讓科學(xué)思維的火花在活動中跳躍①
——以“設(shè)計簡單電路”教學(xué)為例

卜 寧

(江蘇省南京市鐘英中學(xué),江蘇 南京 210000)

教學(xué)的一個重要目的就是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，建構(gòu)主義教學(xué)理論認(rèn)為：學(xué)生的學(xué)習(xí)是一個積極主動的建構(gòu)過程，教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和適當(dāng)?shù)膯栴}情境，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生積極思維，更能突出核心素養(yǎng)的教學(xué)應(yīng)該是思維型教學(xué)。本文以“設(shè)計簡單電路”教學(xué)為例，探討在初中物理綜合實踐活動教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的途徑。

1 制作“病房呼叫電路”，培養(yǎng)思維的邏輯性

師：在生活中，我們有很多任務(wù)可以通過簡單電路來完成。比如醫(yī)院的住院部有很多病人，但只要某一病人按下床頭的開關(guān)，護(hù)士便知道是哪位病人發(fā)出了求助信號。請同學(xué)們思考一下，護(hù)士是如何知道的呢？如果讓你設(shè)計病房呼叫電路,你會用到哪些實驗器材?

生1：護(hù)士聽到了鈴聲,所以需要電鈴。

生2：護(hù)士不僅聽到鈴聲了，還看到對應(yīng)病床的燈亮了,這些都是護(hù)士需要知曉的信息。所以不僅要電鈴，還需要燈。

師：如果有兩張病床,燈和電鈴該如何連接？請畫出電路圖。

剛開始大部分學(xué)生設(shè)計了如圖1和圖2所示的電路。

圖1

圖2

當(dāng)學(xué)生設(shè)計出這一類有待改進(jìn)的電路時，教師應(yīng)將課堂交給學(xué)生，讓學(xué)生相互評價，從而引發(fā)思維碰撞，培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性。

生1：圖1中只有一盞燈、一個電鈴和一個開關(guān)，第二張病床的病人不可能和第一個病床的病人共用同一個開關(guān)。很明顯，這個電路不符合設(shè)計要求。

生2：圖2符合設(shè)計要求，病床1呼叫時，L1燈亮且鈴響；病床2呼叫時，L2燈亮且鈴響。

生3：鈴響是共同點，因此只需一個電鈴，裝在干路上就行。

生4：對，從節(jié)約材料的角度來說，電鈴不需要兩個,1個電鈴就能滿足設(shè)計需求。

根據(jù)學(xué)生的評價與交流，經(jīng)過改進(jìn)最終確定了雙病房呼叫電路的設(shè)計(圖3)。

圖3

通過病房呼叫電路的設(shè)計過程，讓學(xué)生明白思維活動應(yīng)遵循的邏輯，按照邏輯順序進(jìn)行，思考要有理有據(jù)，條理清晰，不能含糊不清。在這一過程中，教師適當(dāng)引導(dǎo)但無需過多干預(yù)，放手讓學(xué)生自由討論，學(xué)生的科學(xué)思維能力會在設(shè)計、評價和不斷改進(jìn)中得到提升，思維的邏輯性也會得到培養(yǎng)和訓(xùn)練。

2 設(shè)計“雙向控制電路”,培養(yǎng)思維的創(chuàng)新性

師：同學(xué)們剛才設(shè)計的呼叫電路，護(hù)士可以關(guān)掉電鈴和燈嗎？如果護(hù)士想要關(guān)掉電鈴和燈該怎么辦呢?

學(xué)生討論得出應(yīng)該在護(hù)士站添加一個開關(guān)，就能滿足要求，因此大部分學(xué)生設(shè)計了如圖4所示的電路圖。

圖4

緊接著教師拿出自制教具，邀請學(xué)生扮演護(hù)士和病人，用教具展示兩張病床的區(qū)別。如圖5所示，當(dāng)1號病床病人按下紅色按鈕開關(guān)呼叫，護(hù)士可以關(guān)掉電鈴和燈,但護(hù)士關(guān)掉后，1號病人就無法再呼叫了；如圖6所示，當(dāng)2號病床病人按下黃色面板開關(guān)呼叫，護(hù)士可以關(guān)掉電鈴和燈，2號病人還可再呼叫，能夠?qū)崿F(xiàn)病人和護(hù)士的雙向控制。

圖5

圖6

師：以2號病床為例，你能設(shè)計出病人和護(hù)士雙向控制的病房呼叫電路嗎?

上述問題提出后，教室陷入了一片寂靜，學(xué)生在沉思，3分鐘后仍舊沒有學(xué)生提出解決方案。

師：如果模擬交通信號燈電路，你會怎么設(shè)計？很快，有學(xué)生給出如圖7的電路設(shè)計。

圖7

師：這樣的設(shè)計符合生活中的交通燈的規(guī)則嗎?

生1：符合，閉合開關(guān)S1紅燈亮；閉合開關(guān)S2綠燈亮。

生2：不符合,若同時閉合開關(guān)S1、S2，紅燈和綠燈都亮。

生3：對，生活中，不可能出現(xiàn)紅燈和綠燈同時亮的情況。

師：為了符合實際需求，紅燈亮?xí)r，綠燈必須滅；綠燈亮?xí)r，紅燈又必須滅。應(yīng)該怎么設(shè)計?

生1：S1閉合時S2必須同時斷開，S2閉合時S1必須同時斷開。

生2：把兩只單刀開關(guān)合二為一就行，共用一把“刀”。

在討論中，學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，創(chuàng)新性思維得到了訓(xùn)練，單刀雙擲開關(guān)也就呼之欲出了，學(xué)生自主設(shè)計、改進(jìn)的交通信號燈電路如圖8。在以上討論的基礎(chǔ)上，學(xué)生很快設(shè)計出護(hù)士和病人雙向控制的病房呼叫電路(圖9)。

圖8

圖9

3 完善“簡單電路模型”,培養(yǎng)思維的發(fā)散性

師：結(jié)合生活實際，還有哪些任務(wù)能利用現(xiàn)有器材制作的簡單電路完成?

學(xué)生通過設(shè)計病房呼叫電路，已經(jīng)積累了利用電路設(shè)計來模擬生活情境的經(jīng)驗，當(dāng)這個開放性問題提出后,學(xué)生迅速進(jìn)入了熱烈的討論中,使發(fā)散性思維得以培養(yǎng)。其中一個小組設(shè)計了防止行人闖紅燈的電路(圖10)，紅燈亮?xí)r，導(dǎo)線ab使電鈴短路，電鈴不響；若此時行人闖入人行道，使導(dǎo)線ab斷開,電鈴聲響起，以提醒行人。

圖10

4 結(jié)語

教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生從物理的角度觀察生活現(xiàn)象，還要培養(yǎng)學(xué)生從真實問題情境中提取有效信息的能力，找到思維的著力點，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。運用科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生梳理信息，幫助學(xué)生從現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，通過科學(xué)思維解決問題，培養(yǎng)學(xué)生思維的邏輯性、創(chuàng)新性和發(fā)散性，不斷提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。