科學(xué)、技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，也有利于進一步落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的教學(xué)理念.此外，安全用電在生產(chǎn)生活中十分重要，本節(jié)內(nèi)容作為培育學(xué)生關(guān)鍵能力的良好載體，無論在物理觀念形成，探究能力培養(yǎng)，科學(xué)思維塑造，還是科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的落實上都有著十分重要的作用［6］.

3.2 教學(xué)現(xiàn)狀

家庭電路采用暗線鋪陳，連接方式與實驗室電路有所差異，學(xué)生對其缺乏直觀認識.電壓為220 V交流電，直接動手嘗試存在極大的安全隱患［7］.傳統(tǒng)教學(xué)以講授為主，多采用“家庭電路演示儀”進行展示，教師往往通過提前強調(diào)來讓學(xué)生規(guī)避錯誤，探究性不強，缺乏有效互動與合理的引導(dǎo)，學(xué)生獨立思考和發(fā)揮空間有限.枯燥的講解也影響實踐經(jīng)驗的累積，學(xué)生容易產(chǎn)生認知誤區(qū)，若因好奇心理私下嘗試，不當(dāng)操作可能釀成大禍.

3.3 設(shè)計思路

了解照明電路的連接是學(xué)習(xí)家庭電路的基礎(chǔ)，符合由簡到繁的認知規(guī)律.如何在確保安全的情況下增強教學(xué)內(nèi)容的可視性與探究性，引導(dǎo)學(xué)生突破思維障礙，是亟待解決的現(xiàn)實問題.

針對上述問題，本文在NB虛擬平臺輔助下運用試誤教學(xué)法對“家庭照明電路”片段進行教學(xué)重構(gòu)，挖掘其中的教育因素，將完整的家庭電路布線呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生通過仿真軟件自由組裝，開展試誤模擬，從而揭開“電”的神秘面紗，領(lǐng)略電對人類的貢獻，提高安全意識，凸顯物理學(xué)科核心素養(yǎng).

4 基于NB虛擬平臺的家庭照明電路試誤教學(xué)

任務(wù)驅(qū)動：老師要為房子安裝電燈，今天想請學(xué)生們作為設(shè)計師，照明電路由哪幾部分構(gòu)成呢？

學(xué)生交流：學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗類比小燈泡發(fā)光電路，明確照明電路組成部分有火線、零線、燈泡、燈座、開關(guān)等.

教師誘誤1：如何使燈泡亮起來呢？請學(xué)生自己動手將燈泡接入電路.

學(xué)生試誤1：在虛擬平臺開展探究.根據(jù)預(yù)估結(jié)果，教師沒有任何提示學(xué)生典型電路連接情況如圖2所示.

圖2 學(xué)生第一次試誤結(jié)果

學(xué)生究誤1：閉合開關(guān)觀察燈泡狀態(tài)，二、四、六電燈沒有亮起來，即出現(xiàn)了明顯的故障.學(xué)生將其與亮起來的電燈接線方式對比發(fā)現(xiàn)：方式二燈座、開關(guān)均接在火線上未構(gòu)成閉合回路；方式四燈座和開關(guān)兩端分別與零線和地線相連電壓為零；方式六將開關(guān)和燈泡并聯(lián)接入，開關(guān)閉合燈泡短路.

教師誘誤2：針對出現(xiàn)的錯誤，現(xiàn)在請大家改正并重新連接電路.

學(xué)生試誤2：在分析錯因基礎(chǔ)上連接照明電路，展開第二次試誤探究.預(yù)設(shè)學(xué)生二次連接方式如圖3所示，閉合開關(guān)，觀察燈泡均能發(fā)亮.

圖3 學(xué)生第二次試誤結(jié)果

學(xué)生究誤2：教師提示與點撥，方式一、二都能使燈泡亮起來，假設(shè)我現(xiàn)在要更換或擦洗燈泡，它們都符合安全用電要求嗎？學(xué)生對比發(fā)現(xiàn)二者開關(guān)位置不同，方式一開關(guān)在火線和用電器之間，方式二在零線和用電器之間.如圖4所示，教師引導(dǎo)學(xué)生用試電筆去檢測燈泡螺旋部分，進而明晰方式二更換燈泡可能直接接觸火線，存在安全隱患.

圖4 試電筆檢測燈泡螺旋

教師誘誤3：教師提問第三種方式是否符合安全用電規(guī)范呢？學(xué)生對比一、二發(fā)現(xiàn)，方式三是由火線—燈泡—開關(guān)—地線構(gòu)成回路，無法判斷其是否安全.教師將閘刀開關(guān)換為空氣開關(guān)，提示學(xué)生再次重復(fù)操作.

學(xué)生試誤3：學(xué)生再次開展探究，如圖5所示，閉合開關(guān)后燈泡沒有像之前一樣亮起來，而且空氣開關(guān)發(fā)生跳閘.

圖5 學(xué)生第三次試誤結(jié)果

學(xué)生究誤3：教師介紹閘刀開關(guān)與空氣開關(guān)，引導(dǎo)學(xué)生了解漏電保護器作用：在電流流入地線時斷開開關(guān)，防止觸電.從而明確方式三可能導(dǎo)致單線觸電的發(fā)生，不符合安全用電規(guī)范.

教師誘誤4：利用虛擬平臺展示燈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生觀察螺紋和卡口兩類燈頭，教師提示將這兩類燈泡分別接入電路.

學(xué)生試誤4：學(xué)生連接電路，閉合開關(guān)后螺紋與卡口燈泡均能正常發(fā)光，然而螺紋燈套的連接呈現(xiàn)如圖6兩種方式.

圖6 學(xué)生第四次試誤結(jié)果

學(xué)生究誤4：教師提示用試電筆對兩類連接方式進行測試，如圖7學(xué)生發(fā)現(xiàn)螺口燈泡外接火線檢測燈頭時試電筆發(fā)光，進而分析該方式在更換燈泡時容易發(fā)生觸電，不符合安全用電規(guī)則.

圖7 試電筆檢測兩類連接方式

學(xué)生糾誤：在反復(fù)試錯究錯的基礎(chǔ)上錯因逐漸明朗，問題解決路徑逐漸明晰.學(xué)生對錯誤進行矯正，重新操作搭建家庭照明電路，閉合開關(guān)，電燈亮起.

師生析誤：回顧照明電路連接過程，反思錯因，總結(jié)家庭照明電路接線規(guī)則：連接電路前開關(guān)斷開；燈與開關(guān)串聯(lián)，燈與燈之間并聯(lián)；開關(guān)接火線，燈泡接零線；螺口燈泡的的外側(cè)接零線，內(nèi)測接開關(guān).

拓展探究：根據(jù)實際需求，臥室的燈要求可以在進門時打開，睡覺時用床頭開關(guān)關(guān)掉，請學(xué)生們?yōu)槔蠋熢O(shè)計一個可以實現(xiàn)一燈雙控功能的照明電路.

學(xué)生可利用NB虛擬平臺展開探究，設(shè)計如圖8所示電路，使得任何一個開關(guān)都能控制燈泡亮暗，從而自主解決實際問題.

圖8 一燈雙控照明電路

設(shè)計意圖：設(shè)置真實問題情境提高參與積極性，以問題串有效搭建思維臺階，學(xué)生利用虛擬平臺進行試誤操作暴露認知缺陷，在問題的反復(fù)剖析中進行批判性思維訓(xùn)練，對錯因的審視促成思維優(yōu)化與完善，在拓展探究環(huán)節(jié)促進思維深化，教學(xué)過程既滲透安全教育，又達成問題解決.

5 結(jié)束語

黑格爾曾說“錯誤本身是到達真理的一個必然環(huán)節(jié).”試誤教學(xué)承認了學(xué)習(xí)者當(dāng)下的不足與缺陷，將錯誤看作一筆美麗的財富.利用NB虛擬平臺輔助試誤教學(xué)，既能為短路、高壓、過載、漏電等危險場景提供一個安全嘗試的平臺，提高課程設(shè)計的可探究性；又以直觀生動的現(xiàn)象對不當(dāng)操作后果作出警示，提高教學(xué)過程的可視性.該過程中教師能夠預(yù)見錯誤，適時誘誤、識誤、用誤；學(xué)生能夠勇于試誤，及時辨誤、究誤、改誤，既能矯正錯因?qū)崿F(xiàn)由錯誤理解向科學(xué)概念的順利轉(zhuǎn)變，又能搭建思維臺階，訓(xùn)練思維的嚴密性，培養(yǎng)思維的批判性，從而使科學(xué)思維逐漸趨于成熟，核心素養(yǎng)落地生根.